Science Advances：如何睡才能使创造性达到最佳？

原创周翊茗创科技 2021-12-10

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导读

创造性思维能力非常重要，但创造力是如何产生的仍然是个谜。在这里，研究者证明了睡眠和清醒之间的边缘地带(非快速眼动睡眠阶段1或N1)的大脑活动会点燃创造性的火花。而且，在静息状态下的N1中发现隐藏规则的概率是清醒状态的三倍(83% vs 30%)，但如果参与者进入深度睡眠，这种效果就消失了。这表明，在睡眠开始阶段存在一个创造性的最佳点，达到这个最佳点需要人们在入睡时和深度睡眠之间保持平衡。

前言

许多实证研究表明，睡眠有助于问题解决，而且能够以促进创造力的方式重组联想记忆。尽管睡眠相关文献中经常提到睡眠在创造性问题解决中的作用，但与其他认知功能(如记忆巩固)相比，支持的证据却很少。现有的研究大多集中在快速眼动(REM)睡眠和慢波睡眠在创造性问题解决中的作用，分别促进远距离语义联想和要点提取。与其他睡眠阶段相反，非快速眼动睡眠第一阶段(N1)受到的关注较少，其认知作用在很大程度上尚不清楚。

然而，最近的一项研究表明，在清醒状态下安静地休息10分钟(即在光线昏暗、感官刺激减少的房间里安静地休息)，发现隐藏规则的人数是活跃清醒状态下(同样10分钟)的两倍多。这种条件很可能促进对N1的短暂入侵，但这种可能性尚未进行研究。

创造性认知可能依赖于参与自发思维的大脑网络(默认模式网络)和认知控制的大脑网络之间的动态相互作用，这两种网络分别支持创造性想法的产生和评价。睡眠开始期间的神经影像研究表明，N1精确地参与了这些有助于创造力的网络。此外，N1还伴随着无意识的、自发的、梦境般的知觉体验，这些知觉体验以一种创造性的方式将最近的清醒体验与松散关联的记忆结合起来。

这种入睡前的经历可以被认为是对清醒时自发想法(例如，走神)的一种加强，并同样促进了创造性想法的产生。有研究发现，在嗜睡症者中，入睡幻觉是创造力的重要调节器。另一方面，在N1中，丘脑失活通常比皮层失活要早几分钟，这表明在这个阶段执行能力并没有完全消失。参与者有时能够在N1中产生行为反应，并且经常出人意料地报告当他们从N1中醒来时是清醒着的。这些观察结果支持了这样一种观点，即N1是一种混合的半清醒状态，在这种状态下，个体开始与周围环境脱钩，因此可以自由地观察自己的思想走神，同时保持其识别创造性火花的逻辑能力。

方法

研究者测试了短时间的N1是否有助于创造性顿悟。使用数字减少任务(NRT)，在每个试次中，给予参与者(N = 103) 8位数字的字符串，并要求参与者尽快求得最后的数字解。经过短暂的训练后，所有参与者完成了两个block，每个block有30个试次(图1A)。一开始就了解隐藏规则的参与者(15.53%，103人中有16人)在后续的分析中被排除了。参与者有20min的休息时间(休息阶段)，这时要求参与者闭上眼睛，以半仰卧的姿势放松。参与者被要求用右手握住一个物体，如果物体将要坠落，在坠落之前大声地报告他们的思维(见图1 B和C)。这种方法是受到了爱迪生的启发，据说爱迪生在他手里拿着球的时候打盹。他估计自己只要一睡着，球就会掉下来，正好把他叫醒，让他捕捉到来源于睡眠时的灵感。研究者认为在睡眠开始时(例如，进入入睡期，但在深度睡眠开始前醒来)有一个短暂的、有利于产生创造性想法的时刻。在休息期间，通过视频多导睡眠图 [同时记录脑电图(EEG)、眼电图(EOG)和肌电图(EMG)] 监测参与者的警觉状态。休息阶段后，参与者再次接受9组NRT测试。

图1.实验范式。

结果

N1的一分钟能激发顿悟：研究者发现(清醒 vs N1 vs N2)组在休息后发现隐藏规则的百分比上有显著差异(图2A)。这种差异是由N1组的顿悟率驱动的，N1组比清醒组高2.7倍，比N2组高5.8倍。而清醒组和N2组顿悟的个体百分比相近。

延迟的Eureka时刻：(Eureka，因突然找到某物或解决问题的方法而欢呼)。实验结束时，参与者明确报告了对隐藏规则的顿悟，而Eureka时刻后解算时间的急剧下降证实了这一点。Eureka时刻是一种算法计算出来的，该算法自动检测从Post阶段开始的所有试次中求解时间的突然变化。无论是哪一组上，Eureka时刻并不是在静息阶段后立即发生的，而是在平均完成94个试次后发生的(图2C)，与以往使用NRT的研究结果一致。这些结果表明，包含短暂N1的潜伏期对顿悟有显著影响，但如果参与者进入深度睡眠(N2)，这种影响就消失了。

图2.N1激发的顿悟。

神经生理学的最佳时刻：按照睡眠研究的标准方法，将清醒和睡眠之间的过渡带归为N1。然而，睡眠开始是一个复杂、动态的过程，可能包括不同亚阶段之间的多个转变，每个阶段都有微妙的生理活动变化(例如，α/θ，肌肉放松)。为了更好地理解促进顿悟的关键因素研究者计算了整个静息阶段的功率谱，并评估它是否能够预测所有参与者随后的顿悟时刻。这些分析表明，δ (3.2-4.4 Hz)和 α (9-9.8 Hz)波段的功率都可以预测顿悟(图3A)。研究者发现 α 功率对顿悟有一个负的二次效应(图3A和D)，这意味着中等水平 α 功率的参与者的顿悟概率最高(图3E)。此外，δ 功率对顿悟存在负线性效应(图3A和B)，这意味着 δ 功率水平最高的参与者的顿悟概率最低(图3C)。

图3.α 和 δ 功率显示了睡眠开始时创造性的最佳时间点。

睡眠开始的可靠标志：最后，研究者通过实验验证了爱迪生的判断，即在小憩时拿着一个物体有利于捕获创造性想法或灵感。电生理、行为和主观测量都指向这样的结论：这个技术(简称爱迪生技术)可以检测到细微的睡眠状态变化。除了检测睡眠开始，这种技术对培养顿悟有用吗？研究者认为它在某种程度上是有作用的：虽然不能精确地捕获创造性的最佳时间点，但它确实有助于使达到该区域的参与者保持在该区域内。

图4.爱迪生技术是睡眠开始的可靠标志。

结论

本研究结果表明，N1的顿悟率比清醒状态高出2.7倍。当参与者进入深度睡眠时，N1对创造性顿悟的促进作用就消失了。后面的光谱分析也证实了这些发现，并揭示了创造性的最佳点，即中等水平的 α 和低水平的 δ。这种创造性的最佳点在很大程度上与标准的N1阶段重叠，但也并不总是重叠，因为在未进入N1阶段的清醒组参与者中也发现存在这种最佳点。此外，爱迪生技术似乎能够有效地通过防止进入深度睡眠来获得创造性的最佳时刻。同时研究者认为，可以开发出闭环的脑机接口方法来帮助参与者达到并保持在创造性的最佳点，这样就能以高水平的精确度来提高创造力。