用大脑电刺激提升创造力

学者型白痴的非凡能力启发了一种大脑刺激技术,以实现创造性洞察力

威廉·杜克

伟大的想法总是突然出现。在思想的深处,脑细胞网络演奏着崇高的交响曲,一丝灵感的火花闪入意识。这些灵光一现的时刻虽然出乎意料,但似乎不可能精心策划。最近的研究表明情况并非如此。通过解除大脑的一些抑制,我们或许可以提高创造性解决问题的能力。

人类大脑不断过滤思想和感觉。只有一小部分来自我们环境的刺激上升到意识层面。先前的学习强化了心理捷径,这些捷径决定了哪些感觉被认为值得我们关注。我们的实验室一直在研究,我们是否可以通过暂时减弱特定大脑区域的神经活动来削弱这些偏见,并提高对新想法的开放性。

这种方法的灵感来自脑损伤患者。学者综合征患者——那些在特定、受限领域拥有惊人技能,但在其他方面苦苦挣扎的罕见个体——似乎表现出左半球功能障碍和右半球优势的模式。我们推测,这种排列使得他们的心理过滤器不如正常、健康成年人的那么强大。


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天才虽然罕见,但必然需要一种与我们大多数人所体验到的截然不同的世界观。奥地利医生汉斯·阿斯伯格,其名字与以前用于描述轻度自闭症的同名病症相关联,他认为“少许自闭症”可能会使杰出的人才与众不同。我们通过在实验室中对健康人使用微弱电流来调节大脑活动,从而研究了这一假设。这种影响在一小时内消退,从而保留了正常的认知能力。这种大脑刺激方法安全且便携,这表明有可能出现一种设备——“创造力帽”——任何人都可以使用它来按需激发创造力。

受限于思维模式

大脑不会被动地接收信息。它会根据过去的知识积极解释我们认为的原始体验。例如,两个人看着同一片云层,可能会对蒸汽中的图案形成完全不同的印象:超声波技师可能会看到患病的胆囊,而肖像画家可能会观察到一张庄严的面孔。

思维模式至关重要。它们使我们能够根据不完整的信息预测可能的结果,并有效地处理日常活动。没有它们,我们将天真地看待世界,无法区分重要和不相关的细节。然而,这种认知结构也使我们容易犯错,包括错觉、虚假记忆和偏见。思维模式使我们不太容易接受,甚至可能抵制新的解释。一旦形成思维模式,我们就会失去对构成思想的刺激的意识。例如,阅读这段文字

一鸟在 手胜过 二鸟在 丛林

许多读者没有发现重复的“the”。已故神经学家奥利弗·萨克斯在我们的实验室里多次阅读这句话,但没有发现它。人类本能地是概念性的,而不是字面意义上的思考者。

我们认为,创造性洞察力需要两种认知风格——一种方法是思维模式驱动的,另一种方法赋予我们对周围世界未经滤过的体验。我们希望能够访问通常隐藏在意识之外的感知细节,从而有可能释放我们所有人内在的天赋。

少许自闭症

实现这一目标的线索来自学者型白痴,他们大多数都属于自闭症谱系。学者技能有时出现在儿童早期;有时它们在脑损伤后出现。这些能力倾向于调用一种较少概念化、更字面意义上的思维方式。例如,当一位患有婴儿自闭症的男孩的老师要求他回忆某本书的结尾时,他逐字逐句地背诵了最后一页,但没有表现出对这本书要旨的理解。虽然在极端情况下,这种认知风格是日常生活中的障碍,但它也可以带来一系列优势,包括出色的绘画能力以及降低对错觉和虚假记忆的易感性。

例如,斯蒂芬·威尔特郡是一位患有自闭症的英国艺术家,他从小就能创作出极其细致的绘画作品。他可以以照片般的写实主义和细致入微的细节进行绘画,而大多数成年人倾向于根据他们的内部图式进行绘画,从而产生粗略但有意义的漫画。在我们看来,威尔特郡和其他像他一样的人可以优先访问更多关于世界的原始、较少加工的信息。这种字面意义上的认知风格似乎允许一个人从下往上,从部分到整体地工作。

斯蒂芬·威尔特郡是一位患有自闭症的艺术家,他可以在短暂观看复杂场景后,对其进行忠实再现。这种不寻常的技能可能为更广泛地激发创造力提供线索。图片来源:Dan Kitwood Getty Images

许多研究表明,学者型白痴具有某种形式的左半球功能障碍,以及右半球的促进作用。(通常,大脑一个半球的损伤会激发另一半球的补偿活动。)这种特征可以从儿童早期或在损伤、中风或痴呆症损害左半球后观察到。其中一些损伤发生在让我们特别感兴趣的大脑区域,即左前颞叶。已知该区域与语义记忆有关,语义记忆包括对概念进行分类或组合的能力——本质上是过滤思想。例如,加利福尼亚大学旧金山分校的神经学家布鲁斯·米勒记录了多起痴呆症病例,其中左前颞叶的退化与突然出现的学者型字面技能有关。他的一些受试者开始创作写实艺术——缺乏抽象或象征特征的场景的细致副本——而没有接受过训练。

后天获得的学者技能并不局限于绘画。当时在帕洛阿尔托专业心理学院的 T. L. 布林克描述了 Z 先生的案例,Z 先生在九岁时左颞叶遭受枪伤。他丧失了阅读和写作能力,但突然获得了非凡的机械技能;例如,他发现自己无需指导即可拆卸和重新组装多齿轮自行车。另一个案例是奥兰多·塞雷尔,我们研究过他,他在 10 岁时被棒球击中头部左侧。他表现出日历计算方面的学者技能——快速辨别给定日期是星期几的能力——以及自事故发生以来每天天气的字面回忆。后天学者综合征中类似自闭症的认知能力的突然出现,指向了这些技能可能潜伏在我们所有人身上,但超出了意识访问范围的可能性。

寻找我们内在的学者

有趣的是,最近的证据表明,我们无需伤害自己即可访问这种改变的认知状态。我们可以使用公认的非侵入性脑刺激形式,在短时间内抑制左半球的神经元活动。许多研究表明,这种刺激可以暂时抑制或增强目标区域的神经元活动。这些技术现在正在被探索用于众多应用,包括抑郁症、饮食失调和言语障碍等的治疗。

我们首先研究了经颅磁刺激,这是一种方法,其中强大的磁铁放置在大脑的明确定义的部位上方,从而干扰附近神经元中电流的正常流动。磁场扰乱了已建立的脑细胞网络的放电模式,这些网络的连接是通过一生的学习形成的。通过针对参与合成高水平概念的大脑特定区域,我们希望减少先前知识的影响。在迄今为止发表的研究中,我们已经能够提高普通人在多种技能方面的能力,包括绘画、校对、数量估计(计算一组物品的数量,例如火柴棍)和语言记忆。然而,交付这种刺激的设备体积庞大且价格昂贵。

一种更有希望的方法称为经颅直流电刺激 (tDCS)。这种方法是一种安全、简单的方法,可以改变大脑表面附近神经元网络放电的可能性。在我们的设置中,微弱的电流在两个电极之间通过,一个阴极和一个阳极,它们放置在头皮上,分别位于左右前颞叶上方,就在耳朵上方。在阴极处,下方的神经元变得不太可能放电,阳极则相反。这种剂量的电流会在大约一小时内改变神经元的行为,在这段时间内,接受者可以访问不同的认知风格。

提升卓越

在 2011 年使用我们设备进行的一项研究中,我们要求 60 名右撇子参与者解决一系列火柴棍算术“洞察力”问题。必须通过移动一根火柴棍来纠正用罗马数字拼写出的错误算术语句。

解决九点问题(如图所示)需要放弃点形成假想网格边界的想法。

参与者首先获得了 27 个问题,这些问题都涉及一种解决方案,即更改“X”为“V”。目的是引导受试者固守一种解决问题的方式。过去的研究所表明,一旦人们学会了解决问题,他们通常会努力使用不同的方法来生成解决方案。正如经济学家约翰·梅纳德·凯恩斯所说,“困难不在于掌握新思想,而在于摆脱旧思想。”

然后,参与者接受了五分钟的直流刺激。对于三分之一的组,我们将阴极放置在左前颞叶(以降低该区域神经元放电的可能性),将阳极放置在右前颞叶(以提高那里的神经元活动的可能性)。对于另外 20 名参与者,我们调换了阴极和阳极。最后三分之一的人接受了假刺激。

接下来,受试者有六分钟的时间来解决另一个问题。这项任务需要一种不同的解决方案。正如我们所预料的那样,许多人被困住了。然而,在根据我们的参数接受刺激的小组中,有 60% 的人解决了问题。安慰剂组中只有 20% 的人解决了新问题,并且反转刺激方向对表现没有显着影响。

我们做了一项后续研究,以确保我们的结果并非侥幸。这次我们使用了一项出了名的难题——经典的九点问题。目标是用四条直线连接所有九个点,绘制时笔不能离开纸面或重描线。一个世纪的研究已经确定,在实验室环境中,最多只有 5% 的参与者能够破解它,而且很可能更少的人能够做到。即使有提示和充足的时间,大多数人也无法破解它。原因是这个问题激活了看似相关的先前知识,这些知识阻碍了解决方案。我们倾向于将这些点视为正方形,具有刚性的边界。解决这个难题需要考生摆脱虚假的约束,并以新的眼光看待问题。

受试者有三次机会解决九点问题:他们在脑刺激前解决了三分钟,在刺激期间解决了三分钟,并在电流关闭后立即解决了三分钟。在我们所有的参与者中,没有人能在刺激前或在假刺激条件下解决问题。然而,在 33 名个体中,有 14 人由于按照我们的方案在前颞叶接受刺激而解决了问题。我们计算出,这些人通过偶然机会解决问题的概率不到十亿分之一。

当然,许多问题仍然没有解答。大脑内部 tDCS 的精确效果尚未完全了解,因此除了我们推测的机制之外的其他机制可能可以解释我们的结果。直流刺激的结果还取决于多种因素,包括哪个半球占优势以及接受者的精神状态。此外,问题通常在多个方面都很困难,而 tDCS 可能只对克服众多瓶颈之一有帮助。

我们想强调的是,我们的方法旨在不是增强现有能力,而是减少先前知识的局限性。这种类型的认知增强与科学家通常寻求开发的东西在性质上有所不同。最终,我们的目标是开发一种可以规避创造力思维障碍的设备。拥有两种方法——通常的思维方式和自闭症式关注细节——可以促进建立真正新颖的联系的能力,而这正是创造性天才的本质。

更多探索

艺术学者。 Craig Hou 等人,《神经精神病学、神经心理学和行为神经病学》,第 13 卷,第 1 期,第 29–38 页;2000 年 1 月。

解释和诱导学者技能:优先访问较低级别、较少加工的信息。 艾伦·斯奈德,《英国皇家学会哲学汇刊 B》,第 364 卷,第 1522 期,第 1399–1405 页;2009 年 5 月 27 日。

天才岛屿:自闭症、后天获得和突发学者型白痴的丰富思想。 Darold A. Treffert。 Jessica Kingsley Publishers,2010 年。

通过非侵入性脑刺激促进洞察力。 Richard P. Chi 和 Allan W. Snyder,《PLOS ONE》,第 6 卷,第 2 期,文章 e16655;2011 年 2 月 2 日。

脑刺激使固有难题得以解决。 Richard P. Chi 和 Allan W. Snyder,《神经科学快报》,第 515 卷,第 2 期,第 121–124 页;2012 年 5 月 2 日。

艾伦·W·斯奈德是悉尼大学的物理学家和神经生物学家,他在那里创立了心智中心,并且是英国皇家学会会员。

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关于作者:苏菲·埃尔伍德

苏菲·埃尔伍德目前在悉尼大学工作。

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理查德·P·奇在心智中心和悉尼医学院获得了博士学位,并曾在哈佛医学院神经调节实验室担任研究员。

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SA Special Editions Vol 26 Issue 1s这篇文章最初以“开启创造力”为标题发表在SA 特刊 第 26 卷第 1s 期 (), 第 108 页
doi:10.1038/scientificamericancreativity0317-108
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