摘要：虚拟现实 (VR) 是一种很有前途的创造力支持工具，它具有与增强创造力有关的因素，如沉浸感、参与感和流动。然而，目前仍不清楚与创造力相关的大脑反应如何受到VR的影响。为了解决这个问题，我们收集了21名参与者在两种条件下进行创意生成任务时的EEG信号，2D屏幕与3D VR。比较了α (8-13赫兹) 、β (13-30赫兹)和γ (30-45赫兹) 频段的EEG功率。结果显示，参与者在3D VR条件下体验到了更高的乐趣、沉浸感和时空分离。此外在VR条件下观察到β和γ高频频段的振荡明显增加。研究结果表明，VR可以诱发一种更明显的流动感，这种流动感与独特的大脑激活模式有关。

关键字：创造力，大脑活动，脑电图，虚拟现实，沉浸式，流动

1. 简介

       创造性想法的产生，即产生原始和有用的想法的能力，是二十一世纪的一项重要技能。当一个问题没有令人满意的解决方案时，需要原创性的想法来摆脱次优状况，这时候创造性是必要的。新兴技术可以促进和加强创意的产生，开发这样的数字创意支持工具已经被誉为人机交互领域的一个“巨大挑战”。虚拟现实(VR)为支持创意产生提供了有效途径。VR是对环境的人工三维模拟，并被认为可以使人们的认知过程类似于对真实世界的体验。 VR系统已经在教育、培训和娱乐等不同领域都有应用。然而，对于如何利用VR来支持创意的产生，人们知道的相对较少。研究表明，在不受现实世界物理限制的环境中，VR的灵活性使表达新形式的创造性成为可能。另一些人认为，由于VR对流动体验的影响，VR也可以支持创意的产生，而流动体验包含了诸如沉浸感、享受和扭曲的时间知觉等概念。

      为了有效地支持通过VR产生创造性的想法，监测用户的表现和心理状态是至关重要的。目前，对创意的评估通常是通过自我报告或领域专家的评分来进行的，而这两种测量方法都是非常主观的，而且只能在任务完成后进行。另一种方法是记录创造性任务期间的大脑活动，以检查创造性想法产生的潜在神经生理指标。由于脑电图 (EEG)具有高分辨率以及与VR结合的潜力，特别适合此研究。

2. 方法

2.1 参与者

      21名大学生 (15名女性，6名男性) 参加了本研究。所有参与者没有或很少有VR使用经验。

2.2脑电图记录

使用gNautilus脑电图设备测量大脑活动。根据国际10-20系统，通过16个电极记录EEG信号 (图1) 。在本文中，我们只报告额叶脑区的测量结果 (即F3和F4电极，图2中红色阴影)。记录采样率为每秒250个样本。为了尽量减少噪音，我们采用了48-52Hz的Notch滤波器。

                                                图1 16个电极记录脑电活动

2.3条件

      在这项研究中，参与者先后经历两种实验条件。

   （1）二维屏幕条件。在屏幕条件下，参与者坐在一个分辨率为1920×1080的27英寸显示器前，与屏幕上显示的视频进行互动。参与者能够使用电脑鼠标改变视角和浏览场景，但不能移动或改变他们在视频中的位置。在任务开始之前，脑电图信号被收集在一个基线阶段，参与者观看屏幕上的固定十字。

  （2）3D VR条件。在VR条件下，参与者戴着VR头戴式显示器Oculus Quest) ，观看视频。在三维环境中。同样，参与者不能改变他们在三维环境中的位置，但可以移动从不同的角度观察周五环境。执行任务之前，在VR环境中显示与2D屏幕条件相同的固定十字，以记录受试者在佩戴VR头盔时的基线EEG。在2D屏幕条件下使用视频与在3D VR条件下使用的视频相同。

2.4创造性想法的产生任务

       本研究中使用的任务是从一个问题状态开始的，这个问题以口头方式提出。共涉及两个任务情景，具体内容如下：

      情景1：参与者看到位于两个事贸易村庄中间的森林。参与者需要想出在不破坏森林的情况下实现村庄之间运输的想法。

      情景2：参与者看到了一个岛屿，这个岛上生活着一种稀有的蜥蜴。但由于海平面上升，它们已经濒临灭绝。参与者需要想出拯救蜥蜴免于灭绝的想法。

                                                       图2 测试情景1

2.5 程序

      在研究之前，每个参与者都收到一封信息函，其中有关于实验的设置信息。在签署知情同意书后，提供演示信息。接下来，参与者坐在电脑屏幕前的舒适椅子上，准备进行脑电图记录。实验者将脑电图帽放在参与者的头上，并涂上导电凝胶以提高信号的质量。

2.6评价和分析

       为了评估沉浸式环境对创意产生的影响，我们使用主观和客观的测量方法比较了两种条件 (3D VR与2D屏幕)。在主观测量方面，我们获得了参与者在时空差异、沉浸感和享受方面的得分。沉浸感指的是完全投入到任务中的体验；享受指的是互动的愉悦方面；时空差异指的是扭曲的时间感知和无法记录时间的流逝。对于客观测量，根据有关创造力神经科学的文献，我们对参与者在使用三维VR或二维屏幕进行创意生成任务时，大脑额叶区在α (8-13Hz) 、β (13-30Hz) 和γ (30-45Hz) 频段的EEG信号功率变化进行分析。

       接下来，选择两个额叶电极F3和F4，在每个条件下对这两个通道的时间序列进行分割，以获得“任务前基线“和“创造性任务“用时。使用EEGLAB的spectopo函数分别计算基线和任务历时中目标频段的信号功率。

       然后，对于每个条件下的每个参与者，基线的EEG频段功率减去任务阶段的相应功率。这种基线校正方法的实施是为了解决脑电信号中固有的个体差异，从而分别获得每个受试者的任务诱发的因变量变化。这种方法最终在每个电极 (F3和F4)、每个条件 (3D VR与2D屏幕) 和每个受试者中产生了3个频段的功率值 (α、β、γ)。然后在每个脑电图部位 (即电极) 的每个频段上，分别比较二维屏幕和三维VR条件下的数值。

3. 结果

                                                    图3 参与者感受比较

      与2D屏幕相比，在3D VR中执行创意生成任务时，参与者具有较高的时空分离、沉浸和享受感。

                                                    图4 EEG波段功率分布

      与使用二维屏幕相比，在三维VR中完成想法生成任务时，F3和F4电极位置的β和γ波段活动有明显的增加。