预测创造性的脑影像指标体系的研究

发布时间：2018-11-14 12:17

【摘要】：创新是国家科技进步,经济发展的源泉,是个体适应生活,解决问题的基础。因此,准确评估、有效预测和训练提升个体的创新能力对社会发展非常重要。创造性作为人类最高级的认知活动之一,其本质和起源一直困扰着众多领域的研究者。在创造力研究领域,两大核心的问题是创造力的本质是什么和创造力如何评估。近年来,许多研究者利用神经影像技术来探究创造力的认知神经机制,很大程度上提高了我们对创造力的脑机制以及个体差异的理解。已有研究表明创新过程、个体的创造性表现与广泛的脑区活动、大脑结构和功能连接网络存在关联。但由于创造力的复杂性,近20年的研究似乎未能实现我们对创造力本质的了解,反而使得大脑结构、功能连接与创造力的关系变得扑朔迷离。创造力的复杂性主要体现在两个方面:多重加工过程和多元成分。从加工过程来看,创造性并不由单一的加工过程构成。从成分的角度来讲,创造性不仅依赖于创造性思维,也受制于个体本身的认知能力、知识经验、人格等因素。而现有的研究往往忽略了创造力的多维性,仅从单个维度去考虑创造性的加工过程或某种创造力表现的个体差异的神经机制。基于此,本研究把创造力定义为由多个认知成分和人格特质构成的,具备产生新颖独特、有价值产品的能力。在这个前提下,通过行为网络分析探索创造力的组成成分以及成分内外的关系,并通过心脑关联方法探究创造力的大脑结构和功能基础。在此基础上,运用与创造力关联的大脑特征来预测个体未来的创造性潜能提升和创造性成就,以此考察基于脑影像特征评估和预测个体创造力的可行性。研究一目的在于探索创造力的行为轮廓。实验1通过对40个行为变量进行聚类分析发现创造力主要包含四个结构:创造性思维、创造性认知、正性特质和负性特质。对被试进行聚类后并进行差异检验发现聚类后的两个组别在创造性思维、正性特质和负性特质上存在显著差异。采用创造性成就和行为作为校标进行验证发现组别在创造力的表现和自我评估上都存在显著差异。具体来讲,高创造力组在问题提出、发散思维能力、想象能力得分上显著高于低创造力组;创造性认知方面,高创造力组具有更低的抑制能力;在正负性特质上,高创造力组具有更高的正性特征,如开放性、想象力、好奇心和冒险性等,而低创造力的神经质得分更高。行为网络分析发现发散思维、想象、联想、外向性、挑战性、开放性、好奇性、想象力以及神经质的节点强度较高,这表明这些变量在创造力网络中起着枢纽的作用。发散思维、联想能力、开放性、神经质的介数度较高,也表明这些变量在创造力网络中是重要的中转站。此外,创造性思维占据重要节点的数量最多且中心度的均值最大,这说明了创造性思维是创造力网络的核心成分。研究二采用典型相关分析探索创造力的大脑结构和功能基础。实验2考察了创造力的大脑结构基础。典型相关分析表明创造力主要包括三个成分:创造性思维、正性-负性特质和创造性认知。各个典型成分包含变量与实验1基本一致,创造性思维主要包括发散思维、想象能力、问题提出、原型启发能力等变量;正性-负性特质主要包括高夫人格、开放性、好奇心、想象力、冒险性、神经质、特质焦虑等变量;创造性认知成分主要包括聚合思维、推理、工作记忆、认知灵活性、抑制能力等变量。在大脑结构基础上,创造性思维主要涉及的大脑结构为额上回、背外侧前额叶、内侧前额叶、颞上回、后部顶叶皮质、脑岛、皮下组织区域,以及外侧颞叶与前额叶、外侧颞叶与后部顶叶、额顶区域间的白质连接;正性-负性特质主要涉及的大脑结构为广泛的前额区域、颞上回、颞下回、顶上小叶、前后扣带回、海马、丘脑、杏仁核和基底神经节等脑区以及皮下组织之间、基地神经节与颞叶、前额叶的白质连接;创造性认知主要涉及的大脑结构为额下回、中央前回、顶上小叶、颞下回、脑岛以及涉及颞叶与皮下组织、外侧额叶与后顶叶的白质连接。实验3考察了创造力的大脑功能基础,结果显示创造力主要包括三个成分:创造性思维、正性-负性特征和创造性认知。创造性思维主要涉及到默认网络与执行控制网络两大网络之间以及各自网络内部的功能连接;正性-负性特质主要涉及额上回与皮下组织、海马与后部顶叶之间的功能连接;创造性认知成分主要涉及凸显网络和带状盖网络两个网络及网络间的功能连接。实验4通过整合模态探索创造力的结构和功能模式。结果显示创造性思维相关的大脑特征涉及到语义记忆与情景记忆相关系统和自上而下的控制加工系统,主要包括默认网络后部脑区间和及其与外侧前额叶区域的功能连接。创造性认知主要涉及到执行功能系统,主要包括内侧前额叶与外侧前额叶功能通路以及外侧前额叶(包括额下回、背外侧前额叶)的结构和功能连接特征。正负性特质成分主要涉及到包括内侧默认网络、颞-顶联合区以及与动机奖赏相关的皮下组织的系统。实验5通过判别分析验证多模态特征整合是否可以更有效的评估个体的创造性能力。结果显示采用多种判别方式和采用多模态融合特征均可有效区分高低创造性组。从不同模态融合指标上来讲,三种模态融合的特征判别效果最好,其次是大脑结构融合特征。在单一模态上,本实验发现白质连接的特征对高低创造力组的识别效果最好,其次是灰质体积特征、效果最差的是功能连接特征。把最优的评估模型在新的数据集进行验证发现三种模态融合对创造性能力的识别率准确率到达73%,但对智力的识别率只达到随机水平。这表明本研究选择的大脑特征具有有效性和特异性,也表明通过大脑特征评估个体创造性水平具有可行性。研究三通过纵向研究设计来考察大脑多模态特征对个体创造性潜能提升和创造性成就的预测效果。实验6使用159人的大学生纵向数据库检验了早期大脑结构是否可以预测个体未来的创造性潜能。预测分析发现背外侧前额叶的灰质体积、密度可以有效地预测个体3年后的创造性潜能提升。纳入早期行为,结合背外侧前额叶灰质密度的预测效率为31%。纵向分析发现额-颞、额-顶区域的灰质变化可以显著预测个体未来的创造性能力及其变化。白质结构分析发现外侧前额叶与内侧前额叶之间、外侧颞叶子区域间以及左右内侧前额叶之间的白质连接可以有效预测个体未来的创造性潜能提升。实验7a通过静息态功能连接进行预测分析发现默认网络、执行控制网络以及皮下组织脑区间的功能连接对创造性潜能的预测效果最佳。其中默认网络内部(如内侧前额叶与颞下回),执行控制网络与默认网络之间的功能连接(如背外侧前额叶与顶下小叶)可以显著负向预测创造性潜能,而背外侧前额叶与颞上回可以显著正向预测创造性潜能提升。实验7b考察在任务状态下默认网络与执行控制网络的协同激活模式对个体创造性潜能的预测。结果发现默认网络区域(顶下小叶、后扣带回、楔前叶)激活可以正向预测个体3个月后的创造性表现,这有力支持了后部默认网络在创造性思维中的核心作用。实验8目的是利用个体早期的行为特征和大脑特征预测4年后个体真实生活中的创造性成就。结果发现双侧的背外侧前额叶的灰质体积、默认网络内部以及与执行控制网络间的功能连接、以及额下回区域间、胼胝体前部白质各向异性可以良好的预测个体未来的创造性成就,行为特征上发散思维、工作记忆和创造性人格都对个体创造性成就有较好的预测效果。整合的模型对创造力的预测率为84%,大脑特征的预测效果好于行为特征的预测效果。综上所述,创造力是涉及创造性思维、认知、人格的交互系统。创造性思维是创造力的核心成分,它主要包括发散思维和想象两个维度。创造力人格是创造力的基础,包含开放性、好奇心等正性人格特质,同时也包含神经质等负性特质。创造性认知成分是创造力的必要条件,它是创造性问题解决中所必须的认知功能,包括工作记忆、推理、认知灵活性等认知能力。创造力的大脑结构和功能基础包括涉及情景记忆和语义记忆的内外侧颞叶系统,负责语义检索和控制的外侧顶叶和背外侧、腹外侧额叶系统,涉及工作记忆、抑制等认知功能的执行控制网络,以及负责情绪、人格和内驱力的内侧默认网络和皮下组织系统。有效预测个体创造力潜能和成就的大脑特征主要涉及背外侧前额叶与外侧颞叶、背外侧前额叶与顶下小叶的功能连接。此外,背外侧前额叶的灰质体积、额下回区域间、胼胝体前部、内侧前额叶与壳核的白质连接等结构特征对个体创造力表现有显著的预测效应。外侧前额叶区域形态学特征以及与相关区域的白质和功能连接反映了高创造力者所具有的核心特质——语义定向新联接能力,它是评估和预测个体创造性能力的关键特征。本论文的研究成果不仅有助于我们对创造力结构和组成成分有更深的了解,也为了解创造力的本质提供更丰富的神经影像学证据。此外,本论文研究结果为基于脑影像学指标评估和预测个体创造性能力提供了实证支持。我们认为大脑特征对个体创造力的评估、潜能预测将在创新教育、人才选拔等方面崭露头角。
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【学位授予单位】：西南大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：B845.1
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本文编号：2331135