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第一 创造性生物学基础研究概况（第1页）

第一节创造性生物学基础研究概况

生物学是研究生物的结构、功能、发生和发展规律的学科。对创造性而言，“生物学基础”指的是人这一客体在结构、功能、发生和发展规律上那些与创造性有关的特征。因此，理论上，高创造性人群和低创造性人群在人体解剖结构、生理功能与生化指标、基因编码和表达等方面表现出来的差异性或是创造性思维时人体生理生化的特异性反应都属于创造性生物基础的研究范畴。事实上，受制于研究技术或是其他原因（如指标的不稳定性等），迄今为止，这一领域的研究多数围绕“脑”这一研究对象展开。因此，本节主要介绍创造性神经基础方面的研究成果，简单概括创造性在人体其他结构和功能方面的特异性表现，而分子遗传学方面的内容放入本章第三节作为“展望”来介绍。

受研究技术的局限，创造性神经基础的研究在20世纪90年代以前进展缓慢。最初，人们只能通过观察和归纳在真实世界中表现出高创造性个体的头部形态结构特征来尝试解析这一问题，即以貌取人。源于18世纪末期的德国的颅相学可以算作类似的尝试；而在中国，民间也一直有“额头饱满者聪明”的传说。这类说法或观点，并不完全符合现代科学所呈现的证据，但现代科学已发现脑特别是前额叶与人类高级思维活动密切相关。因此这些观点还是有一定的朴素唯物性的。

病理学尸体解剖法的出现为这一领域的研究提供了比较科学的研究手段。但鉴于这一方法的特殊性，研究进展依然缓慢。例如，20世纪50年代，美国病理学家托马斯·哈维试图运用病理学的尸体解剖法，通过对科学家爱因斯坦大脑的研究来揭示高创造性和脑结构间的关系。爱因斯坦于1955年逝世后，哈维医生悄悄把他的大脑切成240片保存了下来。哈维医生和后继的学者们分析了他大脑的重量、沟回的形状特征和大小、神经细胞和神经胶质细胞的数量等脑的结构特征。结果也确实发现了一些不同于普通人脑的指标，如爱因斯坦的脑重为1230克（76岁逝世时，低于人类1375克的平均脑重）；他的脑细胞数量多于常人，星形胶质细胞突起比较大等。但是，人们可否因此推断“这些异于常人的脑形态特征决定了爱因斯坦的高创造力或是创造性成就”？答案是否定的。因为，我们不能确定爱因斯坦表现出高创造性成就的成年早期的脑是否也和普通人的脑存在上述的形态差异，也不能确定爱因斯坦成年期的脑结构是否和老年期的脑结构完全一样。事实上，人脑的结构和功能也是随着个体生物年龄的增加而逐渐成熟又转而逐渐退化的。人脑正常老化是所有试图通过尸体解剖方法解决科学问题的一大障碍。

一、创造性与脑的结构和功能关系

20世纪90年代无创性脑功能成像技术的问世极大地推动了这一领域的研究。学术界出现了大量探讨创造性思维（或称状态创造力）和创造性（或称特质创造力）与人脑结构和功能间的关系的研究报道。下面主要根据自变量和因变量的不同对这一领域的成果进行分类阐述。

（一）创造性思维（发散思维）过程的脑活动和连接模式

这方面的实验结果根据数据采集的实验技术可归为两类，一类是基于脑电的数据，另一类是基于核磁共振信号的数据。基于脑电数据的实验结果一致性较高。目前认为，创造性思维时脑电alpha波功率增加（Fink&Benedek，2014）[1]。卢斯滕贝格等（berger，etal。，2015）[2]的因果性实验设计更是为这一结论提供了强有力的支撑。他们在成人被试的前额进行电刺激或是假装电刺激的同时让被试完成托兰斯创造性思维测试（TTCT）。实验发现当在双侧额叶施加10Hz跨颅交流电刺激以加强alpha功率时，被试创造性增加；但当在额叶施加40Hz跨颅交流电刺激时被试的创造力则无变化。

理论上，创造性思维产生原创性的观念或是产品。这一产生过程离不开新联系的生成和自动的普通反应的抑制。因此，与认知控制和抑制有关的脑区及与联想思维有关的脑区可能在创造性思维中起重要作用。另外，新联系的生成基于记忆中提取的旧信息，因此与记忆有关的内侧颞叶应该也参与创造性思维过程。实践中，大量研究也确实发现，创造性思维主要与前额叶执行控制系统和默认网络的功能有关（Mayseless&Shamay-Tsoory，2015；[3]Heinonen，Numminen，&Hlushchuk，etal。，2016[4]；Kleibeuker，DeDreu，&e，2016[5]），并认为默认和执行控制网络间的相互作用构成限制观念产生时的反应抑制的基础（Beaty，seal。，2017）[6]。例如，贝内德克（Benedek）等发现创造性观念的生成（发散思维）与左前额和右内侧颞叶的广泛激活及右颞顶联合区的去激活有关。吴等（C。Wu等，etal。，2016）[7]发现数字类比推理中规则的发散产生与左右额中回的BA10、左顶下叶的BA40和额上回的BA8的显著激活有关。维拉里尔（M。F。Villarreal，2013）等[8]的研究结果也提示前额叶和旁边缘叶（如岛叶）的激活与音乐创作能力（领域特异性创造性）有关。皮尼奥（A。L。Pinho）等（2016）[9]的研究也为前额叶参与音乐即兴创作提供了证据。瓦塔尼安（O。Vartanian）等（2014）[10]发现通过睡眠剥夺暂时损害额叶功能可导致被试在发散思维测试中流畅性得分减少，这也从另一维度间接地证明了额叶和创造性思维的紧密关系。

语义和语义记忆相关脑区参与创造性思维的观点也得到了不少实验结果的支持。例如，克勒格尔（S。Kroeger）等（2012）[11]采用改编的用途任务和被动概念扩展的实验范式发现，双侧额下回，左颞极和左额极在概念扩展中被激活。埃拉米尔（M。Ellamil）等（2012）[12]以给书设计插图为创造性生成任务，也发现创造性思维过程更多地激活内侧颞叶（双侧海马、双侧海马旁回）。达夫（M。C。Duff）等（2013）[13]以脑损伤患者为对象的研究也支持这一观点。他们发现，双侧海马受伤者在TTCT言语和图形测试中的表现显著差于健康者。沃伦（D。E。Warren）等（2016）[14]发现海马受损，辐合问题解决能力也受损。

研究还发现，创造性思维时，不仅人脑各功能区自身的活动模式会出现变化，人脑各功能区之间的功能连接模式也会产生变化。例如，德皮萨皮亚（N。DePisapia）等（2016）[15]比较了12名艺术家和12名非艺术家在艺术创作时脑区间功能连接的差异。结果发现，与字母表视觉想象任务相比，艺术品设计任务时默认网络和执行网络间的功能连接加强，而且这种加强在专业艺术家脑中表现得更为明显。这一实验结果与前面探讨创造性思维时脑活动模式的文献相呼应，从功能连接角度证明了额叶执行控制系统和默认网络在创造性思维中的重要作用。

（二）创造性与个体安静状态下脑的结构和功能关系

安静状态下人脑耗氧量占人体总耗的20%，而大脑任务状态下的氧耗变化率小于5%，这表明安静状态下大脑的结构和功能可能与认知能力有关。如此，研究者一直试图揭示大脑静息状态下的结构和功能差异与个体创造性高低的关系。

1。创造性与个体安静状态下脑灰质形态学特征（包括皮质、神经核等）

近几年来，随着脑成像数据处理技术方面的不断创新，人们开始探索创造性和安静状态下脑的结构和功能关系。这样的研究在实验时分别采集行为数据和脑结构或功能活动数据，最后把两部分数据融合起来，分析比较不同创造性的被试表现出来的脑结构或功能差异或是其与被试创造性得分的相关性，从而揭示创造性的神经基础。与在线、实时考察创造性思维过程的神经基础相比，这样的研究可以直接引用心理学原有的各种经典创造性测试，也不用担心因为外显创造性思维的结果而引发各类运动伪迹污染信号。因此，这一领域的研究虽然起步较晚，但近几年来也积累了丰富的数据。

（1）领域一般性的创造性与安静状态下脑灰质结构的关系

例如，荣格（R。E。Jung）等（2010）[16]首次把皮层形态指标（如厚度和容积）的测量与创造性心理测量关联起来考察创造性与脑结构间的关系。他们的实验以65名约23岁的健康成人为对象，先通过问卷得到被试的创造性成就得分，通过3个发散思维任务得到他们的混合创造性指数；再把被试的这些行为指标和他们脑的皮层厚度进行融合分析。结果发现，舌回内一个区的皮层厚度与被试混合创造性指数呈负相关；右扣带后部与创造性指数呈正相关；较低的左外侧眶额容积和较高的创造性成就相关；右角回较高皮层厚度与高成就有关。而芬克（A。Fink）等（2014）[17]以71名约25岁的成人为被试发现，言语创造性与右楔叶和右楔前叶的灰质密度呈显著正相关。D。A。Gansier等（2011）[18]研究发现，右顶灰质容积和TTCT创造性测试中的创造性视空能力表现出显著的正相关。结合前面创造性思维过程的神经基础研究，似乎与创造性思维过程有关的脑区在安静状态下的形态学特征与创造性思维水平的高低没有必然联系。

竹内（H。Takeuchi）等（2010）[19]首次探讨了成人皮质下结构的形态学特征和创造性之间的关系。他们的研究以发散思维为创造性指标。结果发现，多个脑区的灰质容积和创造性呈正相关，包括大脑右背外侧前额叶、双侧纹状体和中脑的部分结构（如黑质、中脑腹侧被盖区、中脑水管周围的灰质）。

而焦克（E。Jauk）等（2015）[20]进一步细化了创造性的三个指标（独创性、流畅性和灵活性）和成人脑局部灰质容积的关系。他们在研究中以独特性和流畅性为自变量，智力和开放性为协变量。结果发现，楔前叶的灰质容积和创造性观念的独创性而非流畅性有关。另外，观念独创性还与尾状核灰质容积有关。相反，观念流畅性和脑的结构相关性仅在低智力个体的楔叶舌回有所体现。

但库辛（J。）等（2014）[21]的研究却没有如文献一样得到纯阳性的结果。他们在研究中招募了两组不同年龄的被试，一组为青少年（15～17岁），另一组为年青成人（25～30岁），然后分析被试的灰质容量和皮质厚度与发散思维能力间的关系。结果发现，被试的灰质容量和皮质厚度与言语发散思维能力不存在显著的相关关系；但视空发散思维的独创性和流畅性与右颞中回和左脑多个区域（包括额上回和枕叶、顶叶、颞叶的多个区域）的皮层厚度呈正相关。而且，实验结果不受年龄影响。

（2）领域特异性创造性水平与脑灰质形态学特征

国内邱江团队（Zhu，，&Taal。，2016）[22]探讨了日常创造性个体差异的脑结构基础。研究采用修订的创造性行为问卷来测量日常创造性。结果发现，日常创造性活动越多，右侧前运动区的灰质体积越大。他们认为，前运动区域是高级运动计划的区域，负责新颖行为的产生和选择，是日常创造性活动所必需的。他们（Li，Yang，&Li，etal。，2015）[23]还发现高低学术成就的大学教授在大脑相关脑区的灰质体积上也存在差异。

巴什维纳（D。M。Bashwiner）等（2016）[24]以脑皮层表面积为指标考察了音乐创造性与脑结构形态学特征的关系。结果发现，高音乐创造性者（自我报告）在下列脑区有更大的皮层表面积：一是与音乐特异性相关的运动（如按键）和声音加工有关的脑区（背侧运动前区、辅助和前-辅助运动区、颞极）；二是与一般创造性思维有关的默认网络（背内侧前额叶、颞中回和颞极）；三是与情绪相关的脑区（眶额皮层、颞极、杏仁核）。他们认为，音乐创作可能需要领域特异性音乐专业知识、默认模式的认知加工风格和情绪经历协同加工；因此，音乐领域的创造性的神经基础也可能不同于一般意义上的创造性的神经基础，它可能需要以上三方面的脑功能区的参与。

纳瓦斯-桑切斯（F。J。Navas-Sanchez）等（2016）[25]探讨了数学天才的脑结构形态学特征。结果发现，与年龄、智商匹配的控制组（平均年龄约13岁，智商120～130）比较，少年数学天才在额顶和默认网络的关键区域皮质厚度较薄、表面积较大。他们认为天才少年大脑同时出现的皮质厚度下降和表面积增大的现象可能反映了他们比生物年龄更早的神经成熟。

2。创造性与脑白质形态结构和网络拓扑属性的关系

创造性想法经常要求在远距离概念间建立多个连接，因此，很可能，创造性思维能力的提高与脑神经细胞间的连接（神经纤维、白质）改变有关。目前已有不少实验结果支持这一观点。例如，竹内等（H。Takenchi，2010）[26]探讨了21岁成人行为创造性（发散思维）和白质完整性（以各向异性分数FA为指标）的关系。结果发现，FA和个体发散思维能力呈正相关的白质包括：胼胝体邻近双侧前额叶皮层部分、双侧基底神经节、双侧颞—顶联合区和右顶下叶。结果提示：高创造性基于完整的白质纤维束。白质在创造性中的参与性可能与创造性需要不同脑区和结构的远距离概念的整合有关。荣格等（R。E。Jung，2010）[27]以18～29岁成人为研究对象也得到了类似结果。他们发现，综合创造性指数（4个发散思维任务的平均值）与左额上回白质的FA相关。竹内等（2015）[28]发现苍白球的平均扩散和言语创造性（发散思维）有关。

最近，竹内等（2017）[29]进一步应用大样本（男776，女560，平均年龄为20。8岁）研究了白质容积和发散思维的关系。结果发现，在新皮层的广泛区域均观察到白质容积和发散思维显著的正相关，女性更加明显。这再次证明了脑区间的纤维连接对创造性的重要性。吴（C。Wu）等（2016）[30]的研究结果还提示创造性不仅与白质的完整性有关，还与脑白质连接效率有关。他们研究发现，个体远距离联想能力与白质整体效率呈正相关，与小世界水平呈负相关。

3。创造性思维水平和创造性水平与安静状态下脑区间的功能连接

借助于脑电技术，学术界得以在更早的年代探讨创造性与安静状态下脑活动的关系。研究发现，创造性可能与一个较高的唤醒静息状态（脑电图表现出较高的α波频率或是振幅）有关。但这一论点的支撑比较弱。马丁戴尔（dale，1990）[31]总结了七个探讨创造性和安静脑电信号间关系的研究，发现七个研究中只有两个研究得到了阳性结果，即高创造性被试和低创造性被试的皮层基础脑电信号间存在显著差异。