大脑活动机制在预测创造力的原创性和适当性方面存在差异：错误敏感性的作用

《Thinking Skills and Creativity》：Brain dynamics differentially predict originality and appropriateness of creativity: The role of error sensitivity

　　摘要
背景
原创性和适当性是创造性思维的决定性特征，然而与这两个方面相关的动态神经过程尚未完全理解，将大脑动态与创造性产出联系起来的认知过程也尚未完全阐明。错误敏感性指的是个体在检测和应对表现差异方面的差异，它可能为理解创造性认知提供宝贵的见解。

方法
本研究结合了静息态功能磁共振成像（fMRI）、隐马尔可夫模型（HMM）和行为测量，以探讨错误敏感性是否在介导大脑动态与创造性之间关系中的作用。共有746名参与者完成了停止信号任务（stop-signal task），以评估错误后的反应减缓（post-error slowing, PES），将其作为个体错误敏感性差异的行为指标；同时，他们还完成了替代用途任务（Alternate Uses Task, AUT），以评估想法的原创性和适当性。

结果
隐马尔可夫模型（HMM）识别出四种反复出现的脑状态，其中两种状态具有截然不同的网络活动模式：状态1的特点是显著性网络激活而默认模式网络（default mode network, DMN）失活，而状态3则表现出相反的模式。状态1的占据比例和转换概率与适当性呈正相关，状态3的动态与原创性呈正相关，两者都与错误敏感性呈正相关。关键在于，错误敏感性部分地介导了状态1与适当性以及状态3与原创性之间的关系。

结论
这些发现表明，不同的内在脑状态配置可能与创造性的原创性和适当性有不同的关联，并且错误敏感性可能在这些关联中起到依赖于情境的作用。现有证据表明，个体在错误敏感性方面的差异可能与动态神经特征如何与创造性的不同维度相关联有关。

引言
创造性是指生成既新颖又适当的想法的能力，它代表了人类认知的一个基本方面，是推动科学、艺术和技术领域进步的主要驱动力（Diedrich等人，2015年；Runco和Jaeger，2012年；Salter和Gann，2003年；Wuchty等人，2007年）。尽管传统研究往往将创造性视为一个统一的构念或关注单一维度（如原创性），但创造性本质上是原创性和适当性这两个看似矛盾的要求的结合（Barron，1955年；Diedrich等人，2015年；Runco，2004年）。原创性指的是想法的新颖性或不寻常性，而适当性则指其相关性、实用性或与特定情境需求的契合度（Runco等人，2005年；Runco和Jaeger，2012年）。尽管这两个特征共同构成了创造性表现，但它们并不总是可以互换的。一个想法可能非常新颖，但不适合当前的任务；而一个合适的想法可能有用或相关，但不一定特别新颖（Runco等人，2005年）。因此，原创性和适当性可以被视为创造性的相关但可区分的维度，分别研究它们可能更准确地解释创造性背后的认知和神经过程。

越来越多的行为和神经认知证据表明，原创性和适当性可能依赖于部分不同的认知过程。在行为层面，研究将这两个维度与不同的认知资源联系起来：例如，最近的大规模研究表明，新颖性与语义联想能力的关系更为紧密，而适当性与创造性想法生成过程中的执行功能更密切相关（Wang等人，2024年）。在神经层面，Huang等人（2015年）直接区分了创造性任务分解过程中新颖性和适当性的神经关联，发现尾状核（caudate）和黑质（substantia nigra）在新颖性处理中起主要作用，而适当性处理则更多地涉及海马体（hippocampus）和杏仁核（amygdala）。在另一种形式的创造性问题解决中也观察到了这种区别：在外部诱导的限制放松过程中，新颖性涉及颞顶交界区（temporoparietal junction）和背外侧前额叶皮层（dorsolateral prefrontal cortex），而适当性还涉及海马体、杏仁核和眶额叶皮层（Huang等人，2018年）。最近的功能连接性研究从网络层面进一步证实了这一点，表明不同的功能连接模式可以预测新颖性和适当性，并且这些模式与语义联想能力和执行控制有关（Wang等人，2024年）。总体而言，这些发现表明原创性和适当性由部分可分离的认知和神经过程支持。然而，现有研究主要通过行为测量、区域脑活动或相对静态的功能连接性来描述这些差异，尚不清楚这两个维度是否也与大规模脑网络的动态配置有关。

创造性认知不仅限于生成新想法，还涉及评估生成的想法是否满足相关目标和约束。创造性的双重过程模型将创造性思维视为生成过程和评估过程之间的迭代互动：生成过程涉及产生和探索新的关联，而评估过程涉及评估候选想法的新颖性、实用性或适当性（Ellamil等人，2012年；Runco和Jaeger，2012年；Sowden等人，2015年）。神经影像学证据支持这一区分，生成过程和评估过程显示出共同的和部分不同的神经关联（He等人，2025年）。参与这些过程的神经系统包括多个大规模脑网络。默认模式网络（DMN）支持心智游移、自传体记忆检索和远距离语义关联，在创造性认知的生成阶段起作用（Andrews-Hanna等人，2014年）。相比之下，显著性网络（SAL）和执行控制网络（ECN）负责检测行为相关信息、启动认知控制和监控错误及冲突，在评估阶段起作用（Beaty等人，2015年；Seeley等人，2007年）。重要的是，创造性思维不是由单个网络的孤立参与产生的，而是依赖于它们之间的动态和协同互动（Beaty等人，2018b年；Ellamil等人，2012年；Huo等人，2025年；Zabelina和Andrews-Hanna，2016年）。因此，个体在静息状态下的大脑动态稳定性被认为准确反映了他们在生成模式和评估模式之间切换的潜在能力。最近的研究进一步表明，生成过程和评估过程是动态组织的，而非严格顺序的，神经网络配置在创造性想法的生成和评估过程中会发生变化（Kenett等人，2025年）。此外，这些过程可能施加不同的认知要求：生成过程需要探索相对不受限制的关联并产生替代方案，而评估过程则需要应用任务相关标准来确定一个想法是否足够新颖、有用或适当。因此，创造性认知可能涉及在生成候选想法和评估其与当前目标的一致性之间反复切换，从而创建了一个情境，在这种情境下，某个想法或反应的重要性可能取决于当前优先处理的需求。

这种对当前任务需求的依赖性赋予了绩效监控重要角色，通过绩效监控，个体可以评估正在进行中的反应是否符合相关目标或标准。关于绩效监控的研究传统上强调检测正在进行中的表现与任务目标之间的差异，与错误相关的信号与后续的行为调节和冲突处理有关（Botvinick等人，2001年；Carter等人，1998年；Holroyd和Coles，2002年）。在这个更广泛的框架下，错误敏感性可以被视为个体检测、处理和响应表明当前反应或行为偏离任务目标或标准的信息的倾向。在行为层面，错误后的反应减缓（PES，表现为错误后反应变慢）常被用作错误后表现变化的可观察行为指标，可以作为个体错误敏感性差异的行为指标（Gehring等人，1993年；Rabbitt，1966年）。重要的是，错误相关信号的行为意义可能取决于当前优先处理的任务需求。在创造性认知中，候选想法需要根据原创性、实用性和适当性等多个标准进行评估，因此个体在感知表现差异方面的差异可能与其对创造性想法的回应方式有关。这些考虑表明，错误敏感性可能为理解个体在创造性处理过程中如何应对与任务相关的差异提供了一个有用的行为框架。

错误敏感性对创造性的潜在重要性可能源于在生成偏离现有模式的反应和保持其与任务相关标准的符合性之间进行导航的需求。在这种情况下，偏离现有反应模式并不一定是负面的：原创性可能要求个体容忍或探索偏离熟悉或预期替代方案的反应，而适当性则需要评估这种偏离是否仍然适用于任务。因此，同样的偏离可能根据当前处理需求强调的是原创性还是适当性而具有不同的功能意义。与此观点一致，电生理学研究表明，对新颖性和适当性想法的评估涉及动态的监控和控制过程，神经反应会随着原创性和适当性的不同而变化（Tang等人，2022年）。此外，神经影像学研究证明原创性和适当性具有部分可分离的神经关联，表明这些维度可能对认知处理提出不同的要求（Huang等人，2015年）。综上所述，个体在感知表现差异方面的差异可能与其在不同任务需求下对创造性想法的回应方式有关。然而，这种敏感性如何与创造性反应的原创性和适当性相关仍是一个未解之谜。

基于这一框架，一种可能性是错误敏感性的功能意义可能随着支持当前认知处理的大规模脑网络配置的不同而变化。创造性认知的不同方面与DMN、SAL和ECN的协调参与有关，这意味着错误敏感性的重要性不仅取决于被优先考虑的创造性需求，还取决于处理任务相关差异的更广泛神经背景。从这个角度来看，错误敏感性可能与支持内部导向联想处理的网络配置不同，也可能与支持显著性检测和执行控制的网络配置不同，从而以不同的方式促进创造性想法的生成和评估。尽管这些过程通常在创造性任务中进行研究，但静息态脑活动可能提供关于大规模脑网络内在组织和动态的个体差异的补充信息。实际上，先前的静息态研究已将内在功能连接性和大规模网络组织与创造性表现和创造能力的个体差异联系起来（Beaty等人，2014年；Kenett等人，2020年；Takeuchi等人，2012年）。此外，静息态研究还表明，大规模网络间互动的时间动态差异与创造性有关，进一步表明内在脑活动的动态组织可能与创造性表现相关（Beaty等人，2018a年；Feng等人，2024年）。通过捕捉脑活动的时间变化，动态分析可以克服静态方法的局限性，提供关于短暂网络重组、脑区之间的灵活协调以及功能连接模式与行为表现相关性的自发重现的见解（Chang和Glover，2010年；Sun等人，2019a年；Zhang等人，2016年）。因此，描述静息态脑动态可能为探讨大规模网络组织的个体差异与错误敏感性以及创造性表现的不同维度之间的关联提供一种有用的方法。隐马尔可夫模型（HMM）提供了一个数据驱动的框架，用于识别大规模脑活动的重复模式，并描述个体在这些脑状态的时间组织上的差异。

为了解决这个问题，本研究结合了静息态脑动态分析、错误敏感性的行为测量和创造性评估。我们的主要目标是系统地探究自发脑活动模式、错误敏感性以及创造性思维的两个核心维度（原创性和适当性）之间的多层次关系，特别关注测试错误敏感性的中介作用。研究分为两个步骤进行。首先，将隐马尔可夫模型（HMM）应用于静息态fMRI数据，以解码具有不同大规模网络配置的反复出现的脑状态。同时，我们使用停止信号任务中的PES作为个体错误敏感性差异的行为指标（Logan等人，1984年），并通过替代用途任务（AUT）评估原创性和适当性（Beaty和Johnson，2021年；Wang等人，2024年）。其次，将这些测量结果整合起来，以测试大脑动态、错误敏感性和创造性之间假设的关系。基于上述理论框架，我们提出了三个具体假设：H1：错误敏感性将与原创性和适当性呈正相关。H2：隐马尔可夫模型（HMM）能够识别出以特定大规模网络配置为特征的反复出现的大脑状态，而与这些状态相关的动态特性会不同程度地影响错误敏感性以及创造力的两个维度。H3：错误敏感性会在大脑动态与创造力的不同组成部分之间的关系中起到中介作用。通过测试这一综合模型，本研究为创造力的行为和神经动力学相关性提供了新的、理论支撑的观点，并探讨了错误敏感性在创造性认知中的潜在作用。

**参与者数据**：
本研究的参与者数据来自中国人格行为脑研究项目（BBP）。招募对象来自中国重庆的西南大学。在排除了头部运动超过0.2毫米的参与者以及数据不完整的参与者后，共有746名参与者（488名女性；平均年龄=18.94±0.99岁）参与了本研究。所有参与者均为右撇子，并且是汉语母语者。

**错误敏感性与创造性表现之间的关系**：
我们首先使用皮尔逊偏相关系数（Pearson’s partial correlation）来考察错误敏感性（PES）与创造力两个维度（原创性和适宜性）之间的关联，同时控制了年龄和性别的影响。正如预期的那样，个体在错误敏感性上的差异与他们在“替代用途任务”（Alternative Uses Task）中的表现之间存在显著的正相关关系。具体来说，较高的PES与较高的原创性得分（r=0.180, p<0.001）和适宜性得分（r=0.145, p<0.001）显著相关（见图2）。

**讨论**：
本研究将静息状态下的大脑动态与行为测量指标（如PES和创造性表现）相结合，探讨了个体在错误敏感性上的差异如何影响原创性和适宜性。在行为层面，较高的PES与原创性和适宜性均呈正相关，表明个体在错误敏感性上的差异与创造力的这两个维度上的表现有关。

**结论**：
总体而言，本研究系统地分析了与创造力相关的动态大脑特征。研究结果表明，特定的自发大脑动态模式可能与创造力的不同维度存在不同的关联。我们识别出两种不同的大脑状态（状态1和状态3），它们分别与创造力存在不同的关联关系，其中错误敏感性在状态1与适宜性、状态3与原创性之间的关联中起到部分中介作用。

**局限性**：
在解读本研究结果时需要考虑几个局限性。首先，静息态功能性磁共振成像（fMRI）能够提供关于大脑内在动态的线索，但无法直接捕捉到创造力产生或评估过程中的神经活动。尽管静息态大脑动态可能反映了个体在大脑大规模组织方面的差异，但未来将任务为基础的创造性认知研究与神经测量相结合的研究将有助于进一步阐明这些机制。

**伦理审批**：
本研究涉及人类参与者，符合《赫尔辛基宣言》及其后续修订案的原则，并获得了西南大学人类研究伦理委员会的批准（SWU-ECHR-20250248）。

**资助**：
本项工作得到了国家社会科学基金重大研究项目（21&ZD312）和国家社会科学基金（22VRC191）的资助。

**作者贡献声明**：
- 刘娟：撰写——审稿与编辑、原始草案撰写、方法论构建、数据分析、概念化
- 夏海硕：撰写——审稿与编辑、验证、方法论构建、数据分析
- 王雪阳：撰写——审稿与编辑、方法论构建、数据分析
- 王云宏：撰写——审稿与编辑、数据分析
- 冈莉：撰写——审稿与编辑、数据分析
- 何瑞志：撰写——审稿与编辑
- 刘晨：撰写——审稿与编辑、监督

**利益冲突**：
作者声明没有利益冲突。

**致谢**：
我们感谢所有参与者的支持，并感谢西南大学研究生研究与创新基金（SWUB24020）的支持。

**研究机构**：
认知与人格关键实验室（SWU），中国教育部，重庆