頻繁使用GPS喪失方向感？清華大學陳霓虹：影響或可逆，可通過學習訓練提升

搜狐科技《思想大爆炸——對話科學家》欄目第94期，對話清華大學心理系副教授陳霓虹。

嘉賓簡介：

陳霓虹，清華大學心理系副教授，博士生導師；清華麥戈文腦科學研究院研究員；清華大學仲英青年學者。主要利用心理物理學、腦成像技術(fMRI)、神經調控技術(TMS)、眼動和計算模型探索視覺認知過程（包括感知覺、學習和注意等)。

劃重點：

1. 自身導航能力越弱的個體，內部信息的準確度越低，而外界的導航軟件通常能提供更精確的信息，因此對外部信息的依賴也更強。

2. 理解人的空間導航功能特點有助于設計空間訓練范式，啟發人工智能。

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

4. 人們的導航能力可以通過主動學習和訓練來提升。

5. 不必擔心未來科技對海馬體等結構的影響，個體每天在不同環境中活動，對于前后左右的空間定位已有足夠的訓練。

出品｜搜狐科技

作者｜周錦童

沒有手機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，現如今，智能導航系統已經成為我們日常生活中必不可少的工具，無論是身處陌生的城市還是熟悉的街道，我們都會依賴手機導航。

然而，近日意大利帕多瓦大學的心理學家證實，頻繁使用智能導航系統的人往往對環境的記憶、方向感更差，自身的導航能力也會受損，并且會惡行循環。

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經常用GPS真的會讓我們喪失方向感嗎？控制方向感的器官是什么？負責“導航”功能的組織長期得不到運用會退化嗎？帶著這些問題，搜狐科技對話了清華大學心理學系陳霓虹副教授。

大腦會優先選擇更精準的外部導航，理解空間導航功能有助于啟發人工智能

研究分為實驗類和橫斷調查研究兩部分。前者通過實驗干預改變行為，強調GPS使用對導航能力的單向影響；而后者由被測試者報告GPS使用情況和自身導航能力，以計算兩個變量的相關性?？梢允荊PS使用對個體導航能力的影響，也可以是本身導航能力弱的人容易依賴外部設備。然而，為什么導航能力弱的人更容易依賴外部導航設備，該研究沒有探討。

對此，陳霓虹表示：“我們可以用感知覺整合中的理想觀察者模型來解釋。大腦中每時每刻需要解決的關鍵問題是，在不依賴導航的情況下，如何通過視覺、聽覺、觸覺等信息來定位自身環境?！?/p>

“當我們拾取物品時，大腦會整合來自視覺和觸覺的證據，并忽視無關的證據。當不同信息渠道存在沖突時，會根據每個渠道的可靠性進行整合，以獲得更準確的定位。例如，視覺信息通常更精確，因此我們往往更多依賴視覺?！?/p>

“由于外界的導航軟件通常提供更精確的信息，我們會傾向于依賴外部導航進行判斷；而自身導航能力越弱的個體，由于內部信息的準確度低，對外部信息的依賴也越強?！标惸藓缃忉尩?。

此外，研究還發現，相較于使用紙版地圖或不借助工具的個體，使用GPS導航的個體在自主導航能力上的進步最小。

“有研究表明，倫敦出租車司機的海馬體比一般人群體積更大，且與其駕駛年限成正相關；我們實驗室關于知覺學習的腦可塑性研究也發現，不同通道信息整合生成決策的過程受到個體經驗的影響，訓練會讓表現最佳的腦區在任務決策輸出中占更大權重，這表明后天學習經驗對人腦具有可塑性?！标惸藓缗e例道。

談及研究意義時，陳霓虹表示，關于人在空間知覺導航和學習方面的研究是認知神經科學和人工智能領域的研究熱點。理解人類空間導航功能的特點可以幫助我們設計有效的空間導航訓練范式，并為人工智能帶來啟發。

“比如，最近斯坦福大學的計算機視覺科學家李飛飛就提出了‘3D智能’這一概念，目標是理解與3D世界互動的智能系統，這其中空間感知就是關鍵?！标惸藓缛缡钦f。

海馬體和鄰近腦區如內嗅皮層、壓后皮層在“定向能力”中發揮重要作用

有專家稱，對各種導航設備的依賴，會降低了人們與生俱來的定向能力，但“定向能力”從何而來？

對此，陳霓虹分享了一些重要研究。認知心理學復興的一個重要事件是20世紀中葉大鼠迷宮實驗，Tolman發現，大鼠在學習迷宮后，即便從不同位置出發，也能快速前往食物地點。

由此，科學家開始認為，生物并非僅僅習得了”向左轉”、“向右轉“這類行為主義的簡單刺激-反應聯結，而是在腦中生成了“認知地圖”來引導行動。然而，導航機制的神經基礎究竟在腦中何處，長期以來困擾著科學家。

生物學家Lashley通過毀損大鼠皮層的方式觀察其對大鼠迷宮學習能力的影響。經過20多年的研究，他發現，大鼠學習能力受影響的程度與毀損的部位關系不大，因此認為記憶并不局限于腦的某個部位，而是分布在整個皮層。然而，他忽略了皮層下的腦區核團。

對失憶癥患者H.M.的研究推翻了Lashley的觀點。研究者發現，盡管H.M.在雙側海馬體切除手術后無法記住新的知識，但他仍然能學會某些知覺和動作技巧。由此，認知神經科學家開始認為，海馬體是長時記憶和空間導航的關鍵部位，而不同類型的記憶由不同的腦區負責加工和存儲。

2014年，Keefe和Moser夫婦因在空間定位機制領域的研究獲得諾貝爾生理學獎。他們發現，海馬體中的位置細胞可編碼個體在空間中的位置，而空間中不同地點的相對位置編碼位于內嗅皮層，細胞在不同尺度上形成六邊形網格結構，使空間導航成為可能。

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

也有許多研究人員研究了GPS對人類導航技能的影響。

哈佛醫學院的Louisa Dahmani曾表示：“有了GPS，我們不再需要關注周圍的環境。而使用實體地圖的時候，我們必須密切關注街道名稱和地形，將地圖上看到的東西與周圍的事物，比如橋梁、公園等，聯系起來?！?/p>

陳霓虹認為：“認知心理學的大量研究顯示，長時的記憶編碼中，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幫助記憶；當我們置身于特定環境中，我們記憶的信息也包含著環境中的大量具體線索，甚至當時的天氣、空氣濕度、味道?！?/p>

“因此，在實景中行走建立的3D空間地圖更可能包含豐富的線索，結合海馬體和周邊腦區的位置編碼機制，實現空間導航?！?/p>

此外，陳霓虹提到，GPS導航和個體實景導航還存在對環境編碼是“世界中心視角”還是“自我中心視角”的重要區別。位置細胞和網格細胞等屬于世界中心視角，類似于導航地圖軟件，而實景導航以個體的主觀視角為出發點，屬于自我中心視角。

導航能力受到GPS依賴度的影響是可逆的，通過主動學習訓練可以提高

但我們還是會擔心，如果海馬體等負責“導航”結構長期得不到運用，會不會退化？

對此，陳霓虹解釋道：“用進廢退是法國生物學家拉馬克的經典觀念，但上述研究大多是橫斷研究，跨度長的縱向追蹤還很少，因此，我們還不知道數年或數十年的設備依賴對定向能力退化的影響具體有多大?！?/p>

陳霓虹看來，人們的導航能力受到GPS依賴度的影響是可逆的，是可以通過主動學習訓練來提高的。當然，未來還需要進行嚴格的控制實驗來檢驗這一假設。

此外，她還向搜狐科技分享了Tolman在大鼠迷宮學習研究中的一個有趣的發現。

一組大鼠在初始的學習階段（前10天）走到目標位置不會獲得食物獎賞，相較于每次到達目標位置都獲得食物獎賞的大鼠，這組大鼠對目標位置學習會略慢一些。

但從學習的第11天起，給這組大鼠在目標位置放上食物獎勵，這些經過了自由探索的大鼠的正確率有著突飛猛進的變化。

“通過這個實驗，我們可以看出，自由探索和好奇心可能對我們的學習和空間認知都非常關鍵?！标惸藓缯f。

圖片來自陳霓虹講授的《認知心理學》《學習和神經網絡》一章

最后，許多網友關心，我們是否應該減少對GPS的使用？

陳霓虹認為：“即便存在影響，也不用擔心，畢竟我們每天還是在不同的環境中行動，對于前后左右的空間定位已有足夠的訓練?！?/p>

“此外，有學者認為，海馬體及其相關的空間編碼細胞不僅可以編碼三維空間地圖，還適用于語義和情景記憶等抽象認知地圖的信息加工?；蛟S，當海馬體中更多的神經元從導航功能中解放出來后，它將更多地參與其他抽象信息的處理?！?/p>