Откуда берется креативность: анализ активности альфа-волн мозга во время RAT-тестов



    Многие из нас на определенном этапе жизни искали работу. И во время поисков мы погружались в интернет, читая самые разнообразные объявления от работодателей, которые содержат множество требований: знание PHP, знание английского, высшее образование, опыт работы 534 года, умение создать адронный коллайдер из проволоки, двух картофелин и жвачки, стоя на одной ноге на спине слона, танцующего чечетку. Шутки шутками, но одним из самых распространенных требований, помимо коммуникабельности, ответственности, трудолюбия и т.д., можно назвать креативность. И вот задавались ли вы когда-нибудь вопросом — что такое креативность с точки зрения нейробиологии? Нет? Не переживайте, я тоже не задавался. А вот сегодняшние наши герои, ученые из Великобритании, решили выяснить можно ли измерить креативность и выразить ее как некую определенную величину или показатель, наподобие уровня сахара в крови. Как работает наш мозг, когда мы проявляем креативность; универсален ли этот «навык»; измерим ли он — на эти вопросы мы будем искать ответы в докладе исследователей. Поехали.

    Основа исследования

    Как мы знаем, наш мозг это самый важный орган. Да, без сердца или легких мы не выживем. Да, все органы важны, все органы нужны (кроме аппендикса, наверное, учитывая сколько нас без него ходит по свету). Однако мозг это наш ЦУП, наш штаб, отдающий приказы всем и всему в теле. Нарушение работы мозга не всегда означает конец жизни организма, но может крайне сильно ее изменить и далеко не в лучшую сторону.


    Не Дед Мороз, но похож.

    Также стоит отметить, что даже неосязаемые и неизмеримые явления, вроде любви, доброты, ненависти или жадности, можно напрямую связать с активностью определенных участков мозга. Сразу вспоминаются слова одного седобородого дедушки в белом костюмчике, нет, я не про Деда Мороза, а про Архитектора из Матрицы: «Я уже вижу начало реакций. Химических реакций. Они приведут к обострению чувства, которое всегда подавляет голос логики и разума. Чувства, мешающего тебе увидеть простую и очевидную истину: она умрёт, и ты никак не сможешь этому воспрепятствовать. Любовь. Квинтэссенция человеческих иллюзий. Живительный источник вашей великой силы и вашей великой слабости.»

    Соответственно, если мы можем привязать любовь к работе мозга, то почему бы не привязать и креативность. Остается вопрос — какие участки мозга за нее отвечают, какие процессы протекают в нашей ЦНС во время проявления креативности, и как вообще это все измерить? И тут уже за работу берутся ученые, которые провели ряд независимых экспериментов над разными группами людей, чей мозг (точнее определенные его отделы) подвергались электростимуляции. Проанализировав результаты тестов, ученые пришли к вполне четкому и вразумительному выводу, который я вам сейчас не озвучу, ибо это же будет спойлер, а спойлеры никто не любит :)


    Семантическая ассоциативная сеть (пример из просторов интернета).

    Ученые поясняют основные принципы креативности следующим образом: основой любого творческого (креативного) процесса является способность создавать отдаленные и наименее ожидаемые семантические ассоциации. Когда перед нами возникает какое-то слово, вы начинаем искать понятия, связанные с ним, при этом начиная с самой сильной семантической ассоциацией. Для примера: игрушка — ребенок — мама — семья — люди — земляне. То есть, мы не перепрыгнем от «игрушка» до «земляне» сразу. В творческом процессе же эта концепция выглядит иначе — мы начинаем рассматривать даже самые отдаленные возможные семантические связи. Другими словами: «обычный» мыслительный процесс имеет четкий вектор, а вот творческий имеет несколько векторов сразу. Это грубое сравнение, тем не менее.

    При этом остается непонятно какие именно нейронные процессы протекают в мозге человека в момент творческого мышления. То есть как творческие люди выбирают «отдаленные пути», а не «путь наименьшего сопротивления» в процессе мышления. Исследователи отмечают, что их предшественники высказывали теорию касательно пониженной когнитивной активности, когда мозг начинает искать альтернативные (более креативные) пути решения проблемы или задачи.

    А теперь перейдем непосредственно к данному исследованию и тем экспериментам на людях (звучит устрашающе, правда), которые проводили ученые из Британии.

    Подготовка к экспериментам

    Всего было проведено 4 разных эксперимента, результаты которых мы рассмотрим чуть опосля. Общей для всех опытов была цель — изучение альфа-ритма* мозга во время конвергентного* и дивергентного* мышления, а также связать эти два столь противоположных процесса.
    Альфа-ритм* — важен в данном исследовании тем, что снижается во время мыслительных процессов и при повышении внимания.
    Конвергентное мышление* — прямолинейное мышление, в процессе которого человек, следуя определенному «алгоритму», поэтапно выполняет какую-то задачу или решает проблему.
    Дивергентное мышление* — творческое мышление, в процессе которого человек не ограничивает себя в одном пути решения проблемы или задачи, а ищет альтернативные методы.

    Височная доля мозга.

    Главным, можно так сказать, героем экспериментов была правая височная доля мозга испытуемых, так как именно этот регион отвечает за семантические процессы, интеграцию связанной информации и распознавание этих самых связей между различными понятиями.

    Первый эксперимент был нацелен на понимание связи между альфа-волнами правой височной доли (10 Гц) во время транскраниальной стимуляции мозга переменным током (tACS). Испытуемые выполняли некие задачи из категории «задачи удаленных ассоциаций» (remote associates task или RAT). В данном эксперименте ученые предполагали, что стимуляция правой височной доли приведет к улучшению результатов RAT-тестов, содержащих общие, но неверные семантические ассоциации, поскольку выполнение таких задач требует поиска удаленных ассоциаций.

    Во втором эксперименте ученые анализировали показатели ЭЭГ (электроэнцефалографии) испытуемых в ответ на RAT-тесты с общими неправильными семантическими ассоциациями и в ответ на RAT-тесты без ассоциаций. Так сказать, сравнительный анализ.

    В третьем эксперименте стимуляции tACS подвергалась индивидуальная альфа-частота (IAF) правой височной доли до, во время и после теста «альтернативного использования», во время которого испытуемые должны назвать как можно больше вариантов применения какого-то предмета.

    И наконец, в четвертом эксперименте исследовались пиковые показатели IAF во время теста «альтернативное использование».

    RAT-тест

    Впервые данный тип тестирования был продемонстрирован Сарноффом Медником еще в 1959 году. В данном тесте перед испытуемыми имеется три слова (пример исследователей: walker/main/sweeper, решение — street — streetwalker/main street/ street sweeper). Испытуемые должны подобрать слово, которое будет сопоставляться к каждым из трех и формировать новое слово. Для примера: laptop (ноутбук) состоит из двух слов «lap» (колени) и «top» (сверху), то есть « laptop» можно перевести как «на коленках».


    Сарнофф Медник

    Как правило, испытуемые в процессе поиска слова-решения обращают внимание на слова-задачи, пытаясь найти между ними семантическую связь. В таком ключе мышления сокрыта уловка — если два слова из задания имеют очень близкую семантическую ассоциацию, которая не является правильным ответом, то это может помешать найти правильное решение задачи.

    Для примера исследователи приводят слова ear и tone из задачи ear/tone/finger. Первые два слова наталкивают на неверную ассоциацию со звуком (sound), которая должна привести к правильному ответу «ring». Другими словами, первые 2 слова из задачи имеют общую ассоциацию, а третье остается в сторонке.

    В противовес этому ученые приводят другой пример — high/teacher/mate, где нет общей ассоциации ни для одной из комбинаций слов. Решением данной задачи является слово «school».

    Таким образом умение избегать самого очевидного варианта решения задачи, уделяя внимание ложным ассоциациям, помогает эти самые задачи решить верно. Творческие люди показывают более высокие результаты в процессе выполнения таких тестов, однако ранее это никак не подтверждалось на нейробиологическом уровне.

    А теперь по порядку и поподробнее о каждом из экспериментов.

    Эксперимент I

    Исследователи отмечают, что манипуляции с альфа-волнами путем внешней стимуляции tACS в лабораторных (контролируемых) условиях является отличным способом понять насколько сильно они влияют на творческие мыслительные процессы во время выполнения RAT-тестов, и как они проявляют себя в процессе ошибочных ассоциаций.

    Некоторые из RAT-тестов имели общую ошибочную ассоциацию для двух из трех слов в задаче, которая не являлась правильным решением.

    В эксперименте взяли участие 30 испытуемых, а этапов было всего 3: стимуляция правой височной доли, стимуляция левой височной доли и «плацебо» стимуляция (когда испытуемые думали, что стимуляция была, но ее не было).


    Изображение №1

    Как видно из графика , стимуляция височных долей сыграла большую роль в эксперименте. Также мы видим, что теория, указывающая на важность именно правой височной доли в решении задач с ошибочной ассоциацией, подтверждается на практике. При этом, если в тесте не было ошибочных ассоциаций, то и правая, и левая доли показали примерно одинаковый результат.

    Для определения степени важности стимуляции ученые провели расчеты коэффициента эффективности, как разницы между долей правильных ответов для одного условия (стимуляция правой височной доли) и средним значением доли правильных ответов для двух других условий (стимуляция левой доли и плацебо).

    Результаты этих расчетов показаны на графике . Как мы видим, стимуляция правой доли показывает значительно более высокий коэффициент эффективности решения тестов. Также ученые отмечают, что подобный сравнительный анализ только плацебо и стимуляции левой височной доли не показал разительных отличий, что лишний раз превозносит важность именно правой височной доли.

    График показывает сравнение коэффициентов эффективности для всех типов стимуляций (левая, правая и плацебо) при наличии и отсутствии ошибочной ассоциации в задании теста.

    График 1D показывает насколько эффективна была стимуляция правой доли в сравнении с левой. Когда правая доля стимулировалась, испытуемые лучше справлялись с задачами с ложной ассоциацией. А вот когда стимулировалась левая височная доля, то испытуемые справлялись с такими же заданиями хуже, чем даже без стимуляции. Таким образом стимуляция левой височной доли имела негативный эффект.

    Эксперимент II

    Во втором эксперименте ученые решили проверить насколько сильно манипуляции с альфа-ритмом влияют на возникновение ошибочных ассоциаций у испытуемых (новая группа людей) во время тестов.

    На базе первого эксперимента было выбрано 45 RAT-тестов, которые имели ошибочные семантические ассоциации. И еще 45, у которых их не было.

    Ученые провели анализ ЭЭГ, сравнивая показатели IAF в ответ на RAT-тесты с/без ошибочной ассоциацией. Также сравнивались частотные и пространственные отличия этих двух условий.

    Основной теоретической базой для проведения сего эксперимента служила гипотеза, что для решения RAT-теста с ошибочной ассоциацией участникам придется сильнее концентрироваться на избегании этой ошибки-уловки, чтобы дать правильный ответ на задание теста. То есть они будут распознавать уловку и стараться обойти ее, а ученые смогут зафиксировать это на ЭЭГ. Ученые предположили, что во время таких тестов показатели IAF правой височной доли будут значительно выше в сравнении с тестами без ошибочных ассоциаций.


    Изображение №2

    На графике показаны общие результаты правильных ответов на тесты с уловкой (yes) и без уловки (no). А вот на соседнем графике уже показана доля неверных ответов на оба варианта тестов. И тут мы видим, что участники совершали куда больше ошибок именно в тестах с ошибочной ассоциацией (уловкой), что и предполагали ученые.

    График 2C показывает долю тестов, когда испытуемые не дали ответ вообще. Тут видна также ожидаемая особенность — испытуемые более уверенно отвечали на тесты с общей ассоциацией, поскольку многие примани ошибочную ассоциацию (уловку) за правильный ответ. Другими словами, быстро, но неверно.


    Изображение №3

    Данные IAF прошли трехкратный дисперсионный анализ с учетом различных показателей (переменных): ошибочная ассоциация (yes/no); точность ответов (верно/неверно); ROI — область интереса (правая фронтальная доля, левая фронтальная, правая височная, левая височная, правая теменная, левая теменная и островковая доля).

    Ученые обнаружили, что IAF выше в случае тестов с уловкой, чем без нее. Однако показатели варьировались в зависимости от области интереса (долей мозга).

    Как видно на изображении , IAF правой височной доли достаточно высока при правильном решении тестов с ошибочной ассоциацией. В случае же неверного решения тестов большая активность наблюдается в лобной доле мозга. Когда же тесты не содержат уловок, таких скачков IAF не наблюдается. Это подтверждает, что для решения задачи более творческим путем испытуемые активнее «пользуются» правой височной долей мозга.

    Также исследователи проверили будут ли наблюдаться подобные пики активности, если манипулировать с тета (4–8 Гц), бета (13–30 Гц) и гамма-ритмом мозга (30–40 Гц), то есть проводить эксперимент за пределами диапазона альфа-ритма (8 до 14 Гц). Однако, как и ожидалось, никаких уникальных и стоящих внимания изменений не было.

    Эксперимент III

    Ученые отмечают, что прекрасно понимают важность правой височной доли в формировании очевидных ассоциаций, то есть в процессе конвергентного мышления. Однако они также уверены, что эта область мозга играет не менее важную роль и в творческом мышлении. Посему и был проведен данный эксперимент, в котором определялась степень вовлеченности правой височной доли в процессе выполнения теста «альтернативного использования», который является самым базовым методом определения степени дивергентного мышления у испытуемого.

    Снова была выбрана новая группа испытуемых, которые должны были написать как можно больше вариантов альтернативного использования обычных повседневных предметов. В процессе этого было опять-таки три варианта стимуляции: левая, правая и плацебо.

    Списки (ответы) испытуемых были переданы трем оценщикам, которые по своему усмотрению оценивали ответы по трем параметрам:

    • креативность (creativity);
    • удаленность (remoteness) от основного способа использования (вариант: карандаш — писать это основное назначение, а вот кидаться в потолок, как агент Малдер, это уже удаленное назначение);
    • изобретательность/ум/интеллектуальность (cleverness).

    Сначала исследователи провели тесты с испытуемыми до стимуляции, результаты которых показали, что между участниками нет особых отличий ни по одному из вышеперечисленных параметров.


    Изображение №4

    Уже во время фактического эксперимента исследователи отметили, что эффект стимуляции был явно выражен, особенно это было заметно по изменениям показателей удаленности. Но при этом другие два показателя (креативность и изобретательность) изменились незначительно. Также была заметна активность именно в правой височной доле (график по центру на изображении ).

    Также ученые провели анализ активности уже после тестирования, который показал ее снижение до обычного уровня. Таким образом становится очевидно, что определенные участки мозга, нужные для решения задач творческим путем, активизируются в момент решения этих задач, а стимуляция усиливает их эффект. Если очень утрировано и грубо перефразировать — творческие навыки активизируются, когда это необходимо человеку.

    Эксперимент IV

    И наконец-то, заключительный этап №4 был нацелен на конкретное измерение IAF. Точнее, новая группа испытуемых опять проходила тест с необычными способами использования вполне обычных предметов, а ученые измеряли силу IAF при создании ими каждого из вариантов отдельно, а не в совокупности. Помимо наблюдений за активностью мозга учеными, результаты тестов анализировались независимыми оценщиками, которые не были посвящены в детали эксперимента.


    Изображение №5

    Ученые сопоставили свои наблюдения и оценкой независимых оценщиков, выделив некое среднее значение. На изображениях и графиках выше показаны результаты, которые либо превосходят этот средний уровень, либо являются ниже его (изображение №5).

    На изображении 5А показана топология активности долей мозга (цвет соответствует уровню результатов тестов, от низкого до высокого). И тут мы снова получаем подтверждение того, что именно правая височная доля (это словосочетания я теперь печатаю быстрее, чем свое имя) играет важнейшую роль в создании наиболее «удаленных» ответов. Что касается креативности и интеллектуальности, то для этих показателей активность правой доли не столь явно выражена.

    Для более детального ознакомления с аспектами исследования (методы, расчеты и т.д.) рекомендую заглянуть в доклад ученых и дополнительные материалы к нему.

    Эпилог

    Что ж, если с древними греками и их верой в то, что душа человека находится в печени, мы еще можем поспорить, то вот с фактом того, что творческое начало человека находится в правой височной доле, уже нет. Данное исследование расширило наши знания о нашем самом важном органе, о мозге.

    Изучения мозга человека легко сравнить с изучением просторов Вселенной или глубин океанов, настолько он загадочен и сложен. Мы пользуемся этим органом постоянно, без перерыва на обед и выходных, но так и не знаем всех его свойств, характеристик, нюансов.

    Кому-то может показать, что подобные знания нам, людям, не нужны. Ну работает орган, пусть работает. Но понимая как работает любой механизм, тем более такой сложный как мозг, мы можем создать новые способы диагностировать поломки и новые инструменты для их устранения. К тому же, никакие новые знания, несущие пользу, нельзя назвать неважными.

    Благодарю за внимание, оставайтесь любопытствующими, и хорошей вам рабочей недели, друзья.

    Спасибо, что остаётесь с нами. Вам нравятся наши статьи? Хотите видеть больше интересных материалов? Поддержите нас оформив заказ или порекомендовав знакомым, 30% скидка для пользователей Хабра на уникальный аналог entry-level серверов, который был придуман нами для Вас: Вся правда о VPS (KVM) E5-2650 v4 (6 Cores) 10GB DDR4 240GB SSD 1Gbps от $20 или как правильно делить сервер? (доступны варианты с RAID1 и RAID10, до 24 ядер и до 40GB DDR4).

    VPS (KVM) E5-2650 v4 (6 Cores) 10GB DDR4 240GB SSD 1Gbps до 1 января бесплатно при оплате на срок от полугода, заказать можно тут.

    Dell R730xd в 2 раза дешевле? Только у нас 2 х Intel Dodeca-Core Xeon E5-2650v4 128GB DDR4 6x480GB SSD 1Gbps 100 ТВ от $249 в Нидерландах и США! Читайте о том Как построить инфраструктуру корп. класса c применением серверов Dell R730xd Е5-2650 v4 стоимостью 9000 евро за копейки?
    • +23
    • 5,2k
    • 8
    ua-hosting.company
    639,00
    Хостинг-провайдер: серверы в NL / US до 100 Гбит/с
    Поделиться публикацией

    Комментарии 8

      0
      Для примера исследователи приводят слова ear и tone из задачи ear/tone/finger. Первые два слова наталкивают на неверную ассоциацию со звуком (sound), которая должна привести к правильному ответу «ring».

      А чем не устраивает middle?

        +1
        Есть способы стимулировать правую височную часть в домашних условиях? :)
          0
          tdcs На вашу ответственность!
            +2
            Почесать за ухом, очевидно
            0

            Попробую найти работы, насколько я помню, у джазовых музыкантов при импровизации снижается активность, грубо говоря, "префронтальной области" коры.

              0

              Попробую найти работы, и привести ссылки, насколько я помню, у джазовых музыкантов при импровизации снижается активность, грубо говоря, "префронтальной области" коры.

                0
                В постановке эксперимента много сопутствующих корреляций, которые трудно устранить, tDCS хорошо стимулирует память, а не только мышление, включая ассоциативное, альфа-ритм всегда связан с вниманием, которое может быть вызвано у испытуемых самой постановкой эксперимента, а не только решаемой задачей. Для установления связи решаемой задачи с правой височной долей достаточно померить температуру этой области в сравнении с др. областями в покое и во время решения, и не использовать сложную аппаратуру.
                Креативность, это создание новых ассоциаций, что реально приводит к возникновению новых связей в нейронных сетях мозга, и вызывает увеличение метаболической активности в этой части мозга. Поэтому то, что измеряли в этом исследовании можно назвать скорее сообразительностью, то есть оценкой уже имеющихся ассоциаций, чем креативностью.
                Реальная креативность (творчество) связана с опытом и вообще практикой деятельностью, только из них возникают новые идеи и знания, и связанные с ними семантические сети и ассоциации.
                  0
                  Neural Substrates of Spontaneous Musical Performance: An fMRI Study of Jazz Improvisation
                  Charles J. Limb, Allen R. Braun. PlosOne. February 27, 2008
                  https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0001679

                  Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                  Самое читаемое