青少年创造性发展的神经机制及其大脑可塑性：基于横断和纵向跟踪的研究

Adolescent is the critical stage for creativity development (cognition and personality) and brain maturation. Therefore, investigating the characteristics of development of creativity in adolescent is meaningful for the cultivation and stimulation of individuals’ creative potential and the construction of the innovation-oriented country. Based on these background, this project plan to conduct the following researches: (1) the construction of neuroimaging database concerning creativity in primary and middle school (8-17 years old, including brain structure, resting-state brain function and diffusion tensor imaging data), which collected the information of creativity and the related behavioral indexes. We desire to explore the developmental characteristics of creativity and its related neural mechanism by cross-sectional and longitudinal design in primary and middle school students. (2) Based on multi-mode neuroimaging database already collected (freshman in college, 18-20 years old), follow-up researches, which aim to retest the creativity-related behavioral indexes (senior, after 3 years) and neuroimaging data, will be conducted to explore the dynamic changing process of brain structure and function related to creativity. (3) We will try to use original and classical creativity tasks and fMRI to investigate brain activation pattern associated with creative thinking and its developmental characteristics in different age. (4) Using cognitive training and educational cultivation, we desire to reveal the pathway and its related mechanism of brain plasticity, which can be used to effectively improve creative thinking abilities in adolescent. By integrating behavioral and neuroimaging data, revealing the brain structural and functional characteristics underlying creativity development, understanding the critical stage of creativity development and pattern of brain development, we try to establish the assessment of creativity based on neuroimaging, which can provide the theoretical basis and practical guidance for the cultivation of creativity in adolescent.

青少年时期是创造性和脑发育的关键期，因此，探明青少年创造性发展的特点及其神经机制，对于培养和激发个体的创新潜能，建设创新型国家具有重要意义。基于此，本课题将开展以下工作：1）建立中小学生创造性多模态脑影像数据库（8-17岁，包括结构；Rest-fMRI及DTI等），采集创造性指标，通过横断比较和纵向跟踪，考察中小学生创造性发展的特点及其脑机制；2）基于已建立的大学生创造性脑影像数据库（18-20岁，350人），开展纵向跟踪（3年），重测创造性及脑影像数据，揭示大学生创造性大脑结构和功能的动态演变过程；3）采用自编和经典的创造性任务，通过fMRI，探讨青少年创新思维的大脑激活模式及其发展特点；4）通过认知训练和教育干预，揭示提升青少年创造性的有效途径与大脑可塑性机制。总之，本课题试图探明青少年创造性发展的关键期与大脑发育规律，尝试建立基于脑影像学的创造性评估辅助方法，为创新人才培养提供依据。

本研究以青少年为研究对象（8-22岁），通过大数据采集，揭示不同年龄段青少年创造性发展的大脑结构及功能特点，探明创造性发展的关键期与大脑发育规律，为青少年创新能力的培养和提升提供有效的理论依据和实践指导。（1）通过引入静息态下大脑熵值测量的方法发现，创造性主要与负责认知灵活性和抑制控制的DLPFC和dACC脑区的熵值之间存在显著的正相关关系。而创造性各子维度分数（灵活性、流畅性和独创性）还与语义相关网络的熵值之间呈正相关。该结果提示，高创造性个体表现出更加灵活的大脑动态活动和更强的大脑信息处理能力。（2）通过图论与聚类结合的方法找出了与创造性密切相关的默认网络子系统，随后研究发现该默认网络子系统与创造性之间的关系受到了个体勤奋性的调节，即在高勤奋性个体身上，该默认网络子系统与创造性之间关系更加密切。该结果突出了勤奋性对于创造性的重要作用，同时提示出大脑-人格-认知行为之间的复杂交互关系。（3）采用多变量预测模型和交叉验证的方法探测半球分化和整合指标对个体视空创造性和言语创造性的预测作用。结果发现右半球的视觉网络、感知运动和部分默认网络的半球分化程度越高，个体在视空创造性的表现越好。而涉及语言加工和认知控制的脑区双侧交互可以预测个体在言语创造性的表现。《国家中长期科学和技术发展规划纲要》指出，“自主创新”是科学技术发展的指导方针，也是建设创新型国家必备的能力。青少年作为未来社会发展的重要力量，其创新素质的高低将直接影响到整个社会的发展。而且，儿童青少年时期是创造性和大脑发育成熟的关键期。本项目的开展响应了“创新驱动发展”以及“中国脑科学与类脑研究”的国家战略，所取得的研究进展和突破对揭示创造性潜能的大脑结构与功能特征，探明提升个体创新能力的有效途径和大脑可塑性机制，探索青少年创造性培养的有效途径和教育改革措施，具有重要意义和价值，为创新人才培养和“创新型国家建设”提供重要的理论和实践指导。