創(chuàng)造性思維是人類智能的核心體現(xiàn), 推動(dòng)著人類文明進(jìn)步與社會(huì)發(fā)展 [1] . 認(rèn)知科學(xué)與教育心理學(xué)一直十分關(guān)注“學(xué)習(xí)他人的創(chuàng)造性范例并啟發(fā)自身”這一創(chuàng)造方式. 創(chuàng)造力聯(lián)想理論認(rèn)為, 創(chuàng)造性思維過(guò)程主要是基于已有的概念基礎(chǔ), 展開發(fā)散性聯(lián)想, 再對(duì)不同要素進(jìn)行重新整合, 繼而生成原創(chuàng)性觀點(diǎn) [2] . 這一理論描述了創(chuàng)造性觀點(diǎn)生成的過(guò)程機(jī)制, 但相對(duì)忽視了在觀點(diǎn)生成之前, 個(gè)體對(duì)外在知識(shí)信息進(jìn)行學(xué)習(xí)與整合的過(guò)程. 雖然目前已有研究表明對(duì)他人創(chuàng)造性范例的學(xué)習(xí)能夠有效提升后續(xù)創(chuàng)新表現(xiàn) [3] , 但大腦如何對(duì)外在范例信息進(jìn)行高階學(xué)習(xí)(指超越簡(jiǎn)單記憶復(fù)制的抽象化規(guī)則遷移), 并將其轉(zhuǎn)化為自身原創(chuàng)性觀點(diǎn), 這一認(rèn)知過(guò)程背后的神經(jīng)機(jī)制仍不清楚.

在過(guò)往創(chuàng)造性思維神經(jīng)基礎(chǔ)的研究中, 海馬體與前額葉皮層被證明發(fā)揮著重要作用 [ 4 ~ 6 ] . 海馬體是記憶編碼與提取最重要的腦區(qū)之一, 其在情景記憶整合、聯(lián)想學(xué)習(xí)等認(rèn)知過(guò)程中起著關(guān)鍵作用 [7] ; 前額葉皮層, 特別是腹外側(cè)前額葉皮層(ventrolateral prefrontal cortex, vlPFC), 則在語(yǔ)義選擇、認(rèn)知控制與規(guī)則抽象中扮演著不可或缺的角色 [8] . 近年研究表明, 這兩個(gè)腦區(qū)可能相互協(xié)同作用, 以支持知識(shí)的泛化與靈活運(yùn)用 [9] . 但具體到創(chuàng)造性思維領(lǐng)域, 二者如何分工協(xié)作以實(shí)現(xiàn)從范例學(xué)習(xí)到創(chuàng)意生成的轉(zhuǎn)化, 目前尚未有明確答案. 同時(shí), 大腦對(duì)信息的低維表征(指用較少的神經(jīng)維度編碼信息核心特征)作為一種高效的信息處理方式, 已被證實(shí)參與了概念的學(xué)習(xí)及記憶泛化的形成 [ 10 , 11 ] , 但這一信息處理方式能否解釋創(chuàng)造性學(xué)習(xí)中的范例信息抽象過(guò)程, 仍缺乏直接的實(shí)驗(yàn)證據(jù).

近日, 首都師范大學(xué)羅勁教授團(tuán)隊(duì)與北京師范大學(xué)秦紹正教授團(tuán)隊(duì)合作在 Nature Communications 發(fā)表了題為“Hippocampal-prefrontal orchestration supports higher-order learning for creative ideation”的研究論文, 系統(tǒng)揭示了高階學(xué)習(xí)支持創(chuàng)造性思維的神經(jīng)機(jī)制 [12] . 該研究創(chuàng)新性地提出“海馬體-前額葉協(xié)同編碼”假說(shuō), 證實(shí)左海馬體通過(guò)降低表征維度實(shí)現(xiàn)范例信息的結(jié)構(gòu)化壓縮(指去除冗余細(xì)節(jié), 保留抽象化結(jié)構(gòu)), 同時(shí)增強(qiáng)與前額葉的功能連接促進(jìn)抽象信息的遷移, 二者共同構(gòu)成了區(qū)別于普通記憶的創(chuàng)造性高階學(xué)習(xí)神經(jīng)通路. 該研究采用“范例學(xué)習(xí)-創(chuàng)造性觀點(diǎn)生成-線索回憶”三階段范式, 結(jié)合文本與圖片兩種刺激材料, 通過(guò)整合功能磁共振成像(functional magnetic resonance imaging, fMRI)技術(shù)與認(rèn)知行為實(shí)驗(yàn), 構(gòu)建了多維度、交叉驗(yàn)證的研究體系. 在核心實(shí)驗(yàn)中, 參與者首先學(xué)習(xí)“物體-創(chuàng)造性用途”配對(duì)范例(如“打蛋器-燭臺(tái)”), 隨后為目標(biāo)物體生成新穎用途, 最后回憶學(xué)習(xí)階段的范例. 基于創(chuàng)造性評(píng)分的個(gè)體內(nèi)中位數(shù)分割, 將學(xué)習(xí)試次分為“高后續(xù)創(chuàng)造性(higher subsequent creation, HSC)”和“低后續(xù)創(chuàng)造性(lower subsequent creation, LSC)”兩組, 通過(guò)對(duì)比分析兩組的神經(jīng)編碼差異, 挖掘支持創(chuàng)造性學(xué)習(xí)的關(guān)鍵神經(jīng)標(biāo)志物.

行為結(jié)果表明, 創(chuàng)造性范例學(xué)習(xí)對(duì)后續(xù)創(chuàng)新具有促進(jìn)作用. 相比無(wú)范例學(xué)習(xí)、普通范例學(xué)習(xí)等對(duì)照條件, 創(chuàng)造性范例學(xué)習(xí)組的后續(xù)創(chuàng)新表現(xiàn)更好. 這證實(shí)了范例學(xué)習(xí)中“創(chuàng)造性”特征的關(guān)鍵支撐作用. 同時(shí), 研究發(fā)現(xiàn)“模仿-創(chuàng)新權(quán)衡”效應(yīng): 范例模仿能促進(jìn)記憶保持, 但是也會(huì)抑制創(chuàng)造力輸出, 如果采取適當(dāng)?shù)亩ㄏ蜻z忘以及低負(fù)荷孵化的模式, 則可以減弱無(wú)關(guān)細(xì)節(jié)記憶、優(yōu)化表征抽象, 進(jìn)而提升后續(xù)創(chuàng)新表現(xiàn). 在大腦層面, 本研究對(duì)海馬體激活模式進(jìn)行了主成分分析( 圖1(a) ), 識(shí)別出了創(chuàng)造性高階學(xué)習(xí)的兩個(gè)核心神經(jīng)標(biāo)記物. 一是左海馬體表征維度的降低: HSC試次的左海馬體表征維度顯著低于LSC試次( 圖1(b, c )), 且呈現(xiàn)出更高的全局模式相似性( 圖1(d) ). 這表明海馬體通過(guò)維度壓縮實(shí)現(xiàn)范例核心特征的提取與結(jié)構(gòu)化編碼, 而非簡(jiǎn)單存儲(chǔ)細(xì)節(jié)信息. 二是海馬體-前額葉功能連接的增強(qiáng): HSC試次中左海馬體與左前額葉的功能連接和表征連接(指不同腦區(qū)對(duì)同一信息神經(jīng)編碼模式的相似性)均顯著強(qiáng)于LSC試次( 圖1(e, f) ), 且這種連接增強(qiáng)與海馬體表征維度降低呈負(fù)相關(guān)( 圖1(g) ). 這提示前額葉可能通過(guò)調(diào)節(jié)海馬體的表征壓縮過(guò)程, 促進(jìn)抽象信息的提取與整合. 跨實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證顯示, 這兩個(gè)神經(jīng)標(biāo)記物在文本與圖片范例學(xué)習(xí)中均穩(wěn)定存在, 且與創(chuàng)造性評(píng)分呈顯著負(fù)相關(guān), 說(shuō)明了其較好的普適性與有效性.

圖 1

海馬體對(duì)范例信息的低維表征及其與前額葉的表征連接共同促進(jìn)創(chuàng)造性觀點(diǎn)生成(修改自文獻(xiàn) [12] ). (a) 對(duì)范例學(xué)習(xí)期間海馬體激活模式進(jìn)行主成分分析. (b) 高后續(xù)創(chuàng)作(higher subsequent creation, HSC)試次條件下左側(cè)海馬體對(duì)范例信息表征維度更低. (c) 在70%~80%解釋方差范圍內(nèi), HSC試次條件下的海馬體表征維度均低于低后續(xù)創(chuàng)作(lower subsequent creation, LSC)試次. (d) HSC試次條件左側(cè)海馬體全局模式相似性顯著高于LSC試次條件. (e) 左側(cè)海馬體與左額下回表征差異矩陣相關(guān)性計(jì)算. (f) HSC試次條件左側(cè)海馬體與左額下回表征連接性顯著高于LSC試次條件. (g) 海馬體-額下回表征連接性與海馬體表征維度呈顯著負(fù)相關(guān)

此外, 這項(xiàng)工作借助跨階段分析深入探討了創(chuàng)造性高階學(xué)習(xí)的神經(jīng)表征遷移機(jī)制. 結(jié)果發(fā)現(xiàn)HSC試次中左海馬體的低維表征與前額葉的全維表征在學(xué)習(xí)與創(chuàng)造性生成階段的相似度顯著更高, 這表明抽象化的神經(jīng)表征能夠從學(xué)習(xí)階段有效遷移至創(chuàng)新階段. 進(jìn)一步的解碼分析發(fā)現(xiàn), 左前額葉能夠基于學(xué)習(xí)階段的神經(jīng)模式, 準(zhǔn)確區(qū)分創(chuàng)造性生成階段的HSC與LSC試次, 且這種解碼能力與創(chuàng)造性評(píng)分正相關(guān), 而去除海馬體低維表征后該解碼效應(yīng)消失, 這證實(shí)了海馬體低維編碼對(duì)前額葉泛化解碼的關(guān)鍵支持作用. 此外, 通過(guò)與“后續(xù)記憶效應(yīng)”的對(duì)比, 研究發(fā)現(xiàn)支持創(chuàng)造性學(xué)習(xí)的神經(jīng)機(jī)制(低維壓縮+強(qiáng)連接)與支持一般記憶的神經(jīng)機(jī)制(高激活+高模式相似性)存在本質(zhì)差異, 進(jìn)一步明確了支持創(chuàng)造性思維的高階學(xué)習(xí)區(qū)別于普通記憶的獨(dú)特神經(jīng)路徑.

綜上所述, 本研究首創(chuàng)性地結(jié)合了基于體素的主成分分析等方法, 深入揭示了范例學(xué)習(xí)促進(jìn)后續(xù)創(chuàng)新的認(rèn)知神經(jīng)機(jī)制. 該研究表明: 海馬對(duì)記憶信息的低維度抽象化表征, 以及海馬-前額葉更強(qiáng)的功能耦合, 共同構(gòu)成了支持創(chuàng)造性高階學(xué)習(xí)的特異性神經(jīng)機(jī)制, 且這一機(jī)制與普通記憶的編碼機(jī)制存在本質(zhì)區(qū)別. 該研究結(jié)論也提示, 相比于精確記憶的“強(qiáng)學(xué)習(xí)”模式, 適度遺忘的“弱學(xué)習(xí)”或許會(huì)更加有利于創(chuàng)造力的激發(fā). 這也在一定程度上契合了“得意忘言”這一古人理念, 即: 既得其意, 則忘其言. 這項(xiàng)工作通過(guò)構(gòu)建跨階段雙向驗(yàn)證的研究體系, 為理解創(chuàng)造性觀念如何從已有學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)中“生成”而非“復(fù)制”, 提供了關(guān)鍵神經(jīng)科學(xué)證據(jù). 受限于fMRI技術(shù)時(shí)間分辨率的局限, 未來(lái)研究可在此基礎(chǔ)上結(jié)合腦磁圖(magnetoencephalograph, MEG), 顱內(nèi)腦電(intracranial electro-encephalogram, iEEG)等具備更高時(shí)間分辨率的技術(shù)深入探索創(chuàng)造性高階學(xué)習(xí)的動(dòng)態(tài)神經(jīng)變化. 本研究也提示我們可以通過(guò)引導(dǎo)適度遺忘、降低記憶負(fù)荷等方式強(qiáng)化外在信息的低維抽象表征, 從而促進(jìn)知識(shí)內(nèi)化與靈活遷移, 激發(fā)個(gè)體創(chuàng)造力.

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