當人們突然明白一件事的時候，大腦到底發生了什麼變化？
人們常說恍然大悟，茅塞頓開，突然明白人生道理，在這些時候，大腦到底發生了什麼變化？有神經環路的變化嗎？還是改變了神經元的活動性？
題主描述的現象在心理學上稱為頓悟（insight），即突然就意識到應該怎樣解決一個問題（這裡先簡單描述一下這個現象及行為學上的解釋，為後面的神經機制研究做鋪墊）。格式塔（Gestalt）心理學派認為頓悟包含「突然發現導致問題解決的重要因素」這種過程，並且認為這一過程與問題表徵的重構（changing the problem"s representation restructuring）密切相關。用通俗些的話說，就是看待一個問題的方式與角度發生了變化，從而靈光乍現找到答案。以下面這個任務為例：
請問要如何用四條直線一筆將這九個點連起來？這是problem solving領域裡的經典問題（九點問題），也是頓悟研究中運用的主要任務之一。沒做過這道題的人們可能一開始有些摸不著頭腦，但突然明白之後就會產生頓悟的感覺（西方也稱其「Aha」現象），下面是答案：
這個問題的訣竅就在於想到直線不一定要局限在九個點形成的矩陣中，這是對此問題有了嶄新的認識，即改變了問題表徵（representation的直譯）。簡而言之，主流觀點認為頓悟的基礎是從新的角度或以不同方式看待原有問題，這也是下面神經機制研究的理論基礎。
中科院心理所的羅勁老師是頓悟腦機制領域的專家，下文主要引用羅老師的一篇綜述。這篇綜述簡明易懂，推薦有興趣的同學閱讀，原文鏈接如下：從困境到超越：頓悟的腦機制研究--《心理科學進展》--醫學期刊頻道--首席醫學網
剛才說到頓悟的基礎在於從新的角度看待老問題，但固著（fixation）會阻礙這一過程。固著可以理解為思維定勢，通俗地說就是我們傾向於對某種特定的事物或在某種特定情境下有特定的反應。比如我們通常只能看到某些物品的特定作用（功能固著），因而無法解決一些需要頓悟的問題（火柴問題）。所以，在頓悟產生之前我們需要打破定勢，前扣帶回（ACC）就起到了這一作用。這裡引用一段綜述原文：以往的大量研究證據顯示，前扣帶回（ACC）參與執行功能，在如Stroop任務與Flanker任務中起到衝突檢測的作用，因此我們預期，在打破思維定勢過程中很有可能需要ACC的參與。在思維定勢打破過程中，不僅需要探測出認知衝突存在而且還需要解決這種衝突、在新、舊思路之間實現切換
Stroop任務與Flanker任務中的「衝突」指的是對某些刺激的反應衝突。比如Stroop任務，讓被試盡量迅速連貫地說出一些字的顏色（字體顏色），但這些字本身是意指顏色的字（如「紅」「綠」），而字體顏色與所指顏色有不同，於是被試在報告字體顏色時就會遇到「衝突」，表現為反應時長、錯誤率高。
作者在這裡說的衝突大抵是指新、就思路之間的衝突，只有檢測到可能存在的衝突才能發現新思路，而擔任這一角色的就是ACC。另一個重要腦區是左側前額皮層（PFC），它與ACC協同作用但卻有不同功能。研究者發現「ACC與PFC在頓悟過程中都有明顯激活，但ACC在頓悟項目上比非頓悟項目上的活動多，而在容易的頓悟項目與困難的頓悟項目上沒有差別；但左側PFC在困難的頓悟項目上的活動多於容易的頓悟項目上的活動，在容易的頓悟項目的活動又多於一般項目上的活動。」於是研究者們推測，「ACC與衝突檢測有關，對衝突有無進行反應，對項目難度沒有反應；而左側PFC與衝突的解決有關，對項目難度進行反應。呈現答案時需要ACC的早期參與來控制信息加工的流向。但隨著被試對題目的逐漸熟悉，他們有意識或者無意識地發展出某種信息加工策略來控制局面，從而逐漸降低了對於ACC的依賴。」在另一項ERP（事件相關電位，即「腦電」）研究中，研究者發現「ACC的活躍當發生於頓悟啟動的早期階段，在思維定勢的打破過程中起到一個「早期預警系統」的作用。」此外，「當問題解決者了解了頓悟性問題的結構並且發展出一般性的信息加工控制策略時，ACC 的活動會降低。」
以上結果說明，ACC是活躍於頓悟啟動早期的、檢測認知衝突，以提供新的信息加工策略（即新的角度）的存在。
關於前額皮層（PFC）也有有趣的結果：前額葉尤其是背外側前額在根據特定任務確定合適的反應過程中起重要作用，即外側前額皮層在選擇行為反應時具有一定偏好，會根據特定任務制定一系列反應。實驗預期前額皮層的損傷的個體相對於正常個體在頓悟性的問題解決任務中有更好的成績。
「火柴等式」實驗確實證實了這個預期，82%的前額皮層損傷的個體解決了困難的等式問題，而
正常被試只有43%解決了困難的等式問題。因此研究者認為，PFC在問題解決過程中負責選擇合適的反應，因此限制了頓悟性的問題解決。那麼為什麼PFC在頓悟問題上顯著激活，且與問題難以有關呢？研究者的推測是，相比活動於頓悟早期、甚至頓悟的醞釀階段的ACC，「PFC可能在頓悟發生的後期階段才參與進來，它負責調動持續的信息加工資源用以穩定和放大瞬間即逝的靈感，但在頓悟發生之前和發生之初，PFC的作用可能會受到抑制，只有這樣，人們才能順利地從常規思維的束縛中解脫出來，放棄成見，獲得頓悟。」
因此，PFC是主要活動於頓悟後期，負責持續調動資源以最終解決問題的。這與前面提到的「在問題解決過程中負責選擇合適的反應」也算是不謀而合。總而言之，ACC與PFC在頓悟過程中是在時間、功能上互相協同的。
頓悟是個複雜的過程，參與進來的腦區也不止ACC與PFC，海馬、右側前部顳葉等都在被主要激活的神經網路中。例如，海馬的功能可能與「表徵聯結」有關，或者在思維的重新定向中發揮作用；右側前顳區負責的可能是在原本不相關的信息之間建立聯繫。揭秘大腦黑箱任重道遠，目前的研究結果很難完全解釋一個現象，以上提到的只是已知的大腦在頓悟產生時的活動（還不一定都對）。
順便提一句，思維定勢並非是貶義詞，定勢之所以形成是為了讓我們迅速而有效地解決生活中的常見問題。需要頓悟來解決的問題通常是新的，也就是此前沒有遇到過的，在這種時候定勢才會阻礙問題解決。總的來說這又是一個有關「先驗經驗」如何影響當下的問題，就像前一陣大家熱議的「藍黑-白金裙子」一樣（顏色恆常性）。我們的知覺與認知系統在獲得經驗的過程中不斷學習、建立新的聯結，並對之後的知覺與認知造成影響，讓我們更順利地解決一些問題，保持對顏色、大小、深度的知覺恆常性，同時也讓我們產生各種bias。從這種角度來說人的一生真的是不斷學習的一生，環境不停地在塑造我們的一切。
另，柯南同學的腦功能如果很強，比如ACC激活程度高或是腦內聯結多，那說不定真的很容易頓悟。尤其他在推理方面經驗豐富，就更有可能「習得」某些反常規的思維模式了，綜述中也提到多做頓悟題目有助於解決此類問題喲。順便放上一個剛寫的關於《柯南》服裝設計的答案，即使有做廣告之嫌也想放……有哪些動漫或遊戲中的服裝設計比較出色？ - 周鉑的回答正如題主所說，在神經環路和神經元的層面上都有變化。當然，各種各樣的頓悟涉及的腦功能區以及神經通路不一樣，具體的生理變化也千差萬別。
不過現在比較公認的一些細胞、分子學層面上的變化就是：1.就單個神經元來說，對於同樣的輸入信號的敏感度提高了；輸出的動作電位強了；2.對於神經網路來說，信號強度增加了，網路的覆蓋面更廣了。
所以那種通俗的「想通了」的感覺真還是有科學基礎的，因為從神經網路的層面上來說，真就是象電信號觸發了一片片新的神經網路。結果是產生了更強的電信號，刺激了更多的神經元，最終達到認知或者是自我意識的腦區，而產生「茅塞頓開」的感覺。
舉一個比較簡單的例子來說，比如一道簡單但是有點唬人的數學題：x^3+3x^2+3x=26, x=?
如果從來沒接觸過，或者忘了很久了，那麼剛看到的時候神經網路很可能是這樣的：一部分神經元開始反應，但是信號比較弱，涉及的神經數目比較少（以淡綠色表示）。這時候雖然信號輸出層有神經元活動，但是因為強度低，數目少，沒有達到閾值，所以還是會表現為「無解」的狀態。
想了一會之後，忽然之間認識到解題訣竅的時候呢，神經網路很可能是這樣的： 神經元產生的動作電位更強，有更多的神經元參與進來。最後的結果就是輸出神經元的信號增強超過閾值，從而讓大腦「感知」到了思考結果。如下圖的深綠色顯示。
這其中涉及的細胞學和分子學機理，主要包括那麼幾種（比較「干」，可跳過）：
1. 長期增強效應 (long-term potentiation).
是指由於持久的刺激作用而造成的神經突觸的活動增強效應，從而使神經元之間的信號傳導持續增強。
2. 神經易化效應 (neural facility).
是指如果一個神經元連續接受幾次信號刺激的話，所產生的動作電位會逐漸增強。
3. 交叉至敏反應 （cross-sensitization). 是指對一種信號的敏感度會擴展到類似的信號，從而導致神經網路對多種信號的敏感度同時提高。等等，等等。
注意這些神經網路方面的變化都跟「持續刺激」有關。這其實也是「頓悟」現象的一個不太被注意的重要成因。如果仔細想想，絕大多數的「突然想明白」的現象都是發生在對一個問題的持續思考之後，也就是說這個過程中相關的神經元在不斷地接受刺激，產生的動作電位不斷增強，從而導致有更多的神經元參加進來。如此不斷循環最後的結果是而對某種信號，有時候是看似不相關的信號變得更加敏感。當某個局部神經網路的輸出動作電位達到某個閾值後，就會觸發新的神經網路，最後得出答案。
所以在某種程度上， 「頓悟」是神經網路厚積薄發的結果。對於神經網路就像對於肌肉一樣，需要不斷地訓練才行。
（對不起，又一個偷懶的借口沒了）
會被一根白線穿過。
像這樣：
事實上，這個問題雖然有相當多的研究（前面許多人都介紹過了），但是依然沒有辦法直接回答到底是怎麼實現的。一個很重要的原因是insight這種東西是一種極其主觀的體驗，難以在實驗室中操控，所以還需要等待更加巧妙的實驗設計。
至少按鍵報告說自己頓悟了，然後記錄相關腦活動的設計會被大家認為是不嚴謹的設計。看到謎題答案的設計，怎麼說呢，我看到答案的一瞬間不見得馬上就理解了這個答案為什麼是對的，所以難以確定具體頓悟的時間，就很難做事件相關的分析。
ACC功能具體是什麼還沒有完全的定論，畢竟在一堆任務中都能看到。PFC肯定會有，但是具體是那一小塊，怎麼實現的還不清楚。而最為關鍵的其實是頓悟的過程中的信息加工對應的神經機制還是一團漿糊。
我也思考過這個問題，我的認為是：大腦是一個巨大的複雜神經網路，彼此之間有不同的連接強度，當你在回憶一件事情或思考一個問題的時候觸發的一定是連接強度在某個閾值以上的通路，對於一個熟悉的對象或簡單的問題這樣直接就可以尋得答案，但是對於不熟悉的或困難的問題則不能找到答案。。。在你想了很久也未果之後，你的神經系統會鬆懈下來，這時候處於閾值之下的通路則獲得了引發注意的機會，如果恰好尋得了答案的話就會突然間引發注意系統的共鳴，讓整個神經系統又興奮起來，找到正確答案的神經通路。。。這就是我所理解的頓悟過程，雖然只是口頭描述、缺乏專業的說法，但我覺得這是足夠簡單的，只有「簡單」才是自然的。如果要設計一個具有回憶或思考能力的人工神經網路，不妨一試。
想明白一件事時大腦應該是會平靜對待 並不會發生什麼奇妙的變化 就像機械化的運行程序一樣 可以順暢的走完全部流程則表明問題想通 想不通的話那就報錯 要麼反覆修改方法重新執行 要麼就擱置在一邊等有空再想 至於處理完問題後 對所得到的結果的情緒反應 應該是會觸發另一套神經機制 返回的信息如果是成功 那麼就開心激動 如果返回失敗 那麼就失落鬱悶
上知乎後我也很想知道答案，後來從網上搜了一篇論文，神經學的，看不太懂
論文摘要：
「自21 世紀首次藉助腦成像技術對解決字謎任務過程中頓悟一瞬間的大腦活動狀況進行研究以來, 目前已有近10年的歷史, 獲得了許多富有價值的研究. 這些研究從頓悟的時間進程和腦神經基礎兩方面對頓悟的大腦機制進行了豐富的探討, 並形成了有關人類解決頓悟問題的「頓悟腦」的神經框架. 研究顯示, 頓悟腦主要由外側前額葉、扣帶回、海馬、顳上回、梭狀回、楔前葉、楔葉、腦島和小腦組成. 就各腦區的功能而言, 外側前額葉主要負責頓悟難題思維定勢的轉移和打破, 扣帶回則參與新舊思路的認知衝突以及解題進程的監管, 海馬、顳上回和梭狀回組成了「三維一體」的、專門負責新異而有效聯繫形成的神經網路, 問題表徵的有效轉換則依賴於楔葉和楔前葉組成的「非言語的」視覺空間信息加工網路, 腦島負責認知靈活性和頓悟相關情緒體驗, 反應相關手指運動的皮下控制則依賴於小腦.」
作者：沈汪兵 羅勁 劉昌 袁媛
水的含量變少了
頓悟的慾望滿足模式
人類的慾望本質是能量，能量解決問題之道，依靠的是和客觀世界的同構映射，這種同構映射是依靠量子共振來完成的，量子共振完成解決問題方案就如同配一把鑰匙，能夠解開問題之鎖就等於完成量子共振！所謂頓悟便是量子共振下，依據同構映射，完成與客觀世界配鑰匙的過程，當解決問題之鑰打開問題之鎖那一刻就稱之為頓悟。而在配鑰匙過程中，我們是不清楚我們能夠打開問題之鎖的，所以只有打開鎖的那一刻才能感覺到成功，這就是頓悟的由來！那麼頓悟帶來的快感便是一種慾望的滿足，這種滿足其實是能量輸出的感覺！
模式：解決問題的慾望--積聚能量高原--產生量子共振---與客觀世界形成同構映射--嘗試配鑰匙--試圖開鎖--打開問題之鎖--能量泄洪---慾望滿足。
頓悟包含了哪些神經活動的過程？ - 匿名用戶的回答
「直覺」的大腦運行機制可能是什麼樣的？ - 憶記的回答
大腦神經元一個個鏈接就像樹狀圖一樣
然後，神經遞質的傳導就像聖誕樹上一個個串聯的小燈泡
神經遞質每過渡到下一個神經元，小燈泡就會亮一個
當，突然想明白問題的時候，你會發現
哇塞，不亮的燈泡瞬間全亮了
當時那種心情真的就是
我能吃一整個火雞
我能喝一整瓶紅酒
至於最後么
都是騙自己的從今天開始我是完全自由的。在這個世界上，任何一段關係如果不是雙向的，他根本就沒有意義。我並不是今天才知道這一點，但需要跟自己和解，就只需要一剎那，就是自己把所有事情想明白。並且，去熱愛生活，本身。
貌似是神經元之間會有更多的聯繫以及捨棄之前一些連接
這種突然明白的感覺……像是佛教中所說的「頓悟」，或是心理學中所說的insight吧。
目前關於這方面的研究還是很難科學地進行。原因主要是：1技術上達不到，目前認知科學（人作為被試）的手段很有限，無非是腦電、核磁、近紅外。像這種靈光一閃，時間尺度大概就在毫秒量級，所以核磁肯定就廢了。而腦電和近紅外技術……說白了就只能測靠近頭皮的神經活動，且干擾性很大眨眼打瞌睡都會對結果造成巨大影響。 2 實驗設計難。把這種「恍然大悟」科學定量，是需要解決的又一個難題。據說目前的範式就是猜謎語，然後揭示答案？
但是題主所說的神經環路的變化和神經元變化，保守估計在近二十年內不會得到科學的解答。因為題主要資道，目前你所認為的一切什麼神經元、神經環路的理論，基本全部是在動！物！上！完！成！的！以現在的科技和倫理，是不可能觀測並操作人類in vivo的神經元的！而這種恍然大悟在老鼠、貓或猴子上有嘛。。。
你知道世界上有多少頂尖的神經學家想知道這個問題的答案嗎？你知道了別忘了告訴他們一下！
補充一下排名第一的，還有這樣：
一個led燈泡從腦袋蹦出
（大家好我是一張來自百度的圖）
就是突然把已知的兩件事連起來了呀
由無意識的緊繃到突然放鬆。因為只知道自己的胡思亂想和忐忑，不知道別人的，為遇到的麻煩不安，為不被理解委屈。可人和人不一樣，性別不一樣，思維不一樣，經歷不一樣。就像想了解，卻不理解。就像想坦誠一點，卻因此想的更多，不盡如人意！我告訴過你，也可能被以為是句託辭，有沒有可能，那恰恰不是
缺氧了。
瞬間感覺整個世界是多姿多彩，什麼事情看的都是一清二楚的通俗易懂。
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