探秘创意叙事背后的语义控制神经动力学：解锁大脑故事创作密码

《Communications Biology》：Neural dynamics of semantic control underlying generative storytelling

为探究语义控制及其相关神经动力学在故事创作中的作用，研究人员让参与者在功能磁共振成像（fMRI）记录下创作不同类型故事。结果发现不同类型故事的神经活动模式存在差异，还揭示了大脑网络连接等特点。该研究有助于理解故事创作的神经机制。

　　在人类历史长河中，故事讲述是知识、价值观和文化规范传承的关键桥梁。我们通过故事理解世界、塑造自我认知，其重要性不言而喻。然而，在故事创作过程中，语义控制（指对存储在记忆中的语义表征施加认知控制的能力）发挥着怎样的作用，与之相关的神经动力学机制又是如何运作的，这些问题却一直迷雾重重。此前的研究存在诸多局限，多数聚焦于简单语言任务，如单个单词或简单句子的生成，难以反映真实故事创作的复杂性；在研究语言创造力时，大多采用简单的单词联想实验范式，缺乏生态效度。并且，对于故事创作的神经科学研究相对匮乏，现有的少数研究也存在各种缺陷，比如受运动伪影干扰、未直接测量故事构思的神经动力学、缺乏稳健的定量方法评估故事内容以及未设置合适的对照条件等。这些问题使得我们对故事创作背后的神经机制知之甚少，迫切需要深入研究来填补这一空白。

为了揭开这些谜团，来自意大利特伦托大学（University of Trento）和德国图宾根大学（University of Tübingen）等机构的研究人员展开了一项富有意义的研究。他们利用功能磁共振成像（fMRI）技术，让参与者在执行故事生成任务（SGT）时进行扫描，要求参与者根据不同指令创作故事，通过这种方式来探究语义控制在故事创作中的神经动力学机制。最终，该研究成果发表在《Communications Biology》杂志上。

在研究方法上，研究人员精心挑选了 24 名健康参与者。从 60 个具体单词中选取刺激词，经过一系列筛选确定实验用的单词组合。实验设置了普通（Ordinary，OR）、创意（Creative，CR）、随机（Random，RA）三种条件，让参与者根据不同指令创作故事，且每个条件下进行 8 次试验。行为学数据方面，邀请专家转录故事，收集人类评分，并借助自然语言处理（NLP）领域的深度学习模型，如 word2vec 和 BERT 模型，分别计算语义距离和惊讶值，以此衡量故事的新颖性和适宜性。在 fMRI 数据处理上，先进行严格的预处理，包括去除伪影、校正等步骤，随后进行线性去趋势、滤波和混杂回归分析。运用多种分析方法，如计算受试者间相关性（ISC）、进行多元模式分析（MVPA）、应用连接组谐波分解（CHD）、开展功能连接分析以及研究神经动力学的时间不可逆性等，从不同角度深入探究故事创作的神经机制。

研究结果部分：

• 行为学结果：通过人类评分和深度学习模型分析发现，参与者能够按照指令控制故事的新颖性和适宜性。具体表现为，创意故事的语义距离显著高于普通故事，随机故事的惊讶值显著高于创意和普通故事，且语义距离和惊讶值的相关性较低。这表明参与者在创作故事时，确实能够根据不同条件调整故事的特征。
• 神经同步性分析：利用 ISC 分析发现，在故事创作过程中，无论语义控制水平如何，左额叶皮层和视觉皮层在所有条件下都表现出显著的受试者间相似性。这意味着这两个区域在叙事生成中起着核心作用，即使故事构思不需要视觉输出，视觉皮层也参与其中，可能与构建故事时的心理意象有关。此外，随机故事在额叶和顶叶区域引发的受试者间神经同步性高于创意和普通故事，可能是因为随机故事生成时语义控制较少，导致这些区域的反应更统一。
• 多元模式分析（MVPA）：采用 MVPA 方法进行分类分析，结果显示创意故事与普通故事相比，在额叶区域（如前额叶皮层、眶额叶皮层、背内侧前额叶皮层等）的神经活动存在显著差异；创意故事与随机故事相比，在额颞顶网络区域的神经活动有明显不同。这说明不同类型的故事在生成过程中，大脑采用了不同的语义控制策略。通过搜索光回归分析还发现，语义距离主要在前额叶 - 语言区域（如左额叶岛盖）编码，而惊讶值主要在顶叶区域（如后顶叶皮层）编码，这与行为学结果相呼应。
• 连接组谐波分解（CHD）：运用 CHD 方法发现，低 - 中空间频率模式主要区分创意故事和普通故事的生成，高频率连接组谐波则用于区分创意故事和随机故事。并且，故事的新颖性和适宜性特征在低 - 中频率连接组谐波中编码。这表明在故事构思过程中，全脑的神经动力学以特定的频率模式组织，反映了功能神经活动与底层结构连接的解耦。
• 功能连接性分析：对默认模式网络（DMN）、突显注意网络（SAN）和额顶控制网络（FCN）进行功能连接分析发现，创意故事生成时，DMN 内部以及 DMN 与 SAN 之间的功能连接性显著高于普通故事生成时；FCN 与 SAN 之间的功能连接性在创意故事生成时高于随机故事生成时。这揭示了这些大脑网络在故事创作语义探索中的关键作用，突显网络可能负责协调默认网络和控制网络的活动。
• 神经动力学的时间不可逆性：研究发现，在故事构思的较长延迟（8 - 15 秒）时，创意故事的时间不可逆性显著高于普通和随机故事。这意味着创意故事在关键皮质枢纽（包括语言、视觉和高级区域）之间具有更高层次的处理过程，反映了其在生成过程中需要更多的认知努力来平衡新颖性和适宜性。

研究结论和讨论部分，该研究通过精心设计的实验和多维度的分析，深入探究了故事创作过程中语义控制的神经动力学机制。实验设计巧妙地将故事构思和报告阶段分开，避免了运动和发声伪影的干扰，同时控制了故事的新颖性和适宜性这两个关键特征。研究结果不仅揭示了不同脑区在故事创作中的作用，还展示了大脑网络连接和神经动力学的特点。这些发现为理解自然语言生成中的语义控制提供了重要依据，有助于进一步探索语言和语义记忆功能受损的临床群体（如精神分裂症患者）的认知和神经机制，也为研究儿童语义控制的成熟过程提供了参考。总之，该研究为故事创作的神经科学研究开辟了新的道路，具有重要的理论和实践意义。