Динамика функциональной организации коры головного мозга у испытуемых с разным уровнем креативности на этапах решения невербальной творческой задачи

УДК 159.91

Л. А. Дикая

Динамика функциональной организации коры головного мозга у испытуемых с разным уровнем креативности на этапах решения невербальной творческой задачи1

В работе представлены результаты исследования особенностей корковых взаимодействий на разных этапах решения невербальной творческой задачи у испытуемых с высоким и со средним уровнем креативности. Выявлены различия в характере когерентных связей у испытуемых в процессе решения творческой задачи для разных частотных диапазонов.

The results of research of features of brain cortex interactions at different stages of solving a nonverbal creative problem in subjects with high and middle level of creativity are presented. Distinctions in character of coherent connections in subjects during creative problem solving for different frequency bands are revealed.

Ключевые слова: уровень креативости, этапы решения творческой задачи, ЭЭГ, когерентность, частотный диапазон.

Key words: level of creativity, stages of the creative problem solving, EEG, coherence, frequency band.

Интерес к исследованию психофизиологических механизмов творческой активности человека заметно повысился в последние годы. Полученные результаты позволяют определить особенности мозговых механизмов творчества, специфичные для людей разного пола и с разным уровнем креативности, в процессе выполнения вербальных и невербальных творческих заданий [2-9, 11, 12, 14-17].

Работы, направленные на изучение нейрофизиологических коррелятов невербального творчества, пока немногочисленны. Между тем, такие виды деятельности, как художественная, конструкторская, музыкальная, отличаются высоким творческим компонентом. В современных нейрофизиологических исследованиях невербальной творческой активности рассматривается зависимость параметров ЭЭГ от профессиональной подготовки испытуемых, от степени сложности задания, сравниваются группы художников и лиц, не имеющих художественного образования, сопоставляются ЭЭГ-корреляты у музыкантов при сочинении музыки и при выполнении других, не творческих видов музыкальной деятельности [2, 4, 7, 8, 17]. Описаны половые различия параметров ЭЭГ при выполнении образных творческих за -

1 Работа выполнена при поддержке Министерства образования и науки РФ в рамках ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России», проект РОСТ-НИЧ-778.

даний с использованием инструкций, стимулирующих и не стимулирующих оригинальное мышление [3, 6].

Противоречие получаемых при этом эмпирических данных может объясняться методическими трудностями изучения специфики мозговой организации на разных этапах творческого процесса.

Исследования динамики мозговой активности во время творческого процесса пока немногочисленны [12, 15, 16]. Между тем, полученные результаты позволяют считать это направление исследования мозговой организации творчества перспективным.

Мы склонны полагать, что особенности частотно-пространственной организации биопотенциалов коры мозга человека могут отличаться на разных этапах творческого процесса, причем динамика функциональной организации коры в процессе выполнения невербальной творческой задачи будет дифференцироваться в зависимости от уровня креативности у испытуемых.

Целью исследования является изучение динамики когерентности биопотенциалов коры головного мозга на разных этапах решения невербальной творческой задачи в зависимости от уровня развития креативности у испытуемых.

В исследовании приняли участие 72 испытуемых-правшей (старшеклассники и студенты г. Ростова-на-Дону 16-22 лет), которые в зависимости от уровня невербальной креативности, диагностируемой при помощи теста Торренса «Завершение картинок», были разделены на две группы: учащиеся со средним (38 человек) и с высоким (34 человека) уровнем невербальной креативности (р<0.05).

Исследование состояло из двух серий. В первой серии в качестве тренировки испытуемым предлагалось из заданных геометри -ческих фигур - круг, полукруг, треугольник и прямоугольник -изобразить оригинальным способом заданные объекты (лицо, дом, клоуна). Во второй серии в качестве творческой задачи им нужно было из этих же геометрических фигур создать новую оригинальную картинку, отличающуюся от придуманных в предыдущей серии.

Регистрация ЭЭГ осуществлялась при помощи электроэнцефало -графа «Энцефалан», версия «Элитная-М» производства МТБ «Медиком» (Таганрог) в 21 стандартном монополярном отведении с ипсилатеральными ушными референтами для шести частотных диапазонов: тета1 (4,0 - 6,0 Гц), тета2 (6,0 - 8,0 Гц), альфа1 (8,0 - 10,5 Гц), альфа2 (10,5 - 13,0 Гц), бета1 (13,0 - 24,0 Гц) и бета2 (24,0 - 35,0 Гц).

Испытуемым давалась инструкция нажимать кнопку мыши «Идея» всякий раз, когда у них появлялась идея относительно решения задачи. Момент нажатия кнопки регистрировался на энцефалограмме в виде маркера. Для анализа выбирались безартефактные отрезки ЭЭГ длительностью по 10 секунд.

Показатели когерентности ЭЭГ регистрировались в спокойном со -стоянии с открытыми глазами и на разных этапах решения невербальной творческой задачи (во время проведения второй серии исследования): 1) на этапе подготовки, при попытке решить задачу из -вестными из прошлого опыта способами сразу после предъявления задания; 2) на этапе решения задачи, непосредственно перед осознанием решения перед нажатием копки «Идея» и 3) на этапе проверки найденного решения - после нажатия кнопки «Идея». После окончания регистрации ЭЭГ испытуемым предлагалось нарисовать придуманную картинку.

На основе анализа работ, в которых представлены результаты изучения особенностей когерентных связей у испытуемых при выпол -нении когнитивной и прежде всего творческой деятельности [6, 8, 10], в нашем исследовании все когерентные связи между отведениями для каждого частотного диапазона были сгруппированы в 12 видов:

внутриполушарные коротко-дистантные связи (1 - в передних отделах правого полушария, 2 - в передних отделах левого полушария, 3 - в задних отделах правого полушария, 4 - в задних отделах левого полушария),

внутриполушарные длинно-дистантные связи (5 - между передними и задними отделами правого полушария, 6 - между передними и задними отделами левого полушария),

межполушарные связи между гомологичными отведениями (7 -между передними областями, 8 - между задними областями),

межполушарные диагональные связи (9 - между передними отделами правого полушария и задними отделами левого, 10 - между передними отделами левого полушария и задними отделами правого),

межполушарные связи между симметричными отведениями (11 - короткие и 12 - длинные).

Для каждого вида когерентной связи в каждом частотном диапазоне вычислялись её средние значения. Когерентная связь рассматривалась как значимая, если её значение не было ниже 0,7.

Для статистической обработки данных применялся многофакторный дисперсионный анализ ANOVA/MANOVA и сравнительный post hoc-анализ по критерию Фишера. Обработка осуществлялась при помощи пакета компьютерных программ Statistica 6.0.

Дисперсионный анализ значений когерентности для каждого частотного диапазона проводился с использованием факторов: уровень креативности (2: высокий, средний), этапы решения задачи (4: спокойное состояние, этап подготовки, этап решения, этап проверки) и вид когерентной связи (12). Поскольку влияние взаимодействия этих трёх факторов на уровень когерентности было достоверным для каждого частотного диапазона, но с разной степенью значимости (F=34,76, p<0,0001 для тета1 диапазона; F=29,9, p<0,0001 для тета2

диапазона; F=2,77, p<0,02 для альфа1 диапазона; F=2,87, p<0,01 для альфа2 диапазона; F=30,086, p<0,0001 для бета1 диапазона; F=17,47, p<0,0001 для бета2 диапазона), мы обратились к post hoc анализу (по критерию Фишера, p<0.05) для сравнения динамики выраженных когерентных связей на этапах решения невербальной творческой задачи у учащихся с высоким и со средним уровнем креативности.

При выполнении образного творческого задания у всех испытуемых выявлена высокая внутри- и межполушарная когерентность в те-та1 и тета2 частотных диапазонах, связываемых исследователями с эмоционально-мотивационным возбуждением и процессами активации внимания к внешним стимулам соответственно [2, 6]. Сравнительный анализ показал высокий уровень внутри- и межполушарной когерентности между гомологичными областями коры мозга у средне-креативных учащихся в тета1 диапазоне на этапах готовности и решения творческой задачи, что отражает их высокое эмоциональное возбуждение на этих этапах. У высококреативных учащихся на этапе готовности выявлено резкое снижение синхронизации в передних отделах коры мозга, что может отражать перенос внимания во внутренний план [17]. Этих испытуемых отличает множество высококогерентных длинно-дистантных внутри- и межполушарных связей. При переходе к каждому последующему этапу решения творческой задачи межполушарная когерентность между гомологичными областями и внутриполушарная в переднее-заднем направлении у них повышается (рис. 1). Подобная синхронизация тета-ритма во фронтальных регионах коры часто наблюдается в ситуациях с когнитивным усилием и нагрузкой на память [3].

Так же как и в нашем исследовании, большое количество длинно-дистантных связей у испытуемых с высоким уровнем креативности выявлено представителями коннекционистского подхода, согласно которому индивидуальные различия в креативности определяются сложностью семантической сети, т. е. с количеством связей, соединяющих узлы. Высокая креативность связывается с обилием взаимосвязей, благодаря чему активация, идущая от одного узла, достигает активации, распространяющейся от другого узла, даже если они располагаются в отдаленных частях сети. У высококреативных людей более дальнее распространение информации в мозге облегчено по сравнению со среднекреативными, благодаря тому, что на основе прошлого опыта у них сформировались «горячие клавиши» для множества шагов по нервным путям [1, 13]. Основываясь на этой закономерности, можно предположить, что креативные испытуемые высоко чувствительны к внешним воздействиям, выступающим в роли праймов, и активно используют ресурсы долговременной памяти для поиска и последующей проверки готовых образов или их элементов, содержащих предъявленные геометрические фигуры.

12 3 4

Условные обозначения

1 - спокойное состояние (открытые глаза); 2 - этап подготовки; 3 - этап решения; 4 - этап проверки

- значимая когерентная связь; ¡^^м - значимое повышение когерентности по сравнению с предыдущим этапом (р< 0.05);

I I - значимое снижение когерентности по сравнению с предыдущим этапом

Рис. 1. Динамика значимых когерентных связей в 01 и 02-диапазонах на этапах решения невербальной творческой задачи у испытуемых с разным уровнем креативности

У среднекреативных учащихся наиболее высокая синхронизация коры мозга в альфа1 частотном диапазоне, отражающем общее активационное состояние [12, 16], наблюдается на этапе подготовки, а далее на каждом последующем этапе уровень меж-полушарного взаимодействия снижается. У высококреативных испытуемых уровень снихронизации коры мозга повышается на этапе решения задачи по сравнению с этапом подготовки и остается на том же уровне на этапе проверки решения (рис. 2). Схожее усиление когерентности биопотенциалов в альфа1 диапазоне у испытуемых с высокими творческими показателями выявлено также в работах других исследователей, которые подчеркивают роль аль-фа1 ритма для интуитивных процессов [3, 8].

Усиление альфа2 ритма отражает специфику обработки информации при решении когнитивных задач: непосредственное воспроизведение визуальных образов из семантической памяти связывают с активностью задних отделов левого полушария, а мыслительно-перцептивные процессы при решении пространственно-временных задач (например, мысленное вращение и конструирование изображений) - правого. Предполагается, что правая фронтальная область вовлечена в спонтанную продукцию невербальных репрезентаций, а левая выполняет контроль, дополнительную оценку и вербальный анализ [3, 6, 7]. Отличительной особенностью высококреативных испытуемых по сравнению со среднекреативными в альфа2 частотном диапазоне является усиление когерентности между передними и задними отделами правого полушария, что способствует интеграции спонтанной продукции образов и мысленному конструированию из них изображений. У среднекреативных испытуемых при решении невербальной творческой задачи эти области мозга взаимосвязаны слабо, поэтому визуальные образы формируются случайно. В альфа1 и альфа2 частотных диапазонах у среднекреативных учащихся наиболее высокая когерентность биопотенциалов коры мозга выявлена на этапе подготовки, а у высококреативных - на этапе решения (рис. 2).

Рис. 2. Динамика выраженных когерентных связей в а1 и а2 -диапазонах на этапах решения невербальной творческой задачи у испытуемых с разным уровнем креативности

Если в динамике когерентности низкочастотных диапазонов отражается функциональное состояние ЦНС, на фоне которого происходит выполнение творческой деятельности, то с динамикой когерентности высокочастотных диапазонов ЭЭГ соотносятся корреляты самой когнитивной деятельности [2].

В бета1 и бета2 частотных диапазонах динамика распределения когерентных связей у испытуемых обеих групп схожа, однако значимые когерентные связи выражены у высококреативных испытуемых (рис. 3). На этапах подготовки и проверки найденного решения у них выражена интеграция передних и задних областей каждого из мозговых полушарий, что означает активное вовлечение в совместную работу париетальных, окципитальных и темпоральных областей. Париетально-окципитальные области левого полушария отвечают за наглядное представление предмета по его названию; темпоральные и париетальные области обоих полушарий принимают участие в извлечении из памяти и обработке образной информации [2].

На этапе решения задачи у высококреативных учащихся внут-риполушарная когерентность снижается. Уменьшение когерентности может быть вызвано новизной и необычностью задания и стимулов [2]. Также процесс воображения может включать в себя возникновение многих, параллельно протекающих ассоциативных процессов, что отражается в функциональной обособленности деятельности различных нейронных ансамблей [8]. Ослабление функциональных связей между полушариями у высококреативных испытуемых может также указывать на более независимую работу полушарий, на раздельную обработку образной информации на этапе решения образной творческой задачи. В исследовании Бехтеревой Н.П., Нагорновой Ж.В. также, как и в нашем исследовании, выявлена независимая и параллельная работа полушарий в процессе образного творчества. Авторы полагают, что уменьшение когерентных связей в высокочастотных диапазонах ЭЭГ между полушариями при выпол -нении творческих заданий указывает на уменьшение влияния левого (контролирующего) полушария в процессе невербального творчества [2]. Это предположение подтверждает и выявленное в нашем исследовании снижение когерентности биопотенциалов коры мозга в левом полушарии.

Рис. 3. Динамика выраженных когерентных связей в в1 и в2 -диапазонах на этапах решения невербальной творческой задачи у испытуемых с разным уровнем креативности

Таким образом, как специфику образного творческого процесса можно констатировать независимое, но параллельное активное функционирование полушарий на этапе решения задачи.

Повышение когерентности ЭЭГ в бета1 бета2 диапазонах у высококреативных испытуемых на этапе проверки найденного решения отразилось в усилении как внутри-, так и межполушарных взаимодействий с вовлечением передних и задних отделов обоих полушарий мозга. Генерализованное увеличение когерентности высокочастотных ритмов на этом этапе, вероятно, связано с процессами сознательного контроля учащимися оригинальности рисунка [2].

Следует отметить, что межполушарная интеграция у высококреативных учащихся в бета1 диапазоне выражена на каждом из анализируемых этапов решения творческой задачи, а в бета2 диапазоне только на этапе проверки найденного решения (рис. 3).

У среднекреативных учащихся в бета1 и бета2 диапазонах обнаруживается снижение когерентности в лобных областях мозга. Уменьшение синхронизации высокочастотных ритмов в лобных отделах может указывать на ослабление функциональной организации связей лобных областей и, соответственно, рассеянии внимания. В ряде работ предполагается, что относительное ослабление лобных отделов мозга может способствовать более продуктивному творческому мышлению [12, 14, 16, 17]. Возможно, лобные доли коры могут оказывать тормозное влияние на процесс невербального творчества, и уменьшение когерентности у среднекреативных учащихся при решении невербальной творческой задачи свидетельствует о снижении этого тормозного влияния.

Таким образом, на основании проведенного исследования можно заключить о различной динамике функциональной организации коры мозга у учащихся с высоким и низким уровнем развития креативности на этапах решения невербальной творческой задачи.

Выводы

1. У всех испытуемых в процессе решения невербальной творческой задачи выявлено усиление длинно-дистантных функциональных связей по сравнению со спокойным состоянием. Причем, в низкочастотных диапазонах более выражено межполушарное, а в высокочастотных - внутриполушарное взаимодействие между передними и задними отделами коры мозга.

2. Для испытуемых с высоким уровнем креативности характерна высокая функциональная специализация мозга к выполнению невербальной творческой задачи. Динамика распределения значимых когерентных связей биопотенциалов коры мозга на разных этапах

решения творческой задачи выражена у них более ярко, а синхронизация сильнее во всех частотных диапазонах по сравнению со сред-некреативными учащимися. У среднекреативных испытуемых значительно больше высококогерентных связей в низкочастотных диапазонах по сравнению с высокочастотными.

3. У высококреативных учащихся этап решения творческих задач характеризуется снижением уровня произвольного внимания и степени вербализации создаваемого невербального образа, усилением интеграции когнитивных процессов и эмоциональной напря-жённости, связанной с высокой когнитивной нагрузкой, что отражается в десинхронизации высокочастотных бета1 и бета2 ритмов в передних и задних отделах левого полушария, в усилении синхронизации альфа1 и альфа2 ритмов в правом полушарии, а также в усилении межполушарной синхронизации низкочастотных тета1 и тета2 ритмов.

4. Успешному решению творческой задачи у среднекреативных учащихся препятствует повышенное эмоциональное напряжение при слабо выраженных когнитивных процессах, что отражается в регистрируемой на этапе подготовки высокой синхронизации ЭЭГ в низкочастотных диапазонах и низкой в высокочастотных.

5. У высококреативных учащихся наиболее сильные когерентные связи обнаружены в низкочастотных диапазонах на этапе решения задачи, а в высокочастотных - на этапах подготовки и проверки найденного решения. На этапе решения задачи в бета2 частотном диапазоне у них выявлено независимое и параллельное функционирование полушарий мозга.

Список литературы

1. Белова С.С., Медынцев А.А. Моделирование творческого мышления на основе принципа распространения активации по семантической сети // Четвёртая международная конференция по когнитивной науке: тезисы докл. Томск, 2226 июня 2010 г.: Т. 1. - Томск: Томский государственный университет, 2010. -С. 165-166.

2. Бехтерева Н.П., Нагорнова Ж.В. Динамика когерентности ЭЭГ при выполнении заданий на невербальную (образную) креативность // Физиология человека. - 2007. - Т. 33. - № 5. - С. 5-13.

3. Вольф Н.В., Тарасова И.В., Разумникова О.М. Половые различия в изменениях когерентности биопотенциалов коры мозга при образном творческом мышлении: связь с эффективностью деятельности // Журнал высшей нервной деятельности. - 2009. - Т. 59. - № 4. - С. 429-436.

4. Дикая Л.А. Нейрофизиологические корреляты музыкальной творческой деятельности // Сибирский психологический журнал. - Томск. 2010. - № 36. -С. 46-52.

5. Дикая Л.А. Современная психофизиология и мозговые механизмы творчества // Российский психологический журнал. - Москва, 2008. - Т. 5. - № 4. -С. 65-70.

6. Разумникова О.М. Индивидуальные особенности полушарной активности, определяющие успешность решения эвристической задачи // Асимметрия (резенцируемый научно-практический журнал) - Т. 3. - № 1. - 2009. - С. 37-50.

7. Разумникова О.М., Вольф Н.В., Тарасова И.В. Стратегия и результат: половые различия в электрографических коррелятах вербальной и образной креативности // Физиология человека. - 2009ю - Т. 35. - № 3. - С. 31-41.

8. Свидерская Н.Е, Таратынова Г. В., Кожедуб Р. Г. ЭЭГ-корреляты изменения стратегии переработки информации при зрительном воображении // Журнал высшей нервной деятельности. - 2005. - Т. 55. - № 5. - С. 624-632.

9. Старченко М. Г. Различия в мощности ЭЭГ у высоко и низкокреативых испытуемых // Четвёртая международная конференция по когнитивной науке: тезисы докл. Томск, 22-26 июня 2010 г. - Томск: Томский государственный университет, 2010. - Т. 2: - C. 537-538.

10. Цицерошин М.Н., Симахин В.Е., Зайцева Л.Г. Становление нейрофизиологических механизмов системной организации межполушарного взаимодействия в онтогенезе ребенка: материалы междунар. конф. «Физиология развития человека», Москва, 22-24 июня 2009 г. — М.: Вердана, 2009. - С. 115-116.

11. Carlsson I, Wendt P, Risberg J (2000). On the neurobiology of creativity. Dif-ferencesin frontal activity between high and low creative subjects // Neuropsychologia 38:873-85.

12. Fink A, Neubauer AC (2006) EEG alpha oscillations during the performance of verbal creativity tasks: differential effects of sex and verbal intelligence. Int J Psy-chophysiol 62(1):46-53.

13. Heylighen F. Characteristics and Problems of the Gifted: neural propagation depth and flow motivation as a model of intelligence and creativity. Brussels, Belgium: URL: http://pespmc1.vub.ac.be/HEYL.html.

14. Jausovec N, Jausovec K (2000) EEG activity during the performance of complex mental problem. Int J Psychophysiology 36(1):73-88.

15. Jung-Beeman M., Bowden E.M., Haberman J., Frymiare J.L., et al. Neural activity when people solve verbal problems with insight. PLoS Biology. - 2004. -№ 4. - P. 0500-0510.

16. Martindale C., Hines D. Creativity and cortical activation during creative, intellectual and EEG feedback tasks // Biological Psychology, 1975. - V.3. -P. 71-80.

17. Petsche H (1996) Approaches to verbal, visual and musical creativity by EEG coherence analysis. Int. J. Psychophysiology 24 (2):145-159.