梁皚瑩，梁碧珊，張得龍，焦冰倩，劉 鳴

(華南師范大學心理學院，廣東廣州510631)

一、引 言

創(chuàng)造力(creativity)通常是指個體能夠產生同時具有新穎獨創(chuàng)性和實用性的觀點或產品的能力(Sternberg＆Lubart，1999)。這種能力是人類區(qū)別于其他動物的重要特征，其在人類信息加工中發(fā)揮著重要作用(Boden，1998)。腦成像技術可以實時地在活體大腦上直接測量其在處理復雜信息時的神經活動，這為創(chuàng)造力神經機制的研究提供了新的途徑。從發(fā)散性思維(Martindale＆Hines，1975;Carlsson et al.，2000;Fink et al.，2009;Chavez-Eakle et al.，2007;Howard-Jones et al.，2005;Reverberi et al.，2005;Shamay-Tsoory et al.，2010)、藝術創(chuàng)造力(Solso，2001;Bhattacharya＆Petsche，2005;Kowatari et al.，2009;Limb ＆Braun，2008)、頓悟(Aziz-Zadeh et al.，2009;Luo et al.，2003;Goel＆ Vartanian，2005)等不同的角度，研究者對被試在不同創(chuàng)造性任務刺激狀態(tài)下腦區(qū)活動的變化進行分析，探討了創(chuàng)造力與各個腦區(qū)功能之間的關系。由于任務設計、控制變量和基線設定的不同，創(chuàng)造力研究的結果比較分散，甚至出現相互矛盾(Dietrich＆Kanso，2010)。時至今日，創(chuàng)造力的神經機制仍然是科學研究面臨的重要課題。在心理學研究領域，有關創(chuàng)造力的影響因素、個體差異、心理機制等問題始終是心理學研究的焦點問題。

近年來，靜息態(tài)功能磁功能成像技術(rs-fMRI)被廣泛應用于腦功能研究中。人在靜息狀態(tài)下，僅占人體體重2%的大腦卻消耗了全身20%的耗氧量，其中自發(fā)神經活動(spontaneous neuronal acivity)消耗了腦內大部分能量(Raichle，2006)。這暗示了大腦在靜息態(tài)下進行有意義的功能活動。1995年，Biswal等人(1995)首次借助 rs-fMRI發(fā)現大腦運動皮層在低頻波段存在明顯的血氧水平依賴(BOLD)信號低頻振蕩(low frequency fluctuations，LFFs，0.01-0.08Hz)，而且這一波動信號在左右半球的運動皮層保持高度的時間同步性。隨后的研究也證實了自發(fā)神經活動同樣存在于其他系統(tǒng)中，如聽覺系統(tǒng)(Cordes et al.，2001)、視覺系統(tǒng)(Cordes et al.，2000)、語言系統(tǒng)(Hampson et al.，2002)等。這一系列發(fā)現表明大腦在靜息狀態(tài)下有規(guī)律的自發(fā)波動與大腦的功能存在直接關聯，能夠很好地體現大腦的生理—功能狀態(tài)。2007年，Zang等人(2007)提出低頻(0.01-0.08Hz)波動振幅(ALFF)指標，通過計算每個體素的低頻振幅值的大小，可以具體地反映局部腦區(qū)自發(fā)神經活動的強弱。比率低頻振幅算法(fALFF)是對ALFF方法的改進，是某個特定頻段內的信號振幅強度對可探測到的全頻段范圍內信號幅值和的相對強度，對探測大腦自發(fā)活動具有更好的敏感性和特異性。fALFF從能量的角度反映大腦局部腦區(qū)靜息態(tài)下的激活水平(Zou et al.，2008)。而且，有研究進一步指出大腦的內在活動模式與不同的頻帶存在關聯(Zuo et al.，2010)。大腦神經元所產生的不同振蕩頻帶是由不同的神經機制產生，具有不同的生理意義 (Buzsáki ＆ Draguhn，2004;Engel et al.，2001;Penttonen ＆ Buzsáki，2003)。目前，ALFF/fALFF指標已被廣泛應用在臨床各類疾病的病理分析中(林海龍等，2013;黃清玲等，2011;孫軍等，2011;Zhang et al.，2013;Han et al.，2011)。

在創(chuàng)造力研究領域，Takeuchi等人(2012)應用rs-fMRI探討創(chuàng)造力與默認網絡(DMN)功能連接的關聯，發(fā)現創(chuàng)造力水平與DMN內部的腹內側前額葉(mPFC)和后扣帶回(PCC)的功能連接強度顯著正相關。他們提出高創(chuàng)造力個體靜息狀態(tài)下DMN內部的功能連接越強，越能有效地進行信息的整合和問題的解決。此后，邱江等人在研究中發(fā)現創(chuàng)造力的水平與mPFC和顳中回(MTG)的功能連接強度成顯著正相關，而且兩個腦區(qū)之間的功能連接的強度可以通過創(chuàng)造性任務的訓練得到提高(Wei et al.，2013)。這些研究表明了大腦DMN自發(fā)性神經活動與創(chuàng)造力行為表現之間存在關聯，DMN的自發(fā)神經活動對創(chuàng)造力具有一定的預測性。靜息態(tài)功能連接是從功能子系統(tǒng)的層次研究多個靜息態(tài)功能磁共振時間序列信號之間的相互關系，不能反映每個腦區(qū)具體的活動狀態(tài)，即腦區(qū)自發(fā)性激活時信號改變的信息。為了探討創(chuàng)造力與個體靜息態(tài)下DMN自發(fā)神經活動的關系，我們采用fALFF這一指標，比較不同創(chuàng)造力水平的個體在低頻波段(0.01-0.08Hz)下的神經振蕩振幅的差異，以及在不同的低頻頻帶slow-5(0.01-0.027Hz)和slow-4(0.027-0.073Hz)下神經低頻振蕩振幅的變化，借以進一步探討與創(chuàng)造力相關的大腦神經活動機制。

二、實驗材料與方法

(一)被試

招募華南師范大學一、二年級在校理科本科生180名(平均年齡18.88 ±1.05，85 男)分別進行創(chuàng)造力和智力測評。根據創(chuàng)造力測評(具體材料說明見下)中創(chuàng)造力的總成績排序，篩選出最高分的22名被試組成高創(chuàng)造力組(11男)，占測評總人數約12%;最低分的22名被試組成低創(chuàng)造力組(11男)，占測評總人數的12%。高、低創(chuàng)造力組的被試參與靜息態(tài)功能磁共振成像掃描。所有被試身心健康，均為右利手，視力或矯正視力正常，并在參與實驗前簽署了知情同意書和實驗完成后獲得一定的報酬。

(二)心理測評

實驗選用托倫斯創(chuàng)造性思維測驗的圖形問卷(Torrance Test of Creative Thinking-figural，TTCT)對被試的創(chuàng)造性能力進行調查。TTCT是一套被廣泛采用的創(chuàng)造力量表，主要測評發(fā)散性思維。發(fā)散性思維被認為是創(chuàng)造力的關鍵組成(Guilford，1967)，在創(chuàng)造能力的測量上具有相當的效度(Kim，2008)。TTCT的圖形問卷由3部分組成，第1部分是在一個蛋形線條圖的基礎上設想一幅圖畫或一個故事;第2部分是在10幅未完成的圖畫上畫出有趣的東西;第3部分是在30對平行直線上添加線條畫出不同的物件。3部分都要求被試盡可能發(fā)揮想象力，畫出與眾不同的答案。TTCT最終得出創(chuàng)造力的總分。

實驗選用瑞文標準推理測驗(Raven’s Standard Progressive Matrices，SPM)作為智力水平的測量材料。瑞文標準推理測量適用于一般智力的測量，具有良好的信效度(Raven，1993)。實驗采用由張厚粲教授修訂的中國版本，其分半信度達到0.95，間隔15天和30天的再測信度分別為0.82和0.79(張厚粲、王曉平，1989)。

(三)數據記錄與處理

1.數據記錄

對兩組44名被試進行8分鐘的靜息態(tài)掃描，要求被試平臥，保持清醒，閉目平靜呼吸，在掃描過程中不進行任何系統(tǒng)性思維運動。使用泡沫頭墊固定頭部并最大限度減少頭部及其他部位的主動和被動運動。被試戴上專用的抗噪音耳塞，以減少掃描儀噪音對實驗的影響。

實驗采用3.0 T全身磁共振成像儀(Siemens Magnetom Trio Tim)及其配套頭部線圈采集靜息態(tài)功能成像。全腦功能像由T2*加權單次激發(fā)梯度回波的EPI序列獲得，功能成像相關參數如下:脈沖重復時間(repetition time，TR)為2 000 ms，回波時間(echo time，TE)為30 ms。翻轉角(flip angle)為90°，掃描視野(field of view，FOV)為 224×224 ms，平面內矩陣(acquisition matrix)為 64 ×64，層厚為 3.5 mm，體素大小(voxel size)為3.5 ×3.5 ×3.5 mm。全腦在軸位由32層組成，每個被試采集240個時間點圖像。

2.數據處理

在Matlab R2011b平臺上使用SPM8和DPARSF軟件包進行運算。首先進行數據預處理，由于開始磁場信號的不穩(wěn)定性，前10個時間點的數據不作分析，剩余230個時間點具體處理過程包括:DICOM格式轉換，進行時間點對齊和頭動校正，功能圖像標準化(采用SPM8自帶標準模版進行標準化)重采樣(分辨率為3×3×3 mm3)，對圖像進行各向同性高斯平滑(FVHM=4 mm)以及去除線性漂移。

采用軟件REST進行fALFF分析，方法概括如下:首先將每個體素的時間序列利用快速傅里葉變換(FFT)轉換到頻域，得到其功率譜;然后計算功率譜的平方根，將平方根所得值平均在一定的頻域范圍。功率譜平方根經平均后得到該體素的ALFF值。fALFF值即是某一給定的頻段的ALFF與整個可測得頻段的 ALFF的比值。除了低頻頻段(0.01-0.08Hz)外，全頻帶(0-0.25Hz)可分成五個不同的頻帶:slow-6(0-0.01 Hz)、slow-5(0.01-0.027 Hz)、slow-4(0.027-0.073 Hz)、slow-3(0.073-0.198 Hz)、slow-2(0.198-0.25 Hz)(Buzsáki＆ Draguhn，2004)，其中 slow-6、slow-3、slow-2三個頻帶信號主要反應的是低頻漂移信號、高頻噪聲以及白質信號等生理信號噪聲(Zuo et al.，2010)。因此本研究只計算全腦每個體素在低頻頻段、slow-4和slow-5三個頻帶的fALFF，并將所得值進行正態(tài)化轉換，得到zfALFF，以降低因個體差異造成的影響。

3.統(tǒng)計分析

量表分析:兩組人年齡、智力及創(chuàng)造力得分差異由獨立雙樣本t檢驗進行評估。若p＜0.05，則認為兩組之間有顯著性差異。

低頻振蕩振幅組間分析:將高創(chuàng)造力組與低創(chuàng)造力組利用上述方法得到的zfALFF利用RESTV1.8軟件系統(tǒng)進行基于體素的獨立樣本t檢驗。結果統(tǒng)計圖經過AlphaSim校正，閾值水平為p＜0.05即通過 p＜0.01結合 18個體素(486 m3)達到。

不同低頻頻帶間分析:為了進一步分析自發(fā)神經低頻振幅對于不同頻段的依賴性，將高創(chuàng)造力組的zfALFF利用RESTV1.8軟件系統(tǒng)進行基于體素的配對樣本t檢驗。結果統(tǒng)計圖經過AlphaSim校正，閾值水平為p＜0.05即通過p＜0.001結合6個體素(162 m3)達到。

三、實驗結果

(一)行為數據

高創(chuàng)造力組與低創(chuàng)造力組在TTCT成績上具有顯著差異，年齡及智力得分均無顯著差異(見表1)。

(二)高、低創(chuàng)造力組fALFF差異

獨立樣本t檢驗結果如表2所示，高創(chuàng)造力組比低創(chuàng)造力組的低頻段fALFF增強的區(qū)域有右腦島、左運動輔助區(qū);高創(chuàng)造力組比低創(chuàng)造力組的低頻段fALFF減弱的區(qū)域有右楔前葉、左后扣帶回(見圖1A)。

在 slow-5(0.01-0.027Hz)頻段，高創(chuàng)造力組比低創(chuàng)造力組的fALFF增強的區(qū)域有雙側顳上回、右腦島及右額中回;高創(chuàng)造力組比低創(chuàng)造力組的fALFF減弱的區(qū)域有雙側顳下回、右枕中回、左額中回、左額上回(見圖1B)。

在 slow-4(0.027-0.073 Hz)頻段，高創(chuàng)造力組比低創(chuàng)造力組的fALFF增強的區(qū)域有雙側的額中回和右額下回;高創(chuàng)造力組比低創(chuàng)造力組的fALFF減弱的區(qū)域有右楔前葉、左顳中回、右中央后回(見圖1C)。

表1 高創(chuàng)造力組和低創(chuàng)造力組的智力及創(chuàng)造力成績獨立樣本t 檢驗結果

表2 高創(chuàng)造力組和低創(chuàng)造力組的fALFF值獨立樣本t檢驗結果

(三)slow-4和slow-5下fALFF差異

配對樣本t檢驗結果如表3所示，高創(chuàng)造力組額中回和顳中回的fALFF在slow-5明顯高于slow-4;尾狀核的 fALFF在 slow-4明顯高于slow-5(見圖2)。

四、討 論

大量研究已經證實，創(chuàng)造力的腦機制涉及廣泛分布的腦區(qū)，這些腦區(qū)在不同的創(chuàng)造力任務中發(fā)揮不同的作用(Heilman et al.，2003;Moore et al.，2009;Razumnikova，2000;Razumnikova，2007)。這表明創(chuàng)造力是一個綜合的心理活動過程，其對應的腦機制也較為復雜。本研究從靜息態(tài)角度，對不同創(chuàng)造力個體的自發(fā)腦神經活動進行了探討。據我們所知，這是第一個對創(chuàng)造力與靜息態(tài)下大腦局部區(qū)域低頻振幅關聯性的研究。我們發(fā)現高、低創(chuàng)造力個體的靜息態(tài)自發(fā)神經活動存在明顯差異，而且fALFF體現出明顯的頻帶特異性。

首先，在低頻波段(0.01-0.08Hz)，我們發(fā)現高創(chuàng)造力個體右腦島和左運動輔助區(qū)的自發(fā)神經激活水平比低創(chuàng)造力個體顯著增高，左后扣帶回和右楔前葉的自發(fā)神經激活水平則顯著降低。基于腦島和運動輔助區(qū)屬于突顯網絡(SN)的節(jié)點(Dosenbach et al.，2007;Seeley et al.，2007)，后扣帶回和楔前葉是 DMN的節(jié)點(Raichle et al.，2001)。本研究結果表明了在靜息狀態(tài)下，高創(chuàng)造力個體較之低創(chuàng)造力個體的DMN腦區(qū)的激活較弱，SN腦區(qū)的激活較強。

DMN是最受關注的大尺度腦網絡之一，它的活動在執(zhí)行有外界刺激的認知任務時會被抑制(去激活)，而在進行自我映射和自我相關的加工過程中表現出增強(Greicius et al.，2009;Sheline et al.，2009)。Takeuchi等人(2011a)在創(chuàng)造力與DMN的關聯性研究中發(fā)現，高創(chuàng)造力被試在執(zhí)行與工作記憶相關的2-back任務時，DMN的重要節(jié)點楔前葉出現任務誘發(fā)的去激活(task-induced deactivation，TID)減弱，而且減弱程度與創(chuàng)造力水平呈顯著正相關。Raichle等人(2001)提出DMN中的后扣帶回和相鄰的楔前葉組成一個緊張性活躍的區(qū)域，不斷地采集外部以及內部的信息;在以任務為導向的信息處理過程中，這個區(qū)域通常會出現去激活。而且，后扣帶回和楔前葉是語義系統(tǒng)的關鍵組成(Binder et al.，2009)，對語義信息的整合處理發(fā)揮作用(Buckner et al.，2008;Jung-Beeman，2005)。在靜息態(tài)下，楔前葉參與和自我相關的心理表征和情景記憶檢索等認知活動(Cavanna＆Trimble，2006)。據此，Takeuchi等認為創(chuàng)造力與DMN的TID減弱相關可能提示了高創(chuàng)造力個體對于與任務無關信息的抑制控制不足，從靜息態(tài)下內在的語義處理過程到任務執(zhí)行下認知過程的注意再分配效率不高(McKiernan et al.，2003)。本研究中高創(chuàng)造力個體靜息態(tài)下DMN區(qū)域振幅的降低，可能表明在靜息態(tài)下同樣存在認知資源分配效率較低的現象(Takeuchi et al.，2011a)。高創(chuàng)造力個體具有低潛在抑制(low latent inhibition)的特質，他們對外面環(huán)境的刺激更敏感，他們的大腦無法屏蔽曾經出現過的同樣刺激，即使對沒有直接作用的事物也會進行深度分解思考(Carson et al.，2003)。

圖1

表3 高創(chuàng)造力組fALFF在slow-4和slow-5的配對樣本t檢驗結果

圖2

高創(chuàng)造力個體在靜息態(tài)下DMN的局部區(qū)域激活減弱也有可能幫助高創(chuàng)造力個體實現兩個不同網絡中的概念的結合。關于創(chuàng)造力的概念，已有研究認為創(chuàng)造力是把分離的、幾乎沒有關聯的元素進行整合 (James，1890;Spearman，1931;Guilford，1967)。而且，通過不同大腦網絡間的信息聯接，高創(chuàng)造力個體善于運用某個范疇的知識去組織形成一個新的范疇(Heilman et al.，2003)。DMN在自我意識有關的內部心理任務中激活，例如情感、情景記憶等(Buckner et al.，2008;Foster，Dastjerdi ＆Parvizi，2012;Andrews-Hanna et al.，2010)。它與在基于外部注意的認知任務中激活的任務正相關網絡(task-positive network，TPN)相互拮抗(anticorrelation)，即一個網絡激活，另一個網絡則去激活(Damoiseaus et al.，2006;Fox et al.，2005)。靜息態(tài)下，當DMN的活動減弱，TPN的激活相應增強(Fox et al.，2005)。當一個網絡對另一個網絡抑制減弱，有可能使一些在去激活網絡的“無關”信息進入意識，與激活網絡的遠距離信息結合，形成具有新穎性的想法(Takeuchi et al.，2011a)。

SN對DMN和中央執(zhí)行網絡(central executive network，CEN)實施動態(tài)管理(Palaniyappan＆Liddle，2012)。它對不同形式的信息輸入進行識別與整合，這些輸入包括了體外的感知覺信息處理，以及大量的體內感受性信息的自主處理，例如痛苦情緒、饑餓、情感、獎賞等(Seeley et al.，2007)。它的關鍵節(jié)點右腦島根據任務范式和刺激模式，對DMN和CEN兩個網絡發(fā)出激活或抑制的控制信號，使兩個網絡之間實現動態(tài)切換(dynamic switching)(Sridharan et al.，2008;Menon ＆ Uddin，2010)。高創(chuàng)造力個體SN區(qū)域振幅的升高可能提示了高創(chuàng)造力個體可以感知和描繪一些隱藏于一般人的信息，更大量地接收內外部的刺激，一旦顯著刺激被探查到，SN的前腦島就會發(fā)出合適的瞬時控制信號給負責注意、工作記憶和高級認知過程的腦區(qū)，同時也抑制DMN的活動(Menon＆Uddin，2010)。

本研究的另一個發(fā)現，進一步揭示了fALFF在反映與創(chuàng)造力有關的大腦自發(fā)波動中具有明顯的頻帶特異性。我們發(fā)現高創(chuàng)造力個體自發(fā)神經活動性在slow-5和slow-4這兩個不同的頻帶下存在顯著差異。額中回和顳中回區(qū)域的fALFF在slow-5顯著高于slow-4。額中回和顳中回屬于DMN的節(jié)點，區(qū)域間存在結構上和功能上的神經連接(Greicius et al.，2003;Raichle et al.，2001)。已有研究指出，不同頻段相比之下，較低頻頻段的神經振蕩振幅有利于神經網絡的功能整合(Buzsáki＆Draguhn，2004)。與此相一致，本研究結果表明了DMN的區(qū)域自發(fā)神經活動性在較低的頻段更強。本研究也發(fā)現高創(chuàng)造力個體的基底核(尾狀核)在slow-4自發(fā)神經激活更強，這個結果與Zuo等人(2010)比較slow-4和slow-5的全腦fALFF的研究結果一致。本研究結果支撐大腦神經元在不同頻段的低頻振蕩與不同的神經機制和生理功能存在聯系的說法(Buzsáki＆ Draguhn，2004;Penttonen＆Buzsaki，2003)，并提示slow-5頻段對于發(fā)現與創(chuàng)造力相關的DMN自發(fā)性神經低頻振幅更敏感。

五、結 論

本研究通過靜息態(tài)下fALFF比較了不同創(chuàng)造力個體的大腦自發(fā)波動特征，我們發(fā)現DMN區(qū)域神經活動減弱、SN區(qū)域神經活動增強是高創(chuàng)造力個體腦神經活動的一個重要特征，這一特征可能與創(chuàng)造力的腦機制具有密切關系。對這一神經活動特征的進一步揭示有助于提升我們對創(chuàng)造力腦機制的認識。同時，本研究也表明fALFF在大腦創(chuàng)造力有關的神經活動特征研究中具有較高的敏感性，可以有效地反應創(chuàng)造力有關的神經活動。

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