From learning to creativity: an EEG, behavioural, and computational investigation in language and music

Abstract

Creativity is strongly linked to acquired knowledge. Humans behave according to rules learned from their experience; however, old habits die hard. We often need to suppress things we have previously learned, to mentally access more original and creative ideas. The relationship between learning and creativity has been largely studied in isolation, while the neural mechanisms underlying the generation of original ideas have been unexplained. In this thesis, we investigated the association between learning and creativity from two different perspectives: Semantic associations reflecting life-long learning (Part A) and learning of an unfamiliar musical grammar in the laboratory (Part B). In Part A, we first investigated the role of alpha oscillations on overriding learned semantic associations. We demonstrated that right temporal alpha oscillations are associated with inhibition of obvious/learned associations to reach creative solutions. In addition, we found that mid/frontal alpha oscillations are critical for generating semantically distant spontaneous associations in more creative participants. These findings suggest two distinct neural mechanisms for the generation of remote ideas. Nevertheless, to directly investigate how learning affects creativity, we then studied the neural correlates and behaviour during actual learning. In Part B, we introduced a novel experimental paradigm combining EEG, behavioural, and computational methods, to examine the neural correlates during learning an unfamiliar musical style, and to investigate how these are related to creativity. Results showed that visual aids boosted music reproduction performance but did not improve statistical learning. Learning was positively correlated with creativity. Importantly, we identified the neural correlates of learning which were associated with creativity as assessed by experts. Finally, we conducted advanced EEG analysis to investigate individual differences in the neural correlates of learning. Overall, these findings advance the understanding of the neural underpinnings of creativity, while offering contributions to the associations between neural and behavioural learning measures and creativity.

Η δημιουργικότητα είναι στενά συνδεδεμένη με τη γνώση. Οι άνθρωποι συμπεριφέρονται σύμφωνα με κανόνες που έχουν μάθει από την εμπειρία τους. Ωστόσο, οι παλιές συνήθειες πεθαίνουν δύσκολα. Συχνά χρειάζεται να καταπιέζουμε πράγματα που έχουμε μάθει προηγουμένως, για να έχουμε πιο πρωτότυπες και δημιουργικές ιδέες. Η σχέση μεταξύ μάθησης και δημιουργικότητας έχει μελετηθεί μεμονωμένα, ενώ οι νευρικοί μηχανισμοί που διέπουν τη δημιουργία πρωτότυπων ιδεών δεν έχουν εξηγηθεί. Σε αυτή τη διατριβή, διερευνήσαμε τη σχέση μεταξύ μάθησης και δημιουργικότητας από δύο διαφορετικές οπτικές γωνίες: Σημασιολογικές συσχετίσεις μέσω της γλώσσας (Μέρος Α) και εκμάθηση μιας άγνωστης μουσικής στο εργαστήριο (Μέρος Β). Στο Μέρος Α, διερευνήσαμε τον ρόλο των ταλαντώσεων άλφα για τη δημιουργικότητα. Δείξαμε ότι οι κροταφικές άλφα ταλαντώσεις σχετίζονται με την αναστολή συνηθισμένων ιδεών. Επιπλέον, διαπιστώσαμε ότι οι μετωπιαίες άλφα ταλαντώσεις είναι κρίσιμες για τη δημιουργία σημασιολογικά απομακρυσμένων συσχετισμών. Αυτά τα ευρήματα προτείνουν δύο διακριτούς νευρικούς μηχανισμούς για τη δημιουργικότητα. Ωστόσο, για να διερευνήσουμε άμεσα πώς η μάθηση επηρεάζει τη δημιουργικότητα, στη συνέχεια μελετήσαμε τον εγκέφαλο και τη συμπεριφορά κατά τη μάθηση. Στο Μέρος Β, εισαγάγαμε μια νέα πειραματική διαδικασία που συνδυάζει ηλεκτροεγκεφαλογράφο (ΗΕΓ), συμπεριφορικές και υπολογιστικές μεθόδους, για να εξετάσουμε τις εγκεφαλικές αποκρίσεις κατά την εκμάθηση μιας άγνωστης μουσικής και να διερευνήσουμε πώς σχετίζονται με τη δημιουργικότητα. Η μάθηση συσχετίστηκε θετικά με τη δημιουργικότητα. Επίσης, εντοπίσαμε τους εγκεφαλικούς δείκτες της μάθησης που συνδέονταν με τη δημιουργικότητα, όπως αξιολογήθηκε από μουσικούς. Τέλος, διερευνήσαμε μεμονωμένες διαφορές στους νευρικούς συσχετισμούς της μάθησης. Συνολικά, αυτά τα ευρήματα προάγουν την κατανόηση του εγκεφάλου και της δημιουργικότητας, ενώ συνεισφέρουν στην κατανόηση της σχέσης μεταξύ της μάθησης και της δημιουργικότητας.