搜狐科技《思想大爆炸——對(duì)話科學(xué)家》欄目第94期，對(duì)話清華大學(xué)心理系副教授陳霓虹。

嘉賓簡(jiǎn)介：

陳霓虹，清華大學(xué)心理系副教授，博士生導(dǎo)師；清華麥戈文腦科學(xué)研究院研究員；清華大學(xué)仲英青年學(xué)者。主要利用心理物理學(xué)、腦成像技術(shù)(fMRI)、神經(jīng)調(diào)控技術(shù)(TMS)、眼動(dòng)和計(jì)算模型探索視覺(jué)認(rèn)知過(guò)程（包括感知覺(jué)、學(xué)習(xí)和注意等)。

劃重點(diǎn)：

1. 自身導(dǎo)航能力越弱的個(gè)體，內(nèi)部信息的準(zhǔn)確度越低，而外界的導(dǎo)航軟件通常能提供更精確的信息，因此對(duì)外部信息的依賴(lài)也更強(qiáng)。

2. 理解人的空間導(dǎo)航功能特點(diǎn)有助于設(shè)計(jì)空間訓(xùn)練范式，啟發(fā)人工智能。

3. 海馬體及其鄰近腦區(qū)，如內(nèi)嗅皮層、壓后皮層等，在三維空間位置編碼中均發(fā)揮重要作用。

4. 人們的導(dǎo)航能力可以通過(guò)主動(dòng)學(xué)習(xí)和訓(xùn)練來(lái)提升。

5. 不必?fù)?dān)心未來(lái)科技對(duì)海馬體等結(jié)構(gòu)的影響，個(gè)體每天在不同環(huán)境中活動(dòng)，對(duì)于前后左右的空間定位已有足夠的訓(xùn)練。

出品｜搜狐科技

作者｜周錦童

沒(méi)有手機(jī)你還能找到回家的路嗎？

相信有許多朋友的回答是“NO！”。的確如此，現(xiàn)如今，智能導(dǎo)航系統(tǒng)已經(jīng)成為我們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚墓ぞ撸瑹o(wú)論是身處陌生的城市還是熟悉的街道，我們都會(huì)依賴(lài)手機(jī)導(dǎo)航。

然而，近日意大利帕多瓦大學(xué)的心理學(xué)家證實(shí)，頻繁使用智能導(dǎo)航系統(tǒng)的人往往對(duì)環(huán)境的記憶、方向感更差，自身的導(dǎo)航能力也會(huì)受損，并且會(huì)惡行循環(huán)。

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經(jīng)常用GPS真的會(huì)讓我們喪失方向感嗎？控制方向感的器官是什么？負(fù)責(zé)“導(dǎo)航”功能的組織長(zhǎng)期得不到運(yùn)用會(huì)退化嗎？帶著這些問(wèn)題，搜狐科技對(duì)話了清華大學(xué)心理學(xué)系陳霓虹副教授。

大腦會(huì)優(yōu)先選擇更精準(zhǔn)的外部導(dǎo)航，理解空間導(dǎo)航功能有助于啟發(fā)人工智能

研究分為實(shí)驗(yàn)類(lèi)和橫斷調(diào)查研究?jī)刹糠帧Ｇ罢咄ㄟ^(guò)實(shí)驗(yàn)干預(yù)改變行為，強(qiáng)調(diào)GPS使用對(duì)導(dǎo)航能力的單向影響；而后者由被測(cè)試者報(bào)告GPS使用情況和自身導(dǎo)航能力，以計(jì)算兩個(gè)變量的相關(guān)性?？梢允荊PS使用對(duì)個(gè)體導(dǎo)航能力的影響，也可以是本身導(dǎo)航能力弱的人容易依賴(lài)外部設(shè)備。然而，為什么導(dǎo)航能力弱的人更容易依賴(lài)外部導(dǎo)航設(shè)備，該研究沒(méi)有探討。

對(duì)此，陳霓虹表示：“我們可以用感知覺(jué)整合中的理想觀察者模型來(lái)解釋。大腦中每時(shí)每刻需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題是，在不依賴(lài)導(dǎo)航的情況下，如何通過(guò)視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)等信息來(lái)定位自身環(huán)境?！?/p>

“當(dāng)我們拾取物品時(shí)，大腦會(huì)整合來(lái)自視覺(jué)和觸覺(jué)的證據(jù)，并忽視無(wú)關(guān)的證據(jù)。當(dāng)不同信息渠道存在沖突時(shí)，會(huì)根據(jù)每個(gè)渠道的可靠性進(jìn)行整合，以獲得更準(zhǔn)確的定位。例如，視覺(jué)信息通常更精確，因此我們往往更多依賴(lài)視覺(jué)?！?/p>

“由于外界的導(dǎo)航軟件通常提供更精確的信息，我們會(huì)傾向于依賴(lài)外部導(dǎo)航進(jìn)行判斷；而自身導(dǎo)航能力越弱的個(gè)體，由于內(nèi)部信息的準(zhǔn)確度低，對(duì)外部信息的依賴(lài)也越強(qiáng)。”陳霓虹解釋道。

此外，研究還發(fā)現(xiàn)，相較于使用紙版地圖或不借助工具的個(gè)體，使用GPS導(dǎo)航的個(gè)體在自主導(dǎo)航能力上的進(jìn)步最小。

“有研究表明，倫敦出租車(chē)司機(jī)的海馬體比一般人群體積更大，且與其駕駛年限成正相關(guān)；我們實(shí)驗(yàn)室關(guān)于知覺(jué)學(xué)習(xí)的腦可塑性研究也發(fā)現(xiàn)，不同通道信息整合生成決策的過(guò)程受到個(gè)體經(jīng)驗(yàn)的影響，訓(xùn)練會(huì)讓表現(xiàn)最佳的腦區(qū)在任務(wù)決策輸出中占更大權(quán)重，這表明后天學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)對(duì)人腦具有可塑性。”陳霓虹舉例道。

談及研究意義時(shí)，陳霓虹表示，關(guān)于人在空間知覺(jué)導(dǎo)航和學(xué)習(xí)方面的研究是認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)和人工智能領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。理解人類(lèi)空間導(dǎo)航功能的特點(diǎn)可以幫助我們?cè)O(shè)計(jì)有效的空間導(dǎo)航訓(xùn)練范式，并為人工智能帶來(lái)啟發(fā)。

“比如，最近斯坦福大學(xué)的計(jì)算機(jī)視覺(jué)科學(xué)家李飛飛就提出了‘3D智能’這一概念，目標(biāo)是理解與3D世界互動(dòng)的智能系統(tǒng)，這其中空間感知就是關(guān)鍵?！标惸藓缛缡钦f(shuō)。

海馬體和鄰近腦區(qū)如內(nèi)嗅皮層、壓后皮層在“定向能力”中發(fā)揮重要作用

有專(zhuān)家稱(chēng)，對(duì)各種導(dǎo)航設(shè)備的依賴(lài)，會(huì)降低了人們與生俱來(lái)的定向能力，但“定向能力”從何而來(lái)？

對(duì)此，陳霓虹分享了一些重要研究。認(rèn)知心理學(xué)復(fù)興的一個(gè)重要事件是20世紀(jì)中葉大鼠迷宮實(shí)驗(yàn)，Tolman發(fā)現(xiàn)，大鼠在學(xué)習(xí)迷宮后，即便從不同位置出發(fā)，也能快速前往食物地點(diǎn)。

由此，科學(xué)家開(kāi)始認(rèn)為，生物并非僅僅習(xí)得了”向左轉(zhuǎn)”、“向右轉(zhuǎn)“這類(lèi)行為主義的簡(jiǎn)單刺激-反應(yīng)聯(lián)結(jié)，而是在腦中生成了“認(rèn)知地圖”來(lái)引導(dǎo)行動(dòng)。然而，導(dǎo)航機(jī)制的神經(jīng)基礎(chǔ)究竟在腦中何處，長(zhǎng)期以來(lái)困擾著科學(xué)家。

生物學(xué)家Lashley通過(guò)毀損大鼠皮層的方式觀察其對(duì)大鼠迷宮學(xué)習(xí)能力的影響。經(jīng)過(guò)20多年的研究，他發(fā)現(xiàn)，大鼠學(xué)習(xí)能力受影響的程度與毀損的部位關(guān)系不大，因此認(rèn)為記憶并不局限于腦的某個(gè)部位，而是分布在整個(gè)皮層。然而，他忽略了皮層下的腦區(qū)核團(tuán)。

對(duì)失憶癥患者H.M.的研究推翻了Lashley的觀點(diǎn)。研究者發(fā)現(xiàn)，盡管H.M.在雙側(cè)海馬體切除手術(shù)后無(wú)法記住新的知識(shí)，但他仍然能學(xué)會(huì)某些知覺(jué)和動(dòng)作技巧。由此，認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)家開(kāi)始認(rèn)為，海馬體是長(zhǎng)時(shí)記憶和空間導(dǎo)航的關(guān)鍵部位，而不同類(lèi)型的記憶由不同的腦區(qū)負(fù)責(zé)加工和存儲(chǔ)。

2014年，Keefe和Moser夫婦因在空間定位機(jī)制領(lǐng)域的研究獲得諾貝爾生理學(xué)獎(jiǎng)。他們發(fā)現(xiàn)，海馬體中的位置細(xì)胞可編碼個(gè)體在空間中的位置，而空間中不同地點(diǎn)的相對(duì)位置編碼位于內(nèi)嗅皮層，細(xì)胞在不同尺度上形成六邊形網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，使空間導(dǎo)航成為可能。

“研究證據(jù)顯示，海馬體和臨近腦區(qū)，如內(nèi)嗅皮層和壓后皮層，在三維空間位置編碼中發(fā)揮著重要作用?！标惸藓缯f(shuō)。

也有許多研究人員研究了GPS對(duì)人類(lèi)導(dǎo)航技能的影響。

哈佛醫(yī)學(xué)院的Louisa Dahmani曾表示：“有了GPS，我們不再需要關(guān)注周?chē)沫h(huán)境。而使用實(shí)體地圖的時(shí)候，我們必須密切關(guān)注街道名稱(chēng)和地形，將地圖上看到的東西與周?chē)氖挛?，比如橋梁、公園等，聯(lián)系起來(lái)?！?/p>

陳霓虹認(rèn)為：“認(rèn)知心理學(xué)的大量研究顯示，長(zhǎng)時(shí)的記憶編碼中，線索的豐富程度有助于記憶提取?！?/p>

“比如，相較于單純的背誦詞表，將詞造句或生成圖像會(huì)幫助記憶；當(dāng)我們置身于特定環(huán)境中，我們記憶的信息也包含著環(huán)境中的大量具體線索，甚至當(dāng)時(shí)的天氣、空氣濕度、味道。”

“因此，在實(shí)景中行走建立的3D空間地圖更可能包含豐富的線索，結(jié)合海馬體和周邊腦區(qū)的位置編碼機(jī)制，實(shí)現(xiàn)空間導(dǎo)航?！?/p>

此外，陳霓虹提到，GPS導(dǎo)航和個(gè)體實(shí)景導(dǎo)航還存在對(duì)環(huán)境編碼是“世界中心視角”還是“自我中心視角”的重要區(qū)別。位置細(xì)胞和網(wǎng)格細(xì)胞等屬于世界中心視角，類(lèi)似于導(dǎo)航地圖軟件，而實(shí)景導(dǎo)航以個(gè)體的主觀視角為出發(fā)點(diǎn)，屬于自我中心視角。

導(dǎo)航能力受到GPS依賴(lài)度的影響是可逆的，通過(guò)主動(dòng)學(xué)習(xí)訓(xùn)練可以提高

但我們還是會(huì)擔(dān)心，如果海馬體等負(fù)責(zé)“導(dǎo)航”結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期得不到運(yùn)用，會(huì)不會(huì)退化？

對(duì)此，陳霓虹解釋道：“用進(jìn)廢退是法國(guó)生物學(xué)家拉馬克的經(jīng)典觀念，但上述研究大多是橫斷研究，跨度長(zhǎng)的縱向追蹤還很少，因此，我們還不知道數(shù)年或數(shù)十年的設(shè)備依賴(lài)對(duì)定向能力退化的影響具體有多大?！?/p>

陳霓虹看來(lái)，人們的導(dǎo)航能力受到GPS依賴(lài)度的影響是可逆的，是可以通過(guò)主動(dòng)學(xué)習(xí)訓(xùn)練來(lái)提高的。當(dāng)然，未來(lái)還需要進(jìn)行嚴(yán)格的控制實(shí)驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)這一假設(shè)。

此外，她還向搜狐科技分享了Tolman在大鼠迷宮學(xué)習(xí)研究中的一個(gè)有趣的發(fā)現(xiàn)。

一組大鼠在初始的學(xué)習(xí)階段（前10天）走到目標(biāo)位置不會(huì)獲得食物獎(jiǎng)賞，相較于每次到達(dá)目標(biāo)位置都獲得食物獎(jiǎng)賞的大鼠，這組大鼠對(duì)目標(biāo)位置學(xué)習(xí)會(huì)略慢一些。

但從學(xué)習(xí)的第11天起，給這組大鼠在目標(biāo)位置放上食物獎(jiǎng)勵(lì)，這些經(jīng)過(guò)了自由探索的大鼠的正確率有著突飛猛進(jìn)的變化。

“通過(guò)這個(gè)實(shí)驗(yàn)，我們可以看出，自由探索和好奇心可能對(duì)我們的學(xué)習(xí)和空間認(rèn)知都非常關(guān)鍵。”陳霓虹說(shuō)。

圖片來(lái)自陳霓虹講授的《認(rèn)知心理學(xué)》《學(xué)習(xí)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)》一章

最后，許多網(wǎng)友關(guān)心，我們是否應(yīng)該減少對(duì)GPS的使用？

陳霓虹認(rèn)為：“即便存在影響，也不用擔(dān)心，畢竟我們每天還是在不同的環(huán)境中行動(dòng)，對(duì)于前后左右的空間定位已有足夠的訓(xùn)練?！?/p>

“此外，有學(xué)者認(rèn)為，海馬體及其相關(guān)的空間編碼細(xì)胞不僅可以編碼三維空間地圖，還適用于語(yǔ)義和情景記憶等抽象認(rèn)知地圖的信息加工。或許，當(dāng)海馬體中更多的神經(jīng)元從導(dǎo)航功能中解放出來(lái)后，它將更多地參與其他抽象信息的處理?！?/p>