Cereb Cortex︱左脑 vs 右脑：创意评估中内侧颞叶的功能偏侧化机制

撰文︱任靖远，罗劲

责编︱王思珍

自从R. W. Sperry因开展割裂脑的研究而获1981年诺贝尔奖以来，有关左右脑半球分工的理论产生了广泛的影响，尤其是在创造性思维领域，有许多人相信创造更多地依赖于右脑的功能。尽管以往的有关研究都为创造力的半球偏侧化提供了独特的见解，但仍有一些重要问题悬而未决。

首先，对于两个脑半球在识别和加工创造性的两个最为基本的特征——“新颖性”和“有效性”[1-4]——的时候是否存在分工并不清楚。其次，以往研究所采用的诸如“裂脑”和“脑损伤”研究以及“半球交叉视野”的研究[5-8]都是通过某种操纵和控制将信息单独输入到大脑的某一单侧半球中来探究左右脑的独特功能，因而未能很好地顾及两侧半球相互竞争和分工协作的问题。最后，以前的左右半球功能分化研究通常探讨左右半球整体上的功能差异，而未能很好地聚焦于创造力密切相关的特定神经系统及其网络的左右侧功能差异。以往的研究已表明包括海马在内的左右侧内侧颞叶（medial temporal lobe，MTL）脑区不对称地参与不同的记忆阶段和记忆类型[9-14]。且近年来越来越多的研究指出，记忆与创造力共享众多的神经网络尤其是MTL [15, 16]且该脑区的损伤不但会导致情节记忆障碍而且会极大地降低个体的创造力。但对MTL功能的偏侧化是否存在于创造性认知中仍不清楚。

针对这个问题，首都师范大学学习与认知北京市重点实验室、荷兰唐德斯脑科学研究所、以及北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室的研究人员合作于2022年3月30日在Cerebral Cortex上在线发表了题为“Functional lateralization of the medial temporal lobe in novel associative processing during creativity evaluation”的学术论文。该研究揭示了创意在头脑中的“产生”过程以及对创意的“新颖性”特征的心理认知与表征更多依赖右脑尤其是右侧海马；而创意在头脑中的“评价”过程以及对创意的“有效性”特征的表征更多依赖左脑尤其是左侧海马。这在一定程度上深化了对于左右脑半球在创造性认知过程中的功能整合与分离的认知，为解答创造性思维与左右脑关系的问题提供了新的更加具体的证据。

研究者利用功能性磁共振成像技术，通过实验分离的方式从创造性思维所包含的“新颖性”特征和“有效性”特征的角度，设计出三种刺激类型：“常规有效（FU）”、“新颖无效（NS）”和“新颖有效（NU）”（图1A），通过左右侧内侧颞叶对不同有效性新信息的信号反应，功能链接，神经表征模式，以及脑与行为间的联系，来探究左右侧内侧颞叶对上述两种创造性基本特征的信息加工偏好或敏感性。

图 1 材料和实验流程

（图源：Jingyuan Ren et al. Cereb Cortex, 2022）

研究者分别计算了左右侧MTL在时间序列上的Bold信号变化，发现左右侧MTL对不同有效性新刺激的信息（NU，NS）存在信息加工敏感性或偏好上的分离，具体表现为：右侧MTL既对新颖有效刺激做出反应，也对新颖无效刺激做出反应；左侧MTL则仅对新颖有效的刺激做出反应。这表明：右侧MTL对新颖无效信息可能“更宽容”；左侧MTL对新颖无效信息“更严格”（图2）。为了具体探究左右侧MTL对创造性新颖性和有效性两大基本特征的加工偏侧化程度，研究者通过偏侧化系数（AI）公式：AI=(L-R)/(|L|+|R|)，同时计算了左右侧MTL对新颖性特征（该特征表现为NU > FU的脑激活模式）和有效性特征（该特征表现为NU-NS的脑激活模式）加工的偏侧化系数（AI），结果发现：创造性中有效性特征的加工以左侧MTL为主，而新颖性加工以右侧MTL为主（图3）。

图 2 左右内侧颞叶对不同有效性新刺激信息反应的时间序列分离

（图源：Jingyuan Ren et al. Cereb Cortex, 2022）

图 3 左右内侧颞叶在新颖性和有效性表征过程的加工偏侧化情况

（图源：Jingyuan Ren et al., Cereb Cortex, 2022）

那么，左右侧MTL在新颖性和有效性信息加工过程中产生这种功能分离原因是什么呢？一种假设是，MTL对新信息的加工受到了大脑中的某些偏侧化网络系统的影响，例如，执行控制系统，语义概念系统等。为了进一步探究MTL左右侧的功能分离是否受到大脑其它功能系统偏侧化的影响，研究者分别对左右侧MTL进行了功能连接分析，结果发现：左右侧MTL在对具有不同有效性的新刺激加工中同样表现出在功能连接上的可分离特性；左侧MTL（相比于右侧MTL）在对低有效的新颖刺激（即NS条件）加工时与执行控制系统功能连接较之针对高有效的新颖刺激（即NU条件）进行加工时更强（图4A）；而右侧MTL（相比于左侧MTL，左侧MTL未发现该功能连接）在对NS刺激加工时与情绪系统和奖赏系统的功能连接较之加工NU条件更强（图4B）。这些结果表明：右侧MTL对NS刺激更宽容的反应是由于右侧MTL与执行控制系统间的功能连接降低和对情绪和奖赏系统间的功能连接的增强实现的。

图 4 左右内侧颞叶在对新颖无效刺激表征过程的功能连接分离

（图源：Jingyuan Ren et al. Cereb Cortex, 2022）

同时，‍‍研究者还检验了左右侧MTL对新信息加工的功能分离是否与左右侧MTL自身的信息编码和表征模式的差异有关。通过表征相似性分析，对比了左右侧MTL在表征不同新颖性和有效性刺激时的神经表征模式的差异。同时使用基于机器学习的四折交叉验证的方法探究了新刺激的表征模式与行为评估之间的关系。结果发现：左侧MTL比右侧MTL更能够精确地区分新颖刺激中的有效性差异（图5A），且能够在行为上预测新颖且有效刺激（NU）的有效性和创造性评分（图5B）。

图 5 左右侧内侧颞叶的神经表征模式分离

（图源：Jingyuan Ren et al., Cereb Cortex, 2022）

综上所述，研究者认为：左右侧MTL对新颖刺激存在信息加工偏好，左侧主导有效性加工，对新信息加工更严格，右侧主导新颖性加工，且对新信息加工更宽松，且这种加工偏好是通过左右侧MTL与执行控制系统以及情绪奖赏系统间功能连接的差异和左右侧MTL本身对新信息的神经表征模式的差异共同决定。

研究者根据以上研究结果，提出了创造性思维评估左右脑信息加工的理论模型（图6），该模型描述了在创造性评估过程中左右脑在处理新颖性和有效性方面的功能差异。它包括三个处理阶段并涉及到四个主要的认知系统。

创造性评估左右半球机制模型的四个认知系统

1. 新异联系系统，主要涉及MTL以及与其相邻的海马区域。创造性思维涉及“新异联系”和“创造性概念化”的形成[4, 17]。“新异联系”系统主要涉及新异表征的形成——对新异信息进行广泛的关联和重组，并通过海马对语义概念信息进行关联，此过程对新信息的接收标准较为宽松，存在右半球的功能偏侧化。

2. 语义概念系统，对创造性思维的语义概念加工至关重要。它涉及在创造力生成和评估中对语义概念信息的提取、表征、关联和整合，该过程是打破以往的概念边界，形成创意概念，也是概念重构的关键。创意概念需要成功整合语义概念信息，并基于已形成的新异联系重新配置概念边界。这个过程主要涉及到后部颞中回（pMTG），尤其是左侧pMTG [4, 18]与海马（HIP）、额下回（IFG）等脑区的协同工作。创造性依赖于对现有知识的重组，以产生新颖而有效的概念。虽然新颖性和有效性加工在创造性的新概念和新类别形成中起着至关重要的作用，但有效性加工倾向于在概念加工过程中获得有意义的语义信息，并存在左半球功能偏侧化。

3. 执行控制系统，包括前扣带回（ACC）和背外侧前额叶皮层（DLPFC），主要存在左半球功能偏侧化。创造性思维评估的所有过程都受到执行控制系统的调控。 我们的研究表明，左侧MTL和执行控制系统之间的功能连接意味着左侧MTL 主导了有效性的处理，以筛选、评估和整合新颖有意义的关联信息。

4. 情绪和奖赏系统，包括杏仁核、海马和中脑。 在创造性评估过程中，右侧 MTL和情绪奖赏系统之间的功能连接意味着MTL主导新颖性处理，采用较为宽松的接受标准来处理新颖性和有效性信息，并且形成广泛新异联系。这四个认知系统共同参与创造性评估过程中左右半球之间对新颖性和有效性信息的功能偏侧化加工。

创造性评估左右半球机制模型的三个阶段

1. 创意表征阶段——形成创意设计的表征，包括“实例化”和“评估”子阶段。“实例化”是外部诱导（通过呈现的创意设计）将创意设计构建在一个人的想象中，它是意识中产生的一种主观形式的视觉表示。“评估”旨在根据实例化过程中所构建意象的“新颖性”和“有效性”进行评价。这个评估过程是动态的：从“宽松”到“严格”，取决于环境、个体差异和半球功能偏侧化差异。过于“严格”的评价会导致对创意的过度排斥，而过于“宽松”的评价会导致对低质量创意的接受度增加。在该模型中，左右半球偏侧化地参与了基于“新颖性”和“有用性”的评价过程，其中左半球主要负责“有效性”评价，且评估标准较为“严格”，右半球主要负责“新颖性”评价，且评估标准较为“宽松”。

2. 新异联系阶段——基于 “新颖” 和 “有效” 的评价标准形成新异联系的阶段。左右侧MTL在新颖性和有效性加工中的作用不同。右侧MTL主要参与新颖性加工，对有效性的区分力度较弱。它与情绪和奖赏系统具有功能连接，可以广泛地处理新信息，同时伴随者积极的情绪体验。左侧MTL主要参与有效性处理，具有更强的有效性区分能力，并与执行控制网络（ECN）有较强的功能连接，以筛选、评估和整合新颖性和有效性。在这一步中，左右半球都参与新颖性和有效性信息的加工，但对于新颖性或有效性信息的加工存在不同的优先级。当左右半球协调各自的地参与程度对新颖性和有效性的信息加工后，就会形成一种新颖的关联。

3. 概念边界重置——重新配置新颖设计的概念边界，包含新异联系中对创意设计的概念化过程。在此过程中，创意设计的概念边界会根据评估的“新颖性”和“有用性”按比例动态调整，直至完成创意概念化。在创意概念化之后，特定设计的概念边界是固定的。因此，只有真正新颖的设计——“打破”熟悉的概念界限——才能被认为是真正的“创造性”设计。通过这个过程，“熟悉的设计”的概念边界永远不会改变，因为它只是评估创意内容的参考点。对于新颖的设计（NS，NU），概念边界会随着其功能超出先前概念的边界而动态变化。然而，新颖无效设计未能实现创意概念化，因为其实用性不足以打破最初的概念边界。相反，新颖有效设计成功地打破了这一概念界限。这个过程涉及左侧pMTG 与语义概念系统的合作[4]。

图 6 创造性思维评估左右脑信息加工理论模型

（图源：Jingyuan Ren et al., Cereb Cortex, 2022）

文章结论与讨论，启发与展望

综上所述，该研究表明：左右脑分别对创意的“新颖特征”和“有效特征”存在独特的功能偏侧化，且这种功能偏侧化是通过左右侧内侧颞叶（MTL）与执行控制系统以及情绪奖赏系统间功能连接的差异和左右侧MTL本身对新信息的神经表征模式的差异共同介导。

研究者尝试提出了创造性思维评估左右脑信息加工的理论模型（图6），这在一定程度上澄清了有关创造性的右脑主导假说，深化了对于左右脑半球在创造性认知过程中的功能整合与分离的认知，为解答创造性思维与左右脑关系的问题提供了新的更加具体的证据，为学生创造性的培养和脑功能开发提供了科学指南。

虽然该研究在一定程度上解释了创造性评估过程中的左右脑机制，但对创造性评估机制的假设集中在大脑的MTL区域。尽管MTL已被证明与创造性密切相关[4, 17, 19-22]，鉴于创造性本身的复杂性，其它涉及创造性的关键脑区（例如MTG等）的左右侧功能差异也值得被进一步探究。

原文链接：https://doi.org/10.1093/cercor/bhac129

通讯作者罗劲（左），第一作者并通讯作者任靖远（右）

（照片提供自：首都师范大学罗劲实验室）

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制版︱王思珍

本文完