心理科学进展 2010, Vol. 18, No. 9, 1420–1429 Advances in Psychological Science
创造力的脑结构与脑功能基础 沈汪兵
刘
昌
陈晶晶
(南京师范大学教科院暨认知神经科学实验室, 南京 210097)
摘
要
从脑结构和脑功能两方面对创造力的脑神经基础进行了评述。就创造力的脑结构而言, 尸体
脑解剖研究表明创造力可能与顶叶与角回有关; 活体脑结构成像研究则显示, 创造力主要与额叶、扣 带回以及皮下白质或灰质浓度有关。就创造力的脑功能而言, 任务取向研究表明创造力任务主要激活 了额叶和顶叶及少数其他皮层区域; 而个体差异取向研究则表明创造力被试激活了右侧额叶、大脑皮 层以及小脑的某些区域。未来研究需在加强脑结构影像研究基础上, 注重从被试抽样和筛选等方面细 化任务模式和个体差异模式的创造力研究, 以获得更一致的结果。 关键词
创造力; 认知神经科学; 神经基础; 领域特异; 脑成像
分类号
B842; B845
创造 力(creativity)又 称创 造 性, 是 指 个 体 产
反映其存在的客观反映物。以反应时和正确率为
生新颖奇特且有实用价值的观点或产品的能力
行为指标的认知心理学虽可在时间模式上解释
(Sternberg & Lubart, 1996)。作为人类能力和智慧
创造力的存在, 但其仍无法清楚地将创造力这项
的最高表现, 早在古希腊时期它就得到了人们的
高级的意识和/或思维活动的客观物质基础从众
关注。当时的百姓认为创造力是缪斯女神的恩赐,
多客观物质中剥离出来。新兴的认知神经科学技
亚里士多德和柏拉图等哲学家则将其视为产生
术, 主要包括高时间精度脑生理电技术(如 EEG,
前所未有事物的非理性能力。但限于当时的研究
ERP) 和 高 空 间 精 度 的 神 经 影 像 技 术 ( 如 fMRI,
水平和 认识 视 野, 创造 力一 直被认 为是 神 秘的,
PET), 则能以“可见”的形式揭示创造力所赖以存
难以知晓本质的。至 19 世纪中叶, 高尔顿首先
在的客观物质基础——脑生理解剖基础或神经相
摆脱了创造力神秘观念的左右, 开创了创造力的
关物。而这些客观“可见”的生物或物质依据能很
科学研究。随后, 吉尔福特在美国心理协会主席
好地避免创造力研究和人们对创造力认识过程
就职演讲上的报告进一步将创造力研究推向高
中所遇到的‘意识模糊’、‘人兽不分’和‘心生混淆’
潮。随之涌现出了一系列成果, 如创造力的探索
三大疴疾(刘昌, 2003)。
—生成加工理论, 四阶段模型等(周丹, 施建农,
随着近年来认知神经科学的高度发展, 涌现
2005)。遗憾的是, 这些研究多以理论和行为探讨
出了许多借助新兴的技术手段来探索创造力神
为主, 仍不足以阐明创造力的本质。
经基础的研究。其中, 脑成像技术凭借其较高的
创造力是一项高级心理活动。而心理是脑的
空间分辨率和无损伤性特点而备受研究者青睐。
产物, 脑是心理的物质载体, 那么脑自然是创造
总体上看, 创造力脑神经基础的研究主要从结构
力的物质载体。用哲学的话来说, 心理是意识活
性脑成像和功能性脑成像两个侧面展开, 前者包
动, 意识是对主体对客观事物的反映, 同时又反
含尸体脑生理解剖和活体脑结构影像研究两个
作用于客观事物。即是说主体的意识活动离不开
方面, 分别探讨高创造力被试尸体脑(如, 爱因斯
物质基础, 并反映于客观实践或客观事物之上。
坦脑)与一般尸体脑结构的差异以及活体脑结构
所以创造力也并不是纯粹“不可见”的意识, 其还
(主要是脑体积、白质和灰质)与创造力之间的关
应存在所赖以存在的、“可见”的客观物质基础和
系; 而后者则主要从任务模式和个体差异模式两 个方面分别讨论创造性与常规任务以及高创造
收稿日期: 2010-03-08
力者与一般个体的脑功能差异。本文将围绕这四
通讯作者: 刘昌, E-mail: cglew@163.com 1420
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方面来对创造力的相关研究进行梳理和总结, 并
因斯坦单个神经细胞所获得的神经胶质细胞单
在此基础上提出一些自己的观点。
位数比正常人多。研究者结合相关研究, 认为这
1 创造力与脑结构 1.1 尸 体 脑 解 剖 研 究 ——以 爱 因 斯 坦 脑 的 研 究 为例 脑是心理的器官, 包括认知活动在内的一切 心理活动都源于脑。这导致脑与心理活动关系的 研究成为心理学研究的一贯传统。该传统最早可 溯及加尔和斯柏兹姆的“颅相说”, 不过, 这种纯 粹现象的描述并不科学, 对人脑结构与心理活动 的关系进行科学研究的是法国医生布洛卡。他通 过对两名有语言障碍患者尸体脑结构的解剖, 发 现 了 运 动 性 失 语 症 的 脑 中 枢 —— 布 洛 卡 区 (Broca)。后来也有研究者进一步从这种尸体脑解 剖取向来探讨心理活动与脑结构的关系, 如神经 心理学创始人——前苏联的鲁利亚等。然而, 关 于创造力和脑关系的研究则相对较晚, 且主要集 中 于 对 爱 因 斯 坦 脑 的 解 剖 研 究 (Galaburda,1999; Chakravarty,2009; Anderson & Harvey, 1996; Witelson, Kigar, & Harvey, 1999; Hines, 1998; Falk, 2009; Colombo, Reisin, Miguel-Hidalgo, & Rajkowska, 2006; Wang,2000; Diamond, Scheibel, Murphy, & Harvey, 1985)。 爱 因 斯 坦 (1879.3.14~1955.4.18) 被 誉 为 人 类 历史上最具创造才华的科学家之一, 也是 20 世 纪最伟大的科学家。他逝世之后, 普林斯顿医院 的医生 Harve 在征得他长子的同意下, 将他的大 脑取出, 并用福尔马林对其进行清洗, 然后照相 和切片, 最后将爱因斯坦的大脑(除小脑和少数 大脑皮层外)切成了 240 块 10cm3 大小的标本片。 后来, Harve 将一部分脑切片寄送给各国的著名 科学家进行研究, 其中中国科学家也获得了部分 切片, 另一部分保存起来以供今后研究。此举导 致, 在纪念爱因斯坦逝世 30 周年之际, 美国加州
就是高创造力的原因。具体而言, 神经胶质细胞 之所以增多, 乃是因为高质量的创造性活动需消 耗大量能量, 导致神经细胞“新陈代谢”增强, 从 而需更多神经胶质细胞供能(Diamond, et al, 1985; Witelson et al., 1999; Colombo et al., 2006)。后来 有人提出质疑, 认为该研究中控制组和实验组被 试的年龄不对等——最年轻的脑只有 47 岁, 可能 导 致 了 神 经 细 胞 与 胶 质 细 胞 比 值 的 不 同 (Hines, 1998; Colombo et al., 2006)。由于 9 区位于前额叶, 且主要负责制定计划、注意力与记忆等重要认知 功能, 于是随后关于爱因斯坦脑的第二篇研究报 告——Anderson 和 Harvey (1996) 也对该区域进 行了研究, 结果发现爱因斯坦大脑的总重并不及 成年男性脑的平均重量, 大脑 9 区的皮质厚度明 显比对照组薄, 然而神经细胞密度较高, 这在一 定程度上验证了先前 Diamond 等的结果。需指出 的是, 该研究较好地排除了干扰因素, 研究控制 了对照组与实验组的年龄效应, 将爱因斯坦的脑 与正常死亡尸体脑(平均年龄 78 岁)进行比较。综 合上述两篇研究的发现, 大脑皮层的神经细胞分 布密度可能跟创造力有关。 第三篇爱因斯坦脑的研究则来自加拿大 Witelson 的团队。她和她的同事(1999)对爱因斯 坦与正常人(35 名男性, 56 名女性)脑差异的研究 发现, 爱因斯坦脑的顶叶显著大于控制组; 且其 外侧裂(sylvian fissure)有一个不同于常人的后升 支(posterior ascending branch), 但并未观测到爱 因斯坦脑的顶岛盖(parietal operculum, 多位于缘 上回前部)。根据先前研究, 外侧裂与其周边脑回 路有两种关系: 外侧裂要么是终止于(terminate) 中央后回沟; 要么是在中央后沟后遇顶岛盖时一 分为二。与此不同, 爱因斯坦脑左右两半球外侧
大学 Diamond 的团队呈现了第一篇关于爱因斯坦
裂的后升支竟与中央后沟汇合了, 还不存在顶岛
大脑研究的报告。她们(1985)将爱因斯坦大脑两
盖。他们还发现爱因斯坦脑两半球的顶叶比控制
半球左右前额叶上段和顶叶下段与 11 名对照被
组要宽 15%, 其中外侧裂后端宽度最大(Witelson
试的脑进行比较, 发现爱因斯坦大脑左右半球 9
et al., 1999)。研究者认为这些独特特征即是爱因
区和 39 区神经细胞与神经胶质细胞的比值要比
斯坦高创造力的神经解剖学原因, 爱因斯坦后顶
正常人(11 名平均年龄为 64 岁的正常人)低, 不过
叶过早开发制约了外侧裂后部和顶岛盖的发展,
只有左半球 39 区的差异具有统计学意义。即在
从而使顶叶有足够的发展空间。认知神经科学研
有相等神经胶质细胞的条件下, 爱因斯坦脑左半
究也表明该区域对数学思维和视觉等有重要作
球 39 区的神经细胞数比正常人少。也就是说爱
用(Witelson et al., 1999; Colombo et al., 2006;
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Galaburda, 1999)。也就是说, 爱因斯坦大脑顶叶
具体脑区的体积至少部分地反映了神经元的大
的特异性产生了他的高创造力。其他数学家(如,
小和数量, 因此较大体积可能意味其具有更高的
Gauss)和物理学家(如, Osler)的脑解剖研究也支
工作效率。就此来测量脑体积的方法有两种, 一
持顶叶特异性和创造力关联的结论(Chakravarty,
种是从头皮外来测量, 即头的外部尺寸, 如头的
2009; Colombo et al., 2006; Witelson et al., 1999)。
周长, 该法早期使用较多。此法虽可准确测得头
从上述研究可看出, 脑生理解剖研究对揭示
的大小, 但其对脑的测量却很不准确, 头的大小
创造力与脑结构的关系有重要作用, 它们能揭示
虽与脑的体积有一定关系, 但并非完全对应关系,
出高创造力者脑结构与正常人的差异以及创造
它还受头盖骨大小、厚度等影响。此外组成大脑
力可能涉及的大体脑区, 比如爱因斯坦创造力与
的物质也不尽相同, 从大的类别可分成: 灰质(由
其下顶叶和顶岛盖等部分的关系, 但这类研究所
神经元细胞体组成)、白质(由神经元发出的树突
得结果仍不明确。这一方面可能受到了测量技术
或者轴突构成)及脑脊液等。因此这种测量所得结
(主要是光电显微镜下的测量)的限制; 另一方面
果并不精确, 只能算为一种粗略的现象描述; 第
可能与无法排除控制组与实验组不对等所产生
二种方法即近年用得较多脑结构影像测量, 其采
的误差有关。在这类研究中, 实验组往往是单个
用先进的仪器设备, 尤其是无损的核磁共振技术
被试, 而单个被试与一组被试的平均水平的比较
来测量人类脑内体积(vivo brain volume)。较之与
通常都不准确, 同时也无法排除年龄等发展因素
法一, 该法所得结果更精确和科学, 不仅可较准
所引起的脑结构差异的影响。也就是说, 单凭物
确测得大脑的整体体积, 还可测得大脑不同区域
理测量数据, 如神经细胞数目和大小, 脑皮层部
内多种物质和生理结构的体积, 如脑内灰质和白
分沟回的长度或宽度等, 是很难清楚地阐明创造
质的总体体积及前额灰质体积等。因此, 当前研
力与脑结构关系的。例如 Witelson 等(1999)在研
究多喜欢使用该法来检测创造力的脑结构基础。
究中将爱因斯坦脑顶岛盖缺失的特征视为爱因
质 子 磁 共 振 波 谱 技 术 (Proton Magnetic
斯坦高创造力的重要特征, 而 Falk (2009)结合爱
Resonance Spectroscopy)就是一种测量人类脑内
因斯坦的成长史进行研究后, 发现该区可能不是
体积的方法, 它依据核磁共振现象和化学位移作
爱因斯坦高创造力的独特特征, 而是其语言障碍
用来对一系列特定原子核及其化合物进行分析。
的 原 因 (Chakravarty, 2009; Falk, 2009; Yuan,
不仅能对活体脑内的神经化学物质的变化进行
2009)。尸体脑解剖研究存在诸多不足, 仍难以单
无损伤性研究, 还能揭示这些化学物质独特的代
独胜任揭开创造力本质的使命, 因为它有妄断结
谢过程和方式。最近, Jung 等(2009)就运用此技术
论之嫌(Galaburda, 1999; Falk, 2009), 也难以彻
(实验中为氢质子磁共振波谱术 1H-MRS)考察了
底排除利手、年龄和疾病等干扰因素的影响, 而
56 名被试脑结构和创造力之间的关系。在实验中,
且高创造力脑又十分罕见, 进行尸体解剖研究更
他们要求被试完成三种条件下的发散思维任务
是难以广泛展开。正是这些缺点致使许多研究借
(含创作新颖性测试、词汇流畅性测试和非常用途
助尖端仪器来进行活体脑结构影像研究。比较而
测验), 并进行影像检测。结果发现, 较低的右前
言, 活体脑结构影像研究则可在一定程度上弥补
脑灰质 NNA(N–Acetylaspartate, NNA, 即 N-乙酰
尸体脑解剖研究的不足, 不仅可适当地避免妄断
天门冬氨酸, 乃是脑内白质和灰质的指标)和较
结论之嫌, 而且还可普遍地开展研究和验证。
高的左前脑灰质 NNA 可预测创造性指标, 同时
1.2 活体脑结构成像研究
发现较低的右前脑灰质 NNA 预测反应的流畅性。
相比尸体脑的解剖, 活体脑研究由于不能直
且这种影响在智力低于 116 这一智力和创造力阈
接对脑进行物理观察和测量, 故需在兼顾无创伤
限时更明显, 而在智力高于 116 时, 则是较低的
性基础上考虑如何获取脑内结构的信息和指标
右前脑灰质 NNA 和较高的左前脑灰质 NNA 一起
以探讨活体脑结构与创造力的关系。关于此, 常
预测创造力。研究者认为各脑区与创造力关系的
见的解决方案是通过测量大脑体积, 然后计算大
差异可能与脑区自身发展程度及在技能发展中
脑体积与创造力指标间相关(Gong et al., 2005)来
的作用有关, 即不同脑区神经元联结的可塑性
实现。其基本逻辑是: 对于一个健康大脑, 某一
(plasticity)和效能性(effeciency)不同。因为有研究
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揭 示 , 年 龄 较 大 被 试 的 背 侧 和 喙 部 额 叶 (Dorsal
仍存在显著相关, 且创造力总分与两侧顶下小叶
and Rostral Frontal Cortex)的皮质厚度与功能激
(Inferior Parietal Lobe, IPL; 尤其是缘上回)和右
活成负相关, 但年龄较小儿童这两个区域的皮质
侧枕叶白质浓度关系也显著。这进一步表明创造
厚 度 与 智 力 成 正 相 关 (Fink & Neubauer, 2006;
力涉及以脑前部结构为主的广泛的大脑区域, 是
Jung et al., 2009)。而 Sowell, Thompson, Homles,
大脑某些区域显著作用与全脑功能共同影响的
Jermigan 和 Toga (1999) 发现, 成年人的额叶皮
结果。
质都较薄。即该研究从总体上揭示了创造力与脑
通过对上述采用不同脑结构影像技术所进
前部(多是左侧额叶和下顶叶及右侧后扣带回)的
行交叉印证研究的分析可知, 脑总的体积与创造
关系。
力有明显的正相关, 且其与额叶这类脑前部结构
随后, Jung 等人又用结构成像技术(Structural
的相关关系较为明确, 其他特定脑区体积与创造
Magnetic Resonance Imaging, sMRI)开展了进一
力的相关则仍存在一些争议。这些不一致的结果
步研究(Jung, Segall, Bockholt, Chavez, Flores, &
可能与实验被试样本差异、图像分析技术的不同
Haier, 2010)。结果更细致地发现低创造力被试更
及测量误差等因素有关。同时关联创造力特定脑
多激活了左半球舌回(lingual gyrus)、右半球梭状
区的变异性也可能与脑的可塑性和神经效能有
回(fusiform)、楔状回(cuneus)、角回(angular gyrus)
关。而这可通过“大脑两半球相互作用说” (Jung-
和顶上小叶(superior parietal)与顶下小叶(inferior
Beeman, 2005) 和 / 或 “ 神 经 效 能 理 论 ”(Fink &
parietal)等区 域, 而 高创 造 力被 试的 右脑 的后 扣
Neubauer, 2006; Jung et al., 2009)来解释。“大脑两
带回(right posterior cingulate)激活十分明显。另对
半球相互作用说”认为右半球较左半球具有更高
创 造 性 成 就(CAQ)与 皮 下 皮 质 厚 度 的 分 析 发 现,
的 相 互 连 通 性 (interconnectivity), 而 创 造 力 过 程
较低的左侧眶额区皮质厚度与高创造性成就相
中大语义网络又可通过增强皮下白质的连通性
关, 较高的右侧角回皮质厚度与高创造性成就相
来易化, 因此右半球脑区与创造力的关系的变异
关。以上 Jung 等的两项研究主要探讨的是言语创
性更大。该过程中, 两半球大量的重叠区域则主
造力与脑结构的关系, Moore 等(2009)认为言语
要负责引发较弱信号来易化某些潜在的独特关
创造力较图像创造力更易受智力和教育水平等
联(unique combinations)。即低智力者创造力指标
影响, 于是其通过结构影像技术考察了 21 名成
CCI(Composite Creativity Index)和 NNA 间较强的
年人脑结构与图像创造力的关系。结果发现胼胝
负相关意味着右侧大量语义网络的中枢去抑制
体 与 白 质 总 量 的 比 值 ——CC/WMV 值 (corpus
(central disinhibitin)。而高智力者 CCI 与 NNA 间
callosum/total white matter volume)与托伦斯创造
较弱的正相关, 可能反映了通达左侧各零散语义
性思维测验 TTCT 得分成中等程度负相关, 即
网络的中枢易化(central facilitation)。“神经效能
CC/WMV 比例越小, TTCT 得分越高, 进一步分
理论”认为神经效能在创造力过程中起着重要作
析发现此主要为 TTCT 得分与“早熟闭合”量表得
用, 其可通过限制信息加工自上而下的控制来对
分(premature closure subscore)关联所致。与此类
创造性观点生成过程中的皮下资源进行分配。即
似, 新近 Takeuchi 等(2010)也考察了创造力和脑
是说, 高言语智力者可能会有效地分配资源, 从
内白质成分的关系。不同的是, 他们所用的是弥
而导致其 CCI 与 NNA 间具有较强的联系, 而低
散张量成像技术(diffusion tensor imaging)。通过
言语智力者可能无法有效分配资源, 从而致使其
对 55 名被试的考察, 发现创造力总分(实验中为
CCI 与 NNA 的关联较弱, 但这两种理论解释还有
原创性指标与精致性指标的原始得分之和)与个
待今后研究的进一步验证。
体白质纤维细胞结构角度和纤维束结构整体性
总之, 结合上述研究不难看出创造力虽离不
的指标 FA(fractional anisotropy)有显著正相关。
开全脑机能的协同, 但其并不是定位于全脑, 大
相关的区域涉及额叶、两侧前扣带回、胼胝体、
多数研究倾向于支持其主要定位于额叶和扣带
两侧纹状体和两侧颞顶联合皮层, 以及从额叶弓
回及颞顶联合皮层等区域。Flaherty (2005)总结了
状束到右侧颞顶联合皮层的广大区域。在剔除一
数十项脑损伤和脑影像研究, 提出了三因素脑解
般智力(瑞文推理成绩)的影响后, 发现以上区域
剖模型(three-factor anatomical model)来解释创造
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力的脑结构基础。该模型认为创造力是颞叶、额
力的本质。这与创造力领域特殊/异性和领域普遍
叶和边缘系统所成网络联结功能的结果。其中,
性的争论有关, 当前部分学者认为创造力是领域
颞叶主要负责生成新颖性观点以及增强其品质;
特殊的, 而另一部分人则认为是领域普遍的, 于
额叶则是负责观点远距性(remote)和新颖性的接
是导致了两种观点的争论。但随着研究的深入,
通, 该区域损伤则会引起观点新颖性和远距性判
众多研究者愈发地认识到创造力兼具这两种特
断的僵化, 从而导致所生成观点质量降低; 边缘
性, 只不过不同性质体现在其不同评估方式上。
系 统 则 负 责 新 颖 性 寻 求 (novelty-seeking)和 提 供
具体来说, 他们认为任务模式遵循的是领域普遍
创 造 性 驱 力(creative drive), 后 者 以 中 脑 多 巴 胺
观, 个体差异模式遵循的则是领域特殊观。于是
系统的功能为主。然而该模型还只是基于脑损伤
若我们将这两种模式分开讨论的话, 就能避免两
数据和少数脑成像研究的初步结果, 其有效性还
模式间研究比较导致的误差, 更好地理解创造力
有待于今后研究结合更精确的高端技术与巧妙
的本质及其神经基础。也正是基于此, 我们在下
的实验设计来检验。另需指出的是, 目前关于创
文就将这两者分开来论述。
造力脑结构影像的研究并不多, 可能与目前主要
2.1 任务模式——基于任务比较的创造性脑功能
是认知科学家在探讨此领域有关。因此, 在未来,
研究
心理学者和认知神经科学家还需加强与临床神
任务模式遵循的传统认知取向, 认为同一批
经科学家和其他研究者的交流和合作, 共同来对
被试创造性任务和常规任务间的差异反映了创
这一复杂的心理活动进行探讨。
造力。拓展到脑成像研究的话, 该取向是将被试
2 创造力与脑功能
进行创造性任务与其进行常规任务时脑激活区
尽管依据脑结构成像可获得创造力与脑结 构的关系, 甚至还可在一定程度上揭示创造力与 大脑功能的关系。然而, 结构与功能之间并不存 在简单的对应关系, 脑结构只是脑功能的基础 (刘昌, 2003)。创造力作为一种心理加工活动, 相 比其与脑结构关系, 心理学研究者对可能参与创 造力活动的脑功能区更感兴趣。目前也已有大量 研究对此进行了探讨(Seger, Desmond, Glover & Gabrieli, 2000; Gibson, Folley & Park, 2009; Fink
域的差异视为负责创造力的脑区。一般而言, 该 取向所持的是领域普遍观, 即认为创造力是一种 高级认知, 是所有被试都可习得或具有的, 只是 需表现在具体任务上。于是研究中常会涉及两种 不同任务的比较。需指出的是, 有些研究(如, Yasuyuki 等(2009)和 Gibson, Folley 和 Park (2009) 的研究)并未设置常规任务, 而是通过依据通俗 观念中创造力标准所设计的创造性任务(如, 歌 曲创作或艺术方案设计)来考察创造力的脑神经 基础。
et al.,2009; Chávez-Eakle et al., 2007; 刘春雷, 王
较早从该取向来对创造力与脑功能关系进
敏, 张庆林, 2009)。但若对这些研究进行仔细分
行探讨的是 Seger 等人(Seger, Desmond, Glover,
析就会发现它们主要存在两种取向, 一种是任务
& Gabrieli, 2010)。他们让被试进行一项词语创造
模式取向, 即探讨创造性任务与非创造性任务的
力任务, 具体包括两个系列的启动实验, 一个是
脑功能差异; 另一种是个体差异模式取向, 即探
让被试对两种名词(重复出现的或新颖的)产生一
讨高创造力与低创造力个体间的脑功能差异。相
个单词(主要是一个寻常的动词, 创造性程度较
对来说, 前者多是基于创造性认知的观点, 后者
低), 另一个是 让被试对新颖 的名词产生两 种动
更主要是基于创造性人格的观点, 但逐渐也有少
词(寻常或不寻常的)。结果发现, 在前一种情况下,
数研究开始运用交叉模式, 考察不同创造性被试
寻常动词产生时更多激活了左下前额叶皮层和
进行创造性思维任务与常规任务的差异(如,
右半球; 当产生不寻常动词时, 左下前额皮层并
Chávez-Eakle et al., 2007)。
没有更多的激活, 但在右侧额中回、顶部额中回
以往研究(刘春雷等, 2009; Silvia, Kaufman
和左侧额中回激活的程度更大, 意味着右半球更
& Pretz, 2009; Reiter-Palmon, Illies, Cross,
多地参与了远距离联想加工(Seger et al., 2010)。
Buboltz & Nimps, 2009)表明, 从任务模式和个体
后来, Howard-Jones 等深化了此实验, 在此基础
差异模式来对创造力进行研究有助于阐明创造
上考察被试生成复杂故事的创造性加工。他们要
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求 8 名被试根据指导语完成不同故事生成任务。
差异不显著, 但专家组生成的钢笔方案原创性显
每次向被试呈现 3 个线索词(有语义关联或无语
著高于新手被试, 且在钢笔方案生成数量和原创
义关联), 被试需用所给线索词编一个故事(有创
性的综合指标——个体创造性指数上, 专家组得
造性或无创造性), 最终实验任务构成了 2(关联:
分要显著高于新手被试。脑成像结果则显示, 专
有, 无)×2(创造性: 有, 无)的四种分析条件。结果
家组的三项创造性指标均与右脑前额叶皮层的
显示, 无联系 但有创 造性 条 件下被 试成 绩 最好,
激活和左脑前额叶皮层的激活相关显著, 而新手
而有联系又无创造性条件下被试成绩最差; 脑成
则无此关联; 相反, 新手被试的右脑额叶和左脑
像显示, 较无创造性条件, 创造性条件更多激活
额叶的血氧依赖水平信号变化与创造力指标成
了包括两侧额叶中央和左侧扣带回的前额叶区
负相关, 但专家组被试并未检测到负向关联。为
域, 表明复杂创造性任务更多表现为右半球优势
进一步分离出专家与新手训练效应和创造力的
(Howard-Jones, Blakemore, Samuel, Summers, &
脑功能区, 研究者用结构方程技术对相关脑区
Claxton, 2005)。Bechtereva, Korotkov, Pakhomov,
(如, 左侧梭状回和左侧海马等)进行建模, 发现
Roudas 和 Starchenko (2004)进一步对这种难度效
左侧顶叶主要与创造性的训练效应有关, 右侧前
应进行了研究。实验设计了复杂和简单两种条件,
额 叶 则 与 创 造 力 关 系 十 分 密 切 。 然 而 , Gibson,
复杂条件下被试需根据所给的 16 个词语(其中 8
Folley 和 Park (2009) 对音乐家和非音乐家创造
个名词, 8 个不定式, 所有词以矩阵形式呈现 90s)
力与脑功能区的研究却发现音乐家更多激活了
编一个故事, 故事中要合理用到这些词, 且这些
两侧前额皮层, 非音乐家更多激活了左侧前额皮
词 语 境 独 立 ( 如 ,“to begin, to want, glass, roof,
层。两者所得结果似乎存在一定差异, 前者更支
mountain, to keep silence, book, to leave, sea, night,
持左脑与创造力训练的关系, 后者则更支持右
to open, cow, to throw, to notice, to disappear,
脑。我们认为这可能与右脑在音乐活动中的作用
mushroom”); 而简单条件虽也是根据所给词语编
有关, 同时可能与研究中因素的控制有关。因为
故事, 但所给 词语实 际相 当 于故事 中一 个 句子,
在 Gibson 的研究中, 他们给予的是近红外光谱扫
各词语不存在独立语境(如, “school, to understand,
描, 且对人格(如精神质等)和智力的影响进行了
task, to learn, lesson, answer, to get, to write, mark,
较严格的控制, 即在一定程度上排除了创造性人
to ask, class, to answer, question, to solve, to listen,
格对创造性认知的影响。此外可能与样本大小也
teacher.”)。脑成像结果显示, 复杂任务较简单任
有关, 因为 Gibson 研究中接受近红外光谱扫描的
务 更 多 激 活 了 左 侧 颞 中 回 (left middle temporal
被试仅 15 人(8 名音乐家和 7 名非音乐家)。关于
gyrus, 主要是 BA 39)。研究者结合以往研究认为,
此更为明确的结论还有待今后研究的深入。
该区域的激活可能与词语工作记忆、转换加工及
除了这种采用单一脑成像技术展开的研究 ,
灵活性等多种加工的保持有关。通过以上研究的
也有研究者将高时间分辨率的生理电技术和高
比较, 可看出创造性活动主要与大脑两半球两侧
空间分辨率的成像技术结合起来探讨创造力任
的额叶有关。虽然较简单创造性任务, 复杂创造
务 的 时 空 模 式 。 Jung–Beeman 等 (2004) 就 结 合
性任务还激活了扣带回与颞叶部分, 但就整体而
fMRI 和 EEG 技术考察了人们创造性问题解决的
言, 简单(言语)创造性任务更多表现为左半球优
神经基础。不同于上述研究, 研究者为保证创造
势, 而复杂(言语)创造性任务则出现了右半球功
性评估的客观性, 并未让被试根据线索自由生成,
能的增强。该结果在一定程度上支持“两半球相互
而是要求被试根据所给三个远距离联想词来生
作用理论”, 即简单(言语)创造性任务与右半球语
成一个与这三个词有关的词语。结果发现带顿悟
言, 尤其是语义网络的联结性有关。
性质的创造性问题解决主要激活了右半球前颞
Yasuyuki 等(2009)突破了单一言语创造力的
上回(anterior superior temporal gyrus, aSTG), 且
考察模式, 探讨了新手与专家组被试进行图形创
EEG 检测到在顿悟前 0.3 秒处有一个突然发生的
造力任务的脑功能差异。其让 20 名新手被试和
高频γ波源起于右侧颞上回, 就此 Jung–Beeman
20 名专家被试创造性地设计出新钢笔方案。结果
等认为右侧前额区负责原本无关事物联系的建
发现, 专家组与新手生成创造性钢笔方案的数目
立, 即远距离联想的激活。随即, Bechtereva 等
-1426-
2010 年
心理科学进展
(2004)对这种顿悟式远距离联想与渐进式远距离 联想的脑机制进行比较, 发现前者主要激活左侧
2.2 个体差异模式——基于个体比较的创造性脑 功能研究
缘上回(supramarginal gyrus), 后者主要激活左侧
个体差异模式遵循的是人格取向, 倾向于
颞中回(middle temporal gyrus), 并认为这两个区
将创造力视为一种人格特质。与任务模式所遵循
域提供了创造性思维过程必须的认知灵活性和
的领域普遍观相比, 个体差异模式遵循的是领域
想象与幻想。
特异观, 认为创造力并非是每个个体所有的, 而
除了对单一创造性任务的考察, 也有研究者
是极少数个体才具有的。但由于此取向下个体创
同时比较了两种或多种创造性任务的脑功能差
造力的高低还有赖于测量工具的评估, 即纯粹的
异。Fink 等(2009)就考察了客体和语言创造力两
领域特异观受到了测量工具的调节。若不同创造
类任务与相应常规任务的差异。其运用 EEG 和
力者的分类是通过创造性问题解决实现的——通
fMRI 技术对两类客体创造性任务和两类语言创
过问题解决模式(如多用测验)来鉴别被试创造力
造性任务进行检测, 其中, 客体创造性任务为替
的高低, 由于问题解决模式遵循的是领域普遍观,
代用途测验(Alternative Uses, AU)和客体特征任
那么此时个体差异模式所持的并不是纯粹领域
务(Object Characteristics, OC), 语言创造性为名
特 异 观 , 如 上 述 Yasuyuki 等 (2009) 和 Gibson,
称创造任务(Name Invention, NI)和单词结尾任务
Folley 和 Park (2009) 的研究; 但若高低创造力被
(Word Ends, WE), 发现 AU 与 OC 这类客体任务
试并不是通过问题解决模式鉴别的, 而是用特质
比较中, 创造力多表现为左侧角回激活; 而 NI 与
量表鉴别的, 则倾向支持纯粹领域特异观。
WE 这类词汇任务比较中, 创造力多激活了右侧
从个体差异模式进行创造力脑功能成像研
枕下回。EEG 显示, 额叶(含前额叶、额叶中央等)
究也是近年才开始的。Carlsson, Wendt 和 Risberg
在前一情况下出现了明显的高频γ波; 在后一情
(2000)首先用注射示踪技术考察了 24 名不同创造
况下, 则是右侧后顶叶(含顶枕联合皮层、颞顶联
力的男性在发散思维任务与流畅性任务上的差
合皮层等)出现高频γ波; 高创造力被试较低创造
异。其中, 流畅性任务是让被试自发地说出尽可
力被试更多激活了右半球, 而低创造力被试两半
能多的以某字母开头的单词; 而发散性思维任务
球差异不显著。研究者认为该结果反映被试在进
则是不寻常用途测验——让被试尽可能多地说出
行非常规用途任务过程中为实现远距离新颖联
砖块的用途。结果发现, 高创造力者在双侧前额
结的接通, 主动“切断”(switch–off)了额叶的监控
叶前部、前颞叶和额叶的顶部有显著激活, 右半
和优势联结, 后顶叶等的激活则意味着创造力过
球激活更明显; 而低创造力者在进行这些任务时,
程中需较多注意与视觉加工, 特别是在视觉呈现
除左侧前额叶的前部的血流量未变化外, 与高创
的言语创造力评估中。
造力者所对应的几个激活脑区血流量均明显降
从创造力任务模式的众多研究中可看出, 要
低了。这就表明高创造力者较低创造力者在发散
定位出创造力的具体脑区仍属不易。但这些研究
思维任务中更多的是两半球的共同作用。对不同
也得到了一些有意义的结论, 即创造力主要与大
创造力被试静息和任务状态的脑活动的进一步
脑半球的额叶和顶叶有关, 可能还与其他大脑皮
比较, 还发现创造力高的被试大脑在休息时要比
层的若干区域有关。但大脑前额叶在创造力过程
任务操作时更活跃, 低创造力者实验和休息时的
中新颖和远距离观点联结的重要作用得到较一
模式却与高创造力者相反。对高创造力者焦虑水
致的认同, 而后顶叶在创造力过程中的作用因创
平的测查, 发现高创造力者比平常人更焦虑, 且
造性任务的差异略有不同。此外言语脑区的激活
在 生 理 上 表 现 出 更 高 唤 醒 。 Chávez-Eakle 等 人
也与创造力的任务有关。未来研究还需在进一步
(2004)则采用不同的成像技术考察了高创造性个
整合多种技术和分离不同干扰效应(如, 创造性
体的脑血流变化。用单光子发射计算机断层显像
人格特质对创造性认知的影响, 新手与专家效应
(single photon emission computerized tomography,
的影响等)的基础上来探讨不同类型的创造力(如
SPECT)对 12 名高创造性个体的研究发现, 在托
言语创造力和图像创造力)和不同难度的创造性
伦斯 创造 性 思 维测 验(TTCT)图画 和言 语 创 造 性
任务与脑功能区的关系。
任务上得分高的被试右中央前回(right precentral
第 18 卷第 9 期
创造力的脑结构与脑功能基础
-1427-
gyrus)激活显著。此外, 图画创造性任务得分高的
涉及的这类脑区并不一致, 这种变异性可能受被
被试还出现了右前小脑(right anterior cerebellum)
试抽样方法、实验范式和观测仪器等影响。未来
的显著激活; 言语创造性任务得分高的被试还激
研究则需着重考察这些效应的影响, 以获得创造
活了右中央后回(right postcentral gyrus)、左额中
力脑功能基础更一致的结论。
回(left middle frontal gyrus)、右额叶肠回(right rectal gyrus) 、 右 下 顶 叶 (right inferior parietal lobule)和右海马旁回(right parahippocampal gyrus) 等区域。有研究者认为, 被试激活模式的差异可 能与被试的筛选方式有关, 因为自编测验和传统 测验可能考察的是创造力的不同维度, 同时还难 以避免被试抽样代表性的偏差。就此有研究指出 应尽可能采用创造力的社会评估, 不仅具有较高 的生态效度, 且一致性系数较高, 测量方式还更 为内隐。 随后, Chávez-Eakle 等(2007)改进了被试筛 选方式, 探讨了社会公认的高创造力被试, 即被 社会公认的对其所在领域做出巨大创造性贡献 的科学家或艺术家, 与低创造性被试在物体不寻 常用途任务上的脑血流变化。单光子发射计算机
3 总结与展望 综上所述, 已有创造力脑神经基础的研究 主要从脑结构和脑功能两方面进行。创造力与脑 结构的关系主要从尸体脑的生理解剖和活体脑 结构成像两方面展开; 创造力与脑功能的关系则 主要从任务取向和个体差异取向展开。任务取向 主要比较了创造性任务与非创造性或常规任务 的脑成像差异, 个体差异取向则细致分析了高创 造力个体与低创造力个体或一般人的脑功能差 异。虽然各具体研究因受任务、被试筛选及检测 工具等影响, 在创造力的脑神经基础方面存在一 定差异。例如, 在任务取向研究中与实验任务对 照的基线任务的不同可能导致所得创造力的神 经基础有差异, 并且这种差异在个体差异模式中 很可能进一步放大——个体差异模式一般不会设
断 层 显 像 (single photon emission computerized
置对照的基线任务。但是这四种取向的研究已大
tomography, SPECT)扫描显示, 高创造性被试比
体揭示创造力与脑额叶和顶叶以及少数其他皮
低创造性被试的脑血流显著增加的区域有: 右中
层区的关系较密切。未来研究可在进一步宏观把
央 前 回 (right precentral gyrus), 右 嘴 峰 (right
握自身研究模式的基础上, 增强自身研究模式及
culmen), 双 侧 额 叶 中 回 (left and right middle
其实验设计与其他模式的沟通性和可比性, 以求
frontal gyrus), 右 额 叶 肠 回 (right frontal rectal
获得关于创造力神经基础更为一致的结论。具体
gyrus), 左额叶眶回(left frontal orbital gyrus), 左
而言, 针对今后的研究, 我们认为除了刘春雷等
颞 下 回 (left inferior gyrus) 和 右 小 脑 (right
人(2009)所提及的, 开展损伤脑研究以及在创造
cerebellum)。通过创造性任务与激活脑区关系的
力研究中增设基线任务外, 还可尝试从如下方面
分析则进一步发现, 流畅性主要与右侧中央前
深入:
回、左侧缘上回、右侧额中回、右侧肠回(right
(1)对被试的筛选等作更周密的考虑。一方
rectal gyrus)、右侧顶下小叶和左侧额下回关系密
面需对被试创造力评估方式作区分, 即区分究竟
切; 原创性与右侧肠回、右侧小脑、两侧额中回、
采用创造性问题解决还是人格特质的评估方式,
左侧颞上回的激活有关; 灵活性与左侧额下回、
以便肃清创造力领域特异与领域普遍两种观点
右侧额中回和右侧肠回的激活有关。对上述脑区
的争论; 另一方面加强对公众所认同高创造力群
的进一步分析, 发现创造性个体进行高创造性任
体的研究, 在保证内部效度的基础上, 提升研究
务时, 更多激活了大脑两半球的若干脑区, 主要
的生态效度和外部效度。
集中于前额叶、尤其是两侧前额叶的额中回(主要
(2)加强研究的深度和力度, 细致地探讨具
是 BA10)、两侧额叶肠回(多为 BA11)和两侧眶额
体脑区与创造力的关系, 突破当前创造力激活脑
回与额下回(主要为 BA47)等区域。
区的考察模式, 对若干具体的脑区进行较细致和
以上研究表明, 高创造力被试较低创造力被
深入的分析, 以大体上探明创造力脑神经网络的
试更多激活了右侧脑区, 且这些脑区主要定位于
重要联结点。具体可从人工神经网络模拟和神经
额叶, 多是额中回和额肠回等。另外涉及大脑皮
网络联结(neural connectivity)建模两方面展开。人
层其他几个叶及小脑的部分脑区, 但不同研究所
工神经网络可通过路径概率分析不同路径生成
-1428-
2010 年
心理科学进展
多层方案的最终模式和可行性。这不仅有助于借
Chavez, R. A., Graff-Guerrero, A., Garcia-Reyna, J. C.,
鉴人工智能和脑–机接口领域相关技术来揭开创
Vaugier, V., & Cruz-Fuentes, C. (2004). Neurobiology of
造力的本质, 而且还有助于推动创造力研究成果 向 人 工 智 能 (artificial intelligence) 和 脑 – 机 接 口
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Vaugier, V., & Cruz-Fuentes, C. (2007). Cerebral blood
网络联结研究则可从两方面展开, 一方面可借助
flow associated with creative performance: A comparative
结构方程技术对已有脑成像结果进行结构分析, 如同 Yasuyuki 等人(2009)一样, 以明确创造力更 为具体的脑结构和功能基础; 另一方面可通过建 模技术对创造力各个脑区的神经联结强度和密 度进行分析, 以深入揭示创造力与神经效能的 关系。 (3)强化创造力与脑结构关系的研究。目前 多是认知神经科学家在开展创造力的研究, 临床 神经科学家和其他领域对此关注极少, 导致功能 成像研究较多, 而结构影像研究较少。未来研究
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构的关系。 (4)注重多种技术的整合, 着力加强对超常 脑和损伤脑的探索。目前对创造力研究主要关注 于正常脑, 对超常脑和损伤脑的研究很少。未来 研究可借助计算机模拟等技术以及脑成像技术,
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Neural Basis of Creativity: Evidence From Structural and Functional Imaging SHEN Wang-Bing; LIU Chang; CHEN Jing–Jing (Lab of Cognitive Neuroscience and School of Educational Science, Nanjing Normal University, Nanjing 210097, China)
Abstract: The study mainly focused on the neural basis of creativity, which based on brain structural and functional imaging studies. Evidence from brain anatomy indicated that creativity may be related to parietal and angular gyrus. However, vivo brain structural imaging researches showed that creativity mainly relative to frontal gyrus and cingulate cortex and the subcutaneous concentration of white or gray matter. Task-oriented studies found that the frontal and parietal cortex, even combining with some other areas play an important role in creativity, whereas the right frontal lobe as well as some brain regions in cerebral cortex and cerebellum activated in individual difference approach. In order to get more consistent conclusions, studies in the future should investigate creativity systematically and integrally, and also design more comparable experiments and creativity tasks to detect creativity by our high temporal and high spatial solutions technologies. Key words: creativity; cognitive neuroscience; neural basis; domain specificity; brain imaging