方向感的认知加工机制 摘要 方向感是一种定位当前位置、确定前往目的地的方向及选择相应路线的能力，方向感与人们的生活息息相关方向感的认知加工包括外部信息输入、内部表征建立和信息整合三个过程, 综合方向感的各加工过程的研究结果形成的方向感认知结构模型将有助于研究者全面认识其加工机制大脑是实现方向感加工的载体, 当前对方向感神经机制的研究主要有正常人的行为实验、脑成像研究以及脑损伤病人研究三方面, 根据这三方面的研究总结得出的神经网络结构清楚地展示了方向感在大脑中的加工过程关键词 方向感 ；认知加工；空间表征；认知地图等1 引言人 的 运 动 有 赖 于 对 空 间 的 认 识 ， 当 到 一 个 陌 生 的 地 方 与 城 市 ， 是 对 方向 感 有 更 深 刻 的 理 解 与 认 知 的 ， 当 没 有 了 方 向 感 ， 我 们 不 能 在 错 综 复 杂 的地 形 和 纵 横 交 错 的 道 路 中 找 到 回 家 的 路 , 在 商 铺 林 立 的 街 道 中 根 据 路 标 找到 目 标 商 铺 的 位 置 , 也 就 不 能 根 据 地 图 在 陌 生 的 城 市 旅 行 。
缺 乏 方 向 感 ，会 让 我 们 从 心 里 上 感 觉 无 可 适 从 ； 方 向 感 发 展 不 良 的 孩 子 ， 可 能 会 出 现 抄写 左 右 颠 倒 ， 部 首 张 冠 李 戴 等 问 题 方 向 感 取 决 于 大 脑 对 一 个 空 间 的 第 一 认 识 ，也 就 是 要 具 备 良 好 的 方 向 感 ， 如 果 没 有 身 体 活 动 的 空 间 ， 那 么 运 动 现 象 也 就 无 从 产 生 同 时 学 习 作 为 一 种 知 觉 活 动 ， 也 需 要 对 空 间 关 系 的 发 展 有 深 刻 的 体 验 方 向 感 对 人们 的 日 常 生 活 和 科 技 发 展 都 有 显 著 的 影 响 ,研 究 它 不 仅 能 使 我 们 更 好 地 了 解人 类 方 向 感 的 基 础 成 分 、 加 工 过 程 和 神 经 机 制 , 而 且 也 能 进 一 步 推 进 空 间导 航 的 研 究 与 相 关 技 术 的 开 发 , 从 而 促 进 现 代 科 技 的 发 展 和 指 导 城 市 规 划 , 最 终 提 高 国 民 生 活 质 量 。
因 此 , 方 向 感 的 研 究 日 益 受 到 重 视 ,已 成 为 认 知 心理 学 、 神 经 科 学 、 地 理 学 以 及 人 工 智 能 等 领 域 的 重 要 课 题 迄 今 , 认 知 心 理 学 对 方 向 感 的 研 究 已 取 得 了 大 量 成 果 认 知 心 理 学 家 采用 信 息 加 工 的 观 点 对 方 向 感 本 身 的 结 构 和 过 程 进 行 研 究 , 揭 示 了 方 向 感 的心 理 表 征 , 即 空 间 信 息 如 何 被 获 得 、 储 存 、 加 工 及 使 用 所 以 ， 本 文 将 根据 方 向 感 受 损 病 人 的 研 究 、 正 常 人 的 脑 成 像 研 究 及 行 为 学 方 面 的 考 察 , 从人 类 认 知 系 统 中 空 间 信 息 的 输 入 通 道 、 空 间 关 系 的 表 征 以 及 空 间 信 息 的 整 合三 个 方 面 入 手 , 深 入 探 讨 方 向 感 的 心 理 过 程 及 其 对 应 的 神 经 机 制 , 并 通 过总 结 比 较 方 向 感 个 体 差 异 的 研 究 和 环 境 、 训 练 、 遗 传 等 对 方 向 感 的 作 用 来 进一 步 探 寻 方 向 感 的 决 定 因 素 , 为 将 来 的 研 究 提 供 一 些 思 路 。
2 方 向 感 的 研 究方 向 感 是 一 种 定 位 当 前 位 置 和 选 择 前 往 目 的 地 的 路 线 及 方 向 的 能 力 , 包 括 对 路 标 的 辨 认 和 记 忆 即 对 空 间 地 点 的 表 征 , 对 路 标 间 的 空 间 关 系 的 辨认 和 记 忆 即 对 空 间 关 系 的 表 征 , 以 及 对 这 些 表 征 的 整 合 进 而 确 定 自 己 位 置 和将 要 行 动 的 朝 向 它 是 一 种 复 杂 的 心 理 过 程 ， 涉 及 感 知 觉 、 注 意 、 学 习 记忆 和 思 维 决 策 2.1 方 向 感 的 组 成 因 素科 学 家 通 过 问 卷 调 查 发 现 方 向 感 包 括 方 向 意 识 和 空 间 记 忆 两 个 主 要 因素 方 向 意 识 ， 即 对 方 向 的 意 识 ， 它不是一个抽象的孤立的意识体，而是人们对于自己周围的环境及环境认知过程在思想上的反映，包括认知过程的一切意识要素和观念形态对 东 西 南 北 的 辨 别 认 知 能 力 空间记忆（Spatial memory）指记忆中负责记录环境信息和空间方位的部分。
比如人熟悉一个城市的地理规划就需要空间记忆，老鼠能在迷宫里找到食物也需要空间记忆，一般认为，人或动物的空间记忆被总结在一张感知地图上2.2 方 向 感 的 个 体 差 异不 同 个 体 对 方 向 的 感 知 能 力 不 同 ， 主 要 表 现 在 现 为 复 杂 环 境 中 的 原 路返 回 、 对 沿 途 风 景 或 路 标 的 再 认 、 对 地 形 的 描 绘 、 对 路 途 距 离 的 估 计 及 对 视野 外 目 的 地 方 向 的 指 认 等 能 力 的 差 异 等 实 验 发 现 :方 向 感 好 的 人 在 某 一路 线 上 行 走 几 次 后 , 就 能 准 确 地 回 忆 起 路 标 和 路 标 间 的 相 对 位 置 , 而 方 向感 差 的 个 体 则 往 往 需 要 更 多 的 努 力 和 更 多 次 的 熟 悉 线 路 才 能 记 住 路 线 方向 感 好 的 人 能 够 很 好 地 形 成 一 个 关 于 环 境 的 认 知 地 图 , 并 能 选 择 一 个 正 确的 行 走 方 向 , 如 向 南 或 向 北 ; 而 方 向 感 较 差 的 人 则 往 往 可 能 是 以 自 己 为 参 照来 建 构 周 围 环 境 的 空 间 关 系 , 如 自 己 的 左 侧 或 右 侧 , 于 是 在 其 他 线 索 缺 乏的 情 况 下 , 就 很 难 根 据 自 己 的 上 下 左 右 来 确 定 自 己 再 坏 境 中 的 位 置 。
3 方 向 感 的 内 部 加 工 机 制外 界 信 息 的 输 入 , 个 体 通 过 视 觉 和 (或 )本 体 感 觉 接 受 外 部 信 息 ; 然 后是 形 成 内 部 表 征 , 即 由 不 同 的 脑 区 对 输 入 的 信 息 进 行 加 工 形 成 对 路 标 的 记 忆和 对 运 动 路 径 的 记 忆 , 并 根 据 这 些 路 标 和 路 径 的 记 忆 在 大 脑 不 同 区 域 形 成 不同 的 空 间 关 系 的 表 征 ; 最 后 这 些 表 征 会 投 射 到 更 高 级 的 脑 区 如 联 合 区 , 并由 这 些 区 域 进 行 整 合 , 以 供 个 体 获 得 方 位 和 朝 向 的 信 息 、 采 取 合 适 的 行 动 其 中 , 内 部 表 征 有 三 种 形 式 ： 最 基 本 的 表 征 是 关 于 路 标 信 息 的 表 征 , 即 对显 著 的 、 有 路 标 作 用 建 筑 物 进 行 表 征 , 并 通 过 该 建 筑 来 引 导 个 体 的 朝 向 和路 线 ; 第 二 种 是 自 我 参 照 表 征 ， 即 以 自 我 位 置 为 参 照 标 准 来 认 识 环 境 , 物 体 位 置 是 相 对 于 观 察 者 自 己 (如 眼 睛 、 头 和 躯 体 等 )来 表 征 的 ; 另 一 种 表征 则 为 环 境 参 照 表 征 即 物 体 位 置 是 相 对 于 环 境 中 其 他 物 体 (如 标 志 性 建 筑 、主 要 道 路 等 )来 表 征 的 。
根 据 方 向 感 的 定 义 和 方 向 感 的 内 部 加 工 过 程 表 征 及 外 在 的 行 为 表 现 , 可 知 方 向 感 主 要 体 现 为 表 征 空 间 关 系 和 辨 认 、 识 记 路 标 两 种 方 式 , 所 以 我们 把 方 向 感 分 解 为 空 间 关 系 的 加 工 和 路 标 信 息 的 加 工 这 两 个 认 知 过 程 进 行 研究 空 间 关 系 加 工 可 以 通 过 对 个 体 环 境 参 照 表 征 和 自 我 参 照 表 征 的 测 查 来 研究 , 路 标 信 息 加 工 则 可 以 通 过 对 个 体 路 标 识 别 和 记 忆 能 力 的 测 量 来 考 核 这样 就 能 设 计 相 应 的 行 为 实 验 对 空 间 关 系 和 路 标 信 息 分 别 进 行 测 量 , 并 综 合测 试 研 究 结 果 从 而 全 面 考 察 方 向 感 基 于 该 模 型 , 我 们 可 以 对 不 同 个 体 的方 向 感 进 行 研 究 , 并 能 具 体 分 析 个 体 的 每 一 个 加 工 过 程 , 更 好 地 理 解 方 向感 以 及 认 识 个 体 差 异 , 从 而 科 学 地 为 个 体 设 计 相 应 的 方 向 感 训 练 策 略 。
4 方 向 感 的 神 经 机 制近 年 来 ， 随 着 脑 成 像 和 神 经 电 生 理 技 术 的 出 现 和 发 展 , 直 接 观 察 到 大脑 的 活 动 , 从 而 能 更 好 地 研 究 方 向 感 的 内 部 加 工 机 制 利 用 脑 成 像 核 磁 共振 现 象 研 究 者 发 现 了 大 脑 的 海 马 旁 回 中 有 一 个 特 定 区 域 对 空 间 场 景 有 较 强 的选 择 性 ,随 后 又 发 现 了 包 括 旁 海 马 回 在 内 , 压 后 皮 层 后 顶 叶 和 内 侧 顶 叶 等 大 脑 区 域 在 完 成 方 向 感 务 时 都 有 较 强 的 激 活 在 电 生 理 方 面 研究 者 发 现 在 老 鼠 丘 脑 中 存 在 对 个 体 朝 向 有 特 异 性 反 应 的 朝 向 神 经 元 ， 海 马中 存 在 着 对 空 间 位 置 信 息 具 有 特 异 性 反 应 的 位 置 神 经 元 ;其 大 脑 的 内 嗅 皮 层中 也 发 现 了 支 持 空 间 地 图 表 征 的 微 观 神 经 生 理 础 。
运 用 颅 内 时 间 相 关 电 位与 虚 拟 现 实 技 术 , 在 人 脑 中 记 录 到 了 位 置 和 朝 向 两 种 神 经 元 的 特 异 性 活 动 这 些 对 动 物 和 人 类 的 研 究 极 大 地 推 进 了 人 们 对 空 间 认 知 的 神 经 机 制 的 理 解 同 时 ， 对 特 定 认 知 功 能 受 损 的 脑 损 伤 病 人 的 研 究 也 是 我 们 了 解 认 知 过 程的 神 经 机 制 的 一 个 有 效 渠 道 近 年 来 , 对 方 向 感 严 重 受 损 的 病 人 的 研 究 极大 地 促 进 了 对 空 间 认 知 的 神 经 机 制 的 探 索 正 如 前 文 所 述 ， 方 向 感 是 一 个复 杂 的 过 程 , 包 括 感 知 觉 、 注 意 、 学 习 、 记 忆 和 思 维 等 过 程 , 任 何 一 个 加工 过 程 的 损 坏 都 可 能 导 致 空 间 方 向 的 迷 失 , 即 日 常 生 活 中 所 谓 的 迷 路 。