海马-前额叶协同通过低维表征支持高阶学习促进创造性思维

《Nature Communications》：Hippocampal-prefrontal orchestration supports higher-order learning for creative ideation

本研究揭示了高阶学习促进创造性思维的神经机制。为解决“学习如何促进创造而非记忆”这一科学问题，研究人员通过fMRI技术开展“创造性范例学习-自主创造”范式研究，发现海马表征维度降低和增强的海马-腹外侧前额叶(vlPFC)连接是支持后续创造性想法产生的关键神经标记。该发现阐明了区别于记忆形成的神经基础，为理解创造力的认知神经机制提供了新视角。

　　

在人类智慧发展的长河中，学习与创造力始终是推动个体进步和社会发展的核心动力。从孔子的"启发式教学"到苏格拉底的"精神助产术"，如何通过有效学习来提升创造力一直是学者们探索的永恒课题。其中，学习他人的创造性想法来激发自身创造力被认为是一种有效的高阶学习策略。然而，这种超越简单记忆的高阶学习如何在大脑中实现，其神经认知基础至今仍不清楚。

近日发表在《Nature Communications》上的研究《海马-前额叶协同支持高阶学习促进创造性思维》对这一重要问题进行了系统探索。该研究由张泽、李紫怡、丁瑞等研究人员合作完成，通过一系列精巧的实验设计，揭示了海马体和前额叶皮层如何协同工作，将学习到的知识转化为创造性想法的神经机制。

研究团队开发了一个创新的"高阶学习范式"，包含创造性范例学习阶段和自主创造阶段。在实验1中，参与者首先学习一系列日常物品的创造性使用范例（如"打蛋器-烛台"），随后意外地被要求为相同的物品生成自己的创造性想法。通过将学习试次按后续创造力表现分为高创造力（HSC）和低创造力（LSC）条件，研究人员能够直接比较哪些神经编码模式预示着更好的创造性产出。

行为结果显示，接触创造性范例显著提升了后续的创造性表现，但有趣的是，那些产生更高创造力想法的试次（HSC）却伴随着对学习范例的更高遗忘率。这种记忆与创造之间的权衡关系暗示着，支持成功记忆编码（SME）与支持创造性表达（SCE）的神经机制可能存在本质区别。

神经影像学分析揭示了关键发现：在创造性范例学习期间，左侧海马体的表征维度（representational dimensionality）在HSC试次中显著降低，同时海马体与腹外侧前额叶皮层（vlPFC）的功能连接增强。这意味着，大脑在学习过程中对信息进行了更高效的压缩和抽象，去除了不必要的具体细节而保留了创造性策略的精髓。

实验2进一步使用图画材料重复了这些发现，并通过对学习和创造两个阶段的联合分析，证明了低维海马表征和高维vlPFC表征从学习阶段到创造阶段的有效转移。更重要的是，研究人员发现vlPFC能够作为跨阶段解码器区分HSC和LSC试次，而这种解码能力依赖于学习期间形成的低维海马表征。

一系列补充实验表明，这些神经效应独立于范例记忆的成功与否，而指导遗忘和孵化延迟则进一步促进了创造性表现。这些发现共同揭示了一个独特的海马-前额叶功能组织，它支持高阶学习中的信息表征和知识泛化，与普通记忆形成机制有所区别。

主要技术方法

本研究采用功能磁共振成像（fMRI）技术，结合事件相关设计，收集了参与者在创造性范例学习阶段和自主创造阶段的脑活动数据。实验2采用了稀疏采样协议，以确保在扫描过程中清晰记录参与者的口头报告。数据分析包括基于主成分分析（PCA）的表征维度计算、心理生理交互（PPI）分析、表征相似性分析（RSA）和多体素模式分析（MVPA）等计算方法，以考察脑区活动模式及其跨阶段迁移。行为数据方面，采用共识评估技术由三名独立评分者对生成的创造性想法进行评分。

行为效应验证创造性范例学习对创造力的促进作用

实验1首先验证了创造性范例学习对后续创造性思维的促进作用。行为分析显示，与无范例学习、普通范例学习或单词语义启动等控制条件相比，创造性范例学习条件下的参与者表现出显著更高的创造性表现。这一发现证实了学习他人创造性想法对激发自身创造力的有效性，为后续神经机制分析奠定了基础。

左侧海马体低维表征预测更好的后续创造

研究团队通过主成分分析量化了海马体神经活动模式的表征维度。结果发现，在文本范例学习过程中，左侧海马体的表征维度在HSC试次中显著低于LSC试次。这一效应主要体现在信息丰富的前几个主成分上，表明海马体在高效学习时对信息进行了压缩处理，去除了不必要的细节而保留了创造性策略的核心特征。

增强的海马-前额叶连接预测更好的后续创造

通过心理生理交互分析和表征连接性分析，研究发现HSC试次表现出更强的海马体与左侧腹外侧前额叶皮层（vlPFC）功能连接。回归分析进一步揭示，海马-vlPFC连接性的增强与海马表征维度的降低呈负相关，表面前额叶可能参与了对海马信息压缩的调控过程。

稳健性和特异性分析确保发现可靠性

为确保主要神经发现的可靠性，研究人员进行了一系列控制分析。结果显示，即使在控制了单变量激活、模仿程度、项目特异性创造潜力、范例记忆等多种潜在混淆因素后，海马表征维度降低和海马-前额叶连接增强的效应仍然稳定存在。这些分析强化了结论的稳健性，表明这些神经标记确实反映了高阶学习的特异性机制，而非其他认知过程的副产品。

海马和前额叶编码在后续记忆与创造中的差异

通过专门的记忆编码实验（Exp.S2），研究直接比较了支持范例记忆（SME）和支持创造性思维（SCE）的神经机制。结果发现，成功记忆的试次伴随着更强的海马单变量激活和全局模式相似性，但在海马表征维度和海马-vlPFC表征连接性上没有显著差异。这一发现明确揭示了记忆形成与创造性学习在神经基础上的分离，为理解学习的不同功能提供了神经证据。

图画材料中低维海马表征预测更好的后续创造性思维

实验2使用图画范例材料重复了实验1的主要发现。在图画学习过程中，左侧海马体的表征维度同样在HSC试次中显著降低，海马-vlPFC表征连接性也表现出相同增强模式。结合两个实验数据的分析进一步显示，海马体和vlPFC的表征维度与创造性表现呈负相关，表明神经压缩与创造性产出之间存在直接联系。

低维海马表征从学习到创造的转移

通过跨阶段表征相似性分析，研究考察了神经表征从学习阶段到创造阶段的转移情况。发现在压缩的低维表征空间中，HSC试次的海马表征表现出更高的跨阶段相似性，表明在学习阶段形成的抽象神经模式在创造阶段被有效地重新激活和利用。

非压缩前额叶表征从学习到创造的转移

与海马体不同，前额叶皮层在非压缩的全维表征空间中表现出更强的跨阶段转移。左侧vlPFC和前部海马体（与模式完成和要点形成相关）在HSC试次中均显示出更高的学习-创造相似性，表明这些区域可能通过直接传递非压缩的神经代码来支持高阶学习。

跨阶段海马-vlPFC耦合在压缩和非压缩表征空间中的差异

海马-vlPFC耦合分析揭示了压缩和非压缩表征空间中的不同模式。在压缩空间中，HSC试次在学习和创造阶段均表现出更强的海马-vlPFC连接；而在非压缩空间中，虽然学习阶段HSC试次的连接更强，但这种优势在创造阶段消失。这种分离表明，高阶学习依赖于压缩耦合所表征的抽象化任务相关特征的有效利用。

vlPFC中的可泛化解码依赖于压缩的海马表征

全脑搜索灯解码分析发现，左侧vlPFC的一个集群能够以高于随机水平的准确度区分HSC和LSC试次，且这种解码准确度与创造性表现呈正相关。重要的是，当回归掉压缩海马编码的影响后，vlPFC的跨阶段解码准确度不再显著高于随机水平，表明vlPFC的可泛化解码能力依赖于其对学习期间形成的低维海马表征的访问。

研究结论与意义

本研究系统揭示了海马体和前额叶皮层如何通过协同工作来编码范例知识并将其灵活泛化以支持后续创造性思维的神经机制。行为上，接触创造性范例显著提升了后续创造性表现，但同时可能诱发心理定势而限制原创性，表现出"双刃剑"效应。神经层面上，高阶范例学习促进后续创造的关键标志是左侧海马体表征维度的降低以及海马-vlPFC连接的增强。

这些神经标记反映了一种优化平衡：既保留范例学习的关键特征，又避免对特定学习经验的过度拟合。海马体中的低维编码削弱了非必要的范例细节，最大限度地减少了创造性任务中的潜在干扰，同时保留了创造性范例学习的本质特征。前额叶皮层则参与提取高级启发式规则，通过形成适应性强的联想知识网络和捕捉不同学习事件间的本质相似性来促进创造性思维。

重要的是，这种神经机制区别于传统的记忆编码机制，代表着一种独立的高阶学习神经基础。研究发现，压缩的海马表征在创造性思维阶段被有效重新激活，而前额叶皮层则能够基于这些压缩表征进行跨阶段泛化解码。海马-前额叶在压缩和非压缩表征空间中的耦合差异进一步表明，学习阶段增强的连接促进了范例表征的有效抽象（尤其是在海马体内），而创造阶段连接的减弱可能有利于两个脑区以更独立的方式发挥作用——海马体支持联想记忆过程，vlPFC介导认知控制和语义选择。

这项研究不仅深化了我们对学习与创造力关系的理解，也为教育实践中优化创造性学习提供了神经科学依据。通过识别支持创造性思维的高阶学习神经标记，未来研究可探索如何有针对性地调控这些脑机制，从而更有效地培养和激发人类的创造潜能。