Определение сети и нейроанатомия

Данные функциональной визуализации были получены по мере того, как участники выполняли классическую задачу на дивергентное творческое мышление, где участникам предъявлялся намёк на объект, и они должны были придумать для него необычное и творческое применение. Творческое качество ответов, полученных во время задачи в фМРТ, а также двух различных задач мышления, выполненных вне сканера, оценивалось четырьмя обученными оценщиками по пятибалльной шкале (19). Используя моделирование скрытой переменной, мы обнаружили, что оценки креативности сильно коррелируют с самооценкой творческого поведения и достижений в области искусства и науки [r (161) = 0,54, P <0,001] - в соответствии с прошлой работой (20) - предполагая, что эти оценки отражают экологически обоснованный маркер творческих способностей.

<…>

В сети с высоким уровнем креативности были обнаружены плотные функциональные связи в преимущественно лобных и теменных кортикальных областях (рис. 1). В соответствии с прошлой работой, области, показывающие наивысшую степень (k; то есть количество функциональных соединений), соответствуют центральным узлам сети режима по умолчанию [например, левая задняя поясная извилина; поле Бродмана (BA) 23; k = 19], сети выявления значимости (например, левая передняя островковая доля; BA 45; k = 14) и лобно-теменная/исполнительная сеть (например, правая дорсолатеральная префронтальная кора; BA 9; k = 8). Из 25 узлов с высшей степенью в сети с высоким уровнем креативности 12 находились в сети по умолчанию, 4 - в пределах сети выявления значимости/cingular-opercular network, а 3 - в лобно-теменной/исполнительной сети. Сеть с низким уровнем креативности показала диффузные связи по всему мозгу, наиболее заметно в подкорковых/стволовых структурах (например, левый таламус; k = 14), в сети по умолчанию (например, левая задняя поясная извилина; BA 23; k = 23), и в мозжечке. Из 25 узлов с высшей степенью в сети с низким уровнем креативности 8 находились в подкорковых/стволовых структурах, 5 - в сети по умолчанию, а 4 - в мозжечке.

Рис. 1

<…>

Обсуждение

Используя недавно разработанный метод анализа данных фМРТ - прогностическое моделирование на основе коннектома, мы обнаружили сеть мозга, связанную с эффективностью классической оценки общих творческих способностей мышления. Эта высоко креативная сеть демонстрирует плотные функциональные связи между основными узлами систем режима по умолчанию, исполнительной системы и системы выявления значимости - сетей, которые обычно работают в оппозиции, - что свидетельствует о том, что творческий мозг характеризуется тенденцией одновременно задействовать эти крупномасштабные сети более активно, чем менее творческий мозг. Критически, мы демонстрируем надежность модели в прогнозировании творческих способностей по трем независимым наборам данных, полученным из двух разных лабораторий, включая два образца фМРТ в состоянии озадаченности и один образец в неозадаченном состоянии покоя. Взятые вместе, полученные данные свидетельствуют о том, что способность к творческому мышлению может быть надежно предсказана на основе уникального профиля связей мозга.

Нейроанатомия творческой сети очень похожа на паттерны функциональной связи, о которых сообщалось в недавних исследованиях творческой познавательной способности (1). В частности, мы обнаружили, что области, демонстрирующие наибольшее количество значительно коррелированных функциональных связей, соответствуют центрам трех крупномасштабных сетей головного мозга: режима по умолчанию (задняя поясная извилина), исполнительной (правая дорсолатеральная префронтальная кора) и выявления значимости (левая передняя островковая доля). Эти регионы показали повышенную функциональную связность в недавнем исследовании с фМРТ дивергентного мышления (11), в котором также сообщалось о положительной корреляции между индивидуальными показателями креативности и глобальной эффективностью в нескольких областях, состоящих из основных узлов этих трех сетей, в соответствии с профилем связности, относящимся к высоким творческим способностям, представленном в настоящем исследовании. Примечательно, что нейровизуализационные исследования художественного исполнения также сообщали о функциональной взаимосвязи между областями в этих сетях (12, 24, 25), предполагая, что способность коактивировать системы мозга, которые склонны работать в оппозиции в покое и во время сложных когнитивных задач (14), может отражать общий механизм обработки творческой информации.

Сеть с низким уровнем креативности в основном состояла из подкорковых, мозжечковых и сенсомоторных областей мозга. Хотя у нас не было априорной гипотезы о сети с низким уровнем креативности, стоит отметить несколько моментов. Что касается нейроанатомии, регионы, показывающие наибольшее количество связей в сети, реже сообщаются в нейровизуализационных исследованиях творческой познавательной способности (5, 6), что позволяет предположить, что они менее актуальны для успешного выполнения задач творческого мышления. Таким образом, одно из предположений заключается в том, что способность к низкому творчеству характеризуется повышенным взаимодействием между областями мозга, которые не поддерживают творческую познавательную деятельность. Хотя сеть включала в себя некоторые области систем по умолчанию и характерных систем, более тщательное изучение паттерна связности показало, что эти системы не были функционально связаны - как в сети с высоким уровнем креативности - но скорее показали более сильную связь с подкорковыми, сенсомоторными и мозжечковыми областями. Предыдущие данные показали, что в этих регионах поддерживаются процедурные (привычные) ответы, что говорит о том, что малокреативные люди скорее всего извлекают лишь кешированные, ранее изученные ответы (26). В свете прошлой работы, связывающей активность системы режима по умолчанию с сильными семантическими ассоциациями (27) и тенденциями автоматического ответа (28), способность к низкому творчеству может характеризоваться неспособностью превзойти существенные концептуальные знания при использовании представлений в памяти в сети режима по умолчанию. Таким образом, пытаясь генерировать оригинальные идеи, люди с низким уровнем креативности могут активировать общие, кэшированные семантические ассоциации, которые, в свою очередь, неэффективно регулируются исполнительной сетью, которая в высококреативном мозге способна функционировать для подавления тенденций выдачи преобладающего ответа и перенаправления поисковых процессов (29).

<…>

Координация сетей режима по умолчанию, исполнительной сети и сети выявления значимости согласуется с недавней моделью динамики мозга, поддерживающей творческую познавательную способность(1). Согласно этой модели, сеть по умолчанию способствует генерации идей с помощью гибких и спонтанных комбинаторных механизмов, задействованных в извлечении из памяти и ментальном моделировании. Сеть выявления значимости, в свою очередь, функционирует для идентификации идей-кандидатов -- потенциально полезной информации, сгенерированной с помощью сети режима по умолчанию -- и передачи такой информации во фронтально-теменные исполнительные системы для высокоуровневой обработки (например, оценки идеи, уточнения или пересмотра). Хотя модель предполагает последовательное развитие процесса генерации и оценки идей, последние данные свидетельствуют о том, что исполнительные системы могут взаимодействовать с текущими генерирующими процессами в сети режима по умолчанию, накладывая тем самым ограничения на производительность и поддержание следования целям более высокого порядка (1). Таким образом, поддержание следования цели может принести пользу творческой деятельности, направляя и ограничивая спонтанную познавательную деятельность для достижения определенных творческих целей (31).

Творчество остается сложной концепцией, которая потребует значительных дальнейших исследований, чтобы раскрыть его многочисленные проявления в мозге. В отличие от некоторых аспектов познания, которые были надежно локализованы в определенных областях мозга, сложные концепции, такие как креативность, вероятно, являются продуктом аналогично сложных нейронных механизмов, которые задействуют весь мозг. Таким образом, в дополнение к решению классических вопросов, связанных с тем, где творчество происходит в мозге, многообещающим направлением будущих исследований будет сосредоточение на том, как мозг мыслит творчески. Сетевые подходы особенно хорошо подходят для решения таких вопросов, поскольку они могут приспосабливаться к сложному взаимодействию нескольких нейрокогнитивных процессов (например, извлечение из памяти, психическое моделирование и когнитивный контроль). Мы поощряем будущие исследования для дальнейшего изучения творческого мышления мозга в различных контекстах задач и разработки поведенческих и нейронных вмешательств (например, с использованием стимуляции мозга) для повышения творческой эффективности путем нацеливания на крупные сети и их динамические взаимодействия.

<…>