Как мозг придумывает науку

Новое исследование с нейровизуализацией попыталось заглянуть в ту самую черную коробку, где рождаются научные гипотезы. Да-да, те самые идеи, которыми учёные потом удивляют мир, а студентов — бессонными ночами. Авторы работы, опубликованной в журнале Psychology of Aesthetics, Creativity, and the Arts, решили выяснить, какие именно сети мозга запускаются, когда человек пытается объяснить странные явления с точки зрения науки.

Мы привыкли ассоциировать творчество с художниками, а не с людьми в лабораторных халатах. Но без креативности наука превращается в рутину. Проблема лишь в том, что научная креативность изучается куда реже, чем попытки придумать необычные применения вилке или кирпичу.

Ранее нейробиологи выяснили, что творческое мышление обычно включает в себя три ключевые сети мозга. Первая — сеть пассивного режима (default mode network), отвечающая за память, воображение и умение строить мысленные сценарии. Вторая — исполнительная сеть контроля, которая помогает оценивать идеи, отсеивать очевидные ответы и держать фокус на задаче. Третья — салиентная сеть, переключающая мозг между двумя предыдущими режимами, словно диспетчер, решающий, что сейчас важнее.

Эти сети известны тем, что активно взаимодействуют, когда человеку, например, предлагают придумать необычное использование для бытовых предметов. Но вот работают ли они так же при создании научных гипотез — оставалось загадкой.

Чтобы закрыть этот пробел, команда под руководством Roger E. Beaty из Пенсильванского университета провела сканирование мозга 47 студентов STEM-направлений. Участникам давали два задания. В главном — нужно было придумать научно правдоподобную гипотезу к необычному сценарию, например: почему на острове все цветы одного цвета. Во втором, контрольном задании, студентам показывали научное предложение и просили подобрать синоним к выделенному глаголу. То есть отвечать нужно было в обоих случаях, но творческий элемент присутствовал только в первом.

Во время выполнения задач исследователи записывали активность мозга с помощью фМРТ, а затем использовали метод многомерного анализа MVPA, чтобы определить участки мозга, которые работали по-разному в зависимости от задания. В итоге учёные выделили три важнейших узла: участок сети пассивного режима в задней поясной коре, область салиентной сети в правой передней инсулярной зоне и участок семантического контроля в нижней левой лобной извилине.

После этого исследователи изучили, как эти узлы взаимодействовали с остальными частями мозга. Оказалось, что при генерации гипотез связи между сетями усиливались. Например, нижняя левая лобная извилина активнее контактировала с участками памяти из сети пассивного режима. Правая передняя инсулярная зона также усиливала связь с элементами сети пассивного режима. При этом взаимодействие внутри каждой отдельной сети, наоборот, ослабевало — словно мозг решал: "работать поодиночке неэффективно, пора объединяться".

Авторы исследования предполагают, что научная креативность в целом использует те же механизмы, что и общее творческое мышление. Иными словами, чтобы придумать научную гипотезу, мозгу приходится работать на стыке воображения и строгой внутренней цензуры — вспоминать, фантазировать, но при этом не улетать в сказки, а формировать правдоподобные объяснения.

Исследование, конечно, не без изъянов. Например, всех студентов STEM направлений объединили в одну группу, не разделяя их по специальностям — химия, биология, физика. Гендерный баланс тоже был нарушен, что важно, учитывая лёгкие различия в организации мозговых сетей у мужчин и женщин.

Несмотря на ограничения, авторы надеются, что их работа станет шагом к развитию «образовательной нейронауки». Изучая, как мозг создаёт научные идеи, можно будет в будущем оценивать, действительно ли учебные программы развивают у студентов способность мыслить творчески.

Исследование проведено Roger E. Beaty, Robert A. Cortes, Hannah M. Merseal, Mariale M. Hardiman и Adam E. Green.