物體位置與空間關(guān)系的心理表征|表征物體剛性的物理量

　　摘要 外界環(huán)境中物體位置與空間關(guān)系在記憶中如何表征，一直是空間認(rèn)知研究領(lǐng)域探討和爭論的熱點(diǎn)問題。該文從空間表征的參照框架、朝向特異性、組織結(jié)構(gòu)和存儲內(nèi)容四個(gè)方面，系統(tǒng)回顧了近年來對空間表征形成機(jī)制與內(nèi)在特征的理論探討。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步討論了當(dāng)前空間表征研究中存在的生態(tài)效度問題，以及以后將虛擬環(huán)境技術(shù)引入到空間認(rèn)知研究中的發(fā)展趨勢。
　　關(guān)鍵詞 空間表征，空間參照系，朝向特異性，路徑知識表征，結(jié)構(gòu)知識表征。
　　分類號 B842
　　
　　物體位置與空間關(guān)系在記憶中的心理表征，已經(jīng)日益成為當(dāng)前許多學(xué)科關(guān)注的熱點(diǎn)問題。深入理解外界環(huán)境信息形成空間表征的認(rèn)知機(jī)制與特征，不僅可以增進(jìn)對人腦空間記憶和空間巡航能力的認(rèn)識，而且在城市交通與應(yīng)急逃生系統(tǒng)的規(guī)劃、復(fù)雜人機(jī)系統(tǒng)交互界面的設(shè)計(jì)，以及智能機(jī)器人自主巡航系統(tǒng)的開發(fā)等方面也有著重大的應(yīng)用價(jià)值。
　　近年來，隨著功能磁共振成像（fMRI）和虛擬現(xiàn)實(shí)（virtual reality, VR）技術(shù)的應(yīng)用，人們對空間表征的研究逐漸從認(rèn)知行為表現(xiàn)[1~3]延伸到神經(jīng)生理水平[4,5]，研究范圍也從簡單的實(shí)驗(yàn)室人工環(huán)境[6,7]逐步擴(kuò)展到較為復(fù)雜的自然環(huán)境（如校園、公園和城市等）[8]和虛擬環(huán)境 [3,4,9]。研究視角涵蓋了空間表征的參照框架、朝向特異性、組織結(jié)構(gòu)、表征形式、存儲內(nèi)容、機(jī)器模擬以及神經(jīng)機(jī)制等各個(gè)方面。本文將從其中四個(gè)重要方面，系統(tǒng)回顧近年來對物體位置與空間關(guān)系的心理表征的探討與爭論，并對其進(jìn)行簡單評價(jià)。然后，在總結(jié)已有空間表征研究的主要輪廓與初步結(jié)論的基礎(chǔ)上，結(jié)合當(dāng)前研究中存在的相關(guān)問題，對以后空間表征研究的趨勢進(jìn)行了簡單的討論。
　　
　　1 空間表征的參照框架：自我參照系表征與環(huán)境參照系表征
　　環(huán)境中物體的位置和空間關(guān)系總是相對于特定空間參照框架（如經(jīng)緯度坐標(biāo)系、笛卡兒坐標(biāo)系或者極坐標(biāo)系等）來確定的，空間記憶中物體位置與空間關(guān)系的心理表征也同樣需要選擇特定的空間參照系。Klatzky[10]和Newcombe[11]將表征物體位置與空間關(guān)系的參照框架分成兩類：自我參照系統(tǒng)和環(huán)境參照系統(tǒng)。在自我參照系表征（egocentric representation）中，物體的位置是相對于觀察者（如眼睛、頭和軀體等）來表征的，隨著觀察者的運(yùn)動，空間表征也在不斷的更新。而在環(huán)境參照系表征（allocentric representation）中，物體的位置是相對于環(huán)境中其他物體（如標(biāo)志性建筑、主要道路等）來表征的。自我參照系表征強(qiáng)調(diào)物體的位置表征是瞬間的而且不斷更新的，物體之間空間關(guān)系不是直接表征在記憶中，而是通過物體相對于觀察者的位置計(jì)算出來的。環(huán)境參照系表征則認(rèn)為，物體位置與空間關(guān)系都被表征在記憶中，而且是持久和穩(wěn)定的。
　　Wang和Spelke認(rèn)為，物體位置在記憶中是以自我參照系來表征的[2,12]。在其中一項(xiàng)系列實(shí)驗(yàn)研究中，被試首先學(xué)習(xí)房間中六個(gè)物體的位置，然后分別在自主轉(zhuǎn)動、迷向（disorientation）和重新定向（reorientation）條件下完成物體位置指向任務(wù)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與自主轉(zhuǎn)動和重新定向條件相比，被試在迷向情況下對物體空間結(jié)構(gòu)關(guān)系的提取準(zhǔn)確性明顯變差。他們由此認(rèn)為被試形成的是基于自我參照系的空間表征，因?yàn)樵谧灾鬟\(yùn)動過程中，被試可以較為準(zhǔn)確的更新物體相對于自己的位置表征。而在迷向情況下，這種動態(tài)更新過程因?yàn)樽晕页�向感的喪失而中斷，因此被試不能再依靠動態(tài)更新的自我參照系表征來完成位置指向任務(wù)，從而造成指向錯(cuò)誤和物體空間結(jié)構(gòu)關(guān)系錯(cuò)誤（configuration error）的增加。關(guān)于物體與環(huán)境參照系的關(guān)系，雖然他們認(rèn)為個(gè)體可以形成對環(huán)境幾何信息（environmental geometry）的表征，而且這種表征對于重新定向非常重要[13]，但他們卻認(rèn)為個(gè)體并沒有形成相對于環(huán)境參照系的物體之間空間關(guān)系的表征。
　　在對半側(cè)忽略癥（hemisphere neglect）病人的實(shí)驗(yàn)研究中，也發(fā)現(xiàn)了支持物體位置自我參照系表征的證據(jù)。比如，某些類型的半側(cè)忽略病人總是忽略（覺察不到）其左側(cè)的物體，但其對左右空間的劃分卻是隨著頭、眼睛或者身體的轉(zhuǎn)動而相應(yīng)變化 [14]。Graziano等人也發(fā)現(xiàn)，在額葉腹側(cè)前運(yùn)動區(qū)存在著基于肢體的空間信息參照框架。在這個(gè)框架中，視覺―觸覺雙模神經(jīng)元的視覺感受野隨著肢體或面部的移動而相應(yīng)變化[15]。這表明，至少在知覺層次上，存在著以自我為參照系的空間表征。
　　McNamara及其同事的研究則認(rèn)為，環(huán)境中物體位置與空間關(guān)系是以環(huán)境本身的內(nèi)在參照系（intrinsic frames of reference）來表征的[1,16~18]。Mou和McNamara的研究成功地分離了場景本身的內(nèi)在參照系與觀察者視線對物體位置與空間關(guān)系表征的影響，提供了個(gè)體可以形成非自我中心的（non-egocentric）空間表征的實(shí)驗(yàn)證據(jù)[16]。Shelton和McNamara的研究則系統(tǒng)考察了影響內(nèi)在參照系選擇的因素，如整體與局部環(huán)境信息、觀察視角、學(xué)習(xí)順序等[1]。Mou和McNamara等人的最近研究則進(jìn)一步表明，與環(huán)境中物體位置和相互空間關(guān)系的心理表征一樣，觀察者自身的位置和朝向也是相對于內(nèi)在參照系來表征的[18]。除非遇到更為明顯和突出的新的內(nèi)在參照系，已經(jīng)形成的空間表征是不會隨著人的自主運(yùn)動而更新的。關(guān)于物體相對于觀察者的空間關(guān)系，他們認(rèn)為這種空間關(guān)系僅在知覺水平（perceptual level）表征，以幫助個(gè)體完成實(shí)時(shí)空間任務(wù)（如抓握東西、避開障礙物等），但在沒有知覺支持或主動復(fù)述（rehearsal）時(shí)會很快消退。Werner和Schmidt的工作也表明，在大范圍自然環(huán)境中，物體位置也是以環(huán)境的內(nèi)在參照系來表征的。在他們的實(shí)驗(yàn)中，被試對標(biāo)志性建筑物位置的表征是基于街道網(wǎng)絡(luò)（street grids）而非自我中心朝向的[8]。
　　物體位置與空間關(guān)系相對于環(huán)境參照系來表征，也獲得了認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)研究的實(shí)驗(yàn)支持。如在Ekstrom等的研究中，結(jié)合虛擬環(huán)境和單細(xì)胞記錄技術(shù)，他們發(fā)現(xiàn)，只要被試到達(dá)虛擬城市中的特定位置，集結(jié)于海馬和海馬旁回的“位置神經(jīng)元”（place cells）就會有劇烈放電反應(yīng)，而且不受被試面朝哪個(gè)方向的影響[19]。Burgess和O’Keef高度評價(jià)了這個(gè)研究發(fā)現(xiàn)，并將其作為有力證據(jù)來支持物體位置和空間關(guān)系是基于環(huán)境參照系表征的認(rèn)知地圖（cognitive map）理論[20]。
　　外界環(huán)境中物體的位置與相互空間關(guān)系在記憶中究竟以自我參照系表征還是以環(huán)境本身的內(nèi)在參照系表征的，目前仍然存在著理論爭論。Newcombe認(rèn)為[11]，自我中心參照系表征在沒有較多感覺信息輸入的特殊情況下（如在黑暗環(huán)境中或者沒有區(qū)別性特征的環(huán)境中）優(yōu)于環(huán)境參照系表征；但當(dāng)環(huán)境特征信息存在并可以被感知到的情況下，環(huán)境參照系表征要優(yōu)于自我參照系表征。因?yàn)椋�自我參照系表征有兩個(gè)難以克服的弱點(diǎn)，一是物體空間關(guān)系是通過物體相對于觀察者的表征計(jì)算出來的，而不是象環(huán)境參照系表征那樣直接存貯在空間記憶之中，因而更易于出現(xiàn)錯(cuò)誤；另一點(diǎn)是自我參照系表征不如環(huán)境參照系表征那樣穩(wěn)定和持久，從而可以允許個(gè)體在較長的時(shí)間范圍內(nèi)（如數(shù)月或數(shù)年后）恢復(fù)和提取物體位置與空間關(guān)系的信息。另外，表征的目的性，如用于空間巡航（spatial navigation）還是用于引導(dǎo)動作行為（action guidance），以及表征的環(huán)境尺度等可能都會影響空間記憶中不同參照框架的選擇。
　　
　　2 空間表征的朝向特異性：朝向獨(dú)立性表征與朝向依賴性表征
　　空間表征的朝向特異性（orientation specificity），指的是環(huán)境中物體的位置和空間關(guān)系的心理表征是否具有特定的優(yōu)勢朝向。針對這個(gè)問題，不同研究者分別提出了空間表征獨(dú)立于朝向（orientation-free）和空間表征依賴于朝向（orientation-specific）兩種觀點(diǎn)。前者認(rèn)為表征環(huán)境中物體位置的空間參照系是沒有特定朝向的，空間表征中的信息可以在任意朝向上被同等程度的提取和通達(dá)[3,21,22]；后者則提出環(huán)境中客體之間的空間關(guān)系是表征在特定朝向空間參照系之中的，在不同的提取朝向上，空間表征中的信息提取和通達(dá)的程度不同，空間表征本身存在著提取更為準(zhǔn)確、通達(dá)更為迅速的優(yōu)勢朝向[1,7,17]。
　　Presson及其同事較早提出了空間表征的朝向特異性問題，并且提供了空間表征獨(dú)立于朝向的實(shí)驗(yàn)證據(jù)[21]。在實(shí)驗(yàn)中，他們首先讓被試學(xué)習(xí)簡單路徑，然后讓被試站在四個(gè)標(biāo)志地點(diǎn)中的一點(diǎn)上，面向或背對著初始學(xué)習(xí)朝向，判斷其他標(biāo)志地點(diǎn)的位置。結(jié)果表明，被試的判斷準(zhǔn)確性在兩種提取朝向上沒有差別。Presson等人據(jù)此認(rèn)為，被試可以通過單一視角學(xué)習(xí)形成不依賴于特定朝向的空間表征。Sholl和同事也在復(fù)雜的控制條件下觀察到了空間表征獨(dú)立于朝向的實(shí)驗(yàn)證據(jù)，并進(jìn)一步在其自我―物體關(guān)系表征（self-to-object system）和物體―物體關(guān)系表征（object-to-object system）雙系統(tǒng)模型中提出，基于環(huán)境參照系的物體―物體關(guān)系表征是不依賴于特定朝向的[22]。
　　Sun等人最近利用沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（immersive VR）得到了虛擬環(huán)境中物體位置表征獨(dú)立于朝向的實(shí)驗(yàn)證據(jù)[3]。他們讓被試沿著虛擬建筑中的走廊記憶標(biāo)志性物體在虛擬環(huán)境中的位置，然后在虛擬走廊中的特定位置讓被試面向或背對初始學(xué)習(xí)朝向，判斷不同標(biāo)志物體的位置。結(jié)果與Presson等人一致，被試的判斷成績并不受其在虛擬環(huán)境中的提取朝向的影響。
　　另一方面，物體位置與空間關(guān)系的心理表征依賴于特定朝向的觀點(diǎn)近年來得到了越來越多的實(shí)驗(yàn)證據(jù)的支持。早期的實(shí)驗(yàn)證據(jù)主要來自Reiser的經(jīng)典研究[6]，他發(fā)現(xiàn)當(dāng)想象朝向與學(xué)習(xí)朝向一致時(shí)，被試提取空間信息比兩者不一致時(shí)更為準(zhǔn)確和迅速。對于Presson等人的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，McNamara認(rèn)為其難以被重復(fù)，并且提供了一系列支持空間表征依賴于特定朝向的實(shí)驗(yàn)證據(jù)[17]。這些實(shí)驗(yàn)證據(jù)表明：個(gè)體對實(shí)驗(yàn)室人工路徑與物體布局的表征[1,7]，對大尺度自然環(huán)境中物體位置與空間關(guān)系的表征[8]，對非視覺輸入的物體空間信息的表征[23]，對單一與多朝向經(jīng)驗(yàn)下的物體位置的空間表征[1]等都是依賴于特定朝向的。在Shelton和McNamara的實(shí)驗(yàn)[1]中，被試從兩個(gè)相差135度的觀察視線學(xué)習(xí)矩形房間中物體的位置，然后完成相對位置判斷任務(wù)，結(jié)果只有與房間結(jié)構(gòu)一致的學(xué)習(xí)朝向被表征。在與房間結(jié)構(gòu)不一致的學(xué)習(xí)朝向上，被試的判斷準(zhǔn)確性明顯低于在和房間結(jié)構(gòu)一致的學(xué)習(xí)朝向上的成績，而且與未曾學(xué)習(xí)的新穎朝向上的判斷成績沒有差別。在其實(shí)驗(yàn)七中，即使在沒有外界參照線索的條件下從多個(gè)觀察視角學(xué)習(xí)物體的位置，被試仍然沒有形成獨(dú)立于朝向的空間表征，而是形成了依賴于初始觀察朝向的心理表征。
　　King 等人的研究則為物體位置與空間關(guān)系的心理表征依賴于特定朝向的觀點(diǎn)提供了認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)研究的支持性證據(jù)[5]。在其實(shí)驗(yàn)中，具有記憶障礙癥狀的被試Jon對虛擬場景中物體位置的記憶成績，在學(xué)習(xí)與測試視角轉(zhuǎn)換的條件下（shifted viewpoint）明顯差于在相同視角條件下（same viewpoint）的成績。King 等人認(rèn)為Jon受到損傷的海馬組織是造成這種差異的原因，并進(jìn)而提出海馬是完成空間表征中視點(diǎn)朝向轉(zhuǎn)換的神經(jīng)基礎(chǔ)。
　　目前來看，更多的實(shí)驗(yàn)證據(jù)是支持空間表征依賴于特定朝向的觀點(diǎn)的。但這一觀點(diǎn)要成為確定性的結(jié)論還必須加以調(diào)整，以使其可以同時(shí)解釋上述不同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。McNamara及其同事提出的空間表征依賴于內(nèi)在參照系的理論，為該問題的解決提供了一個(gè)較好的嘗試。因?yàn)橹С挚臻g表征獨(dú)立于朝向的實(shí)驗(yàn)證據(jù)大多來自被試在兩個(gè)相對朝向上的相同表現(xiàn)，而這兩個(gè)朝向則是內(nèi)在參照系中同一參照軸的兩個(gè)方向。如果物體位置與空間關(guān)系是以環(huán)境本身的內(nèi)在參照系來表征的話，被試在同一內(nèi)在軸向上有相同表現(xiàn)也不能被看作是支持表征獨(dú)立于朝向的實(shí)驗(yàn)證據(jù)。另外，由于環(huán)境本身的內(nèi)在參照系很多（如顏色、形狀等物理屬性構(gòu)成的參照系，物體的重要性或者物體之間意義聯(lián)系構(gòu)成的參照系，以及單純的空間幾何結(jié)構(gòu)信息構(gòu)成的參照系等），不同參照系之間內(nèi)在軸的朝向（優(yōu)勢朝向）也不相同，空間表征最終以哪些方向作為優(yōu)勢朝向仍然是需要進(jìn)一步探討的問題。
　　
　　3 空間表征的組織結(jié)構(gòu)：層級性表征與分離性表征
　　局部環(huán)境（如臥室、街區(qū)、城市等）的空間表征，通過一定的結(jié)構(gòu)方式才整合成為可以指導(dǎo)個(gè)體空間活動的完整空間知識。空間表征在記憶中究竟如何組織，才能同時(shí)兼顧知識存儲的認(rèn)知經(jīng)濟(jì)性和空間信息提取的靈活有效性。早期的研究一致認(rèn)為空間表征是按層級性結(jié)構(gòu)（hierarchical organization）整合在一起的[24]。即環(huán)境中不同尺度范圍或者不同地理單元的信息是按層級來表征的，越是細(xì)節(jié)的空間信息被表征在越低的層級上。對小范圍環(huán)境的低層次表征，隸屬于對包含它的大范圍環(huán)境的高層級表征，不同層級表征之間存在著直接的聯(lián)系，類似概念表征的層次網(wǎng)絡(luò)模型。但也有研究者認(rèn)為，空間表征是相對獨(dú)立（independent）和分離（fragmented）的。新形成的物體位置與空間關(guān)系的心理表征未必被整合在已經(jīng)形成的空間表征中，不同表征之間（如不同地理單元環(huán)境信息的表征，先后獲得的環(huán)境信息的空間表征等）并不必然存在直接的聯(lián)系[25]。
　　Ferguson和Hegarty[26]以及Taylor和Tversky[27]分別給出實(shí)驗(yàn)證據(jù)表明，從文本描述和觀察地圖中形成的空間表征是按層級性結(jié)構(gòu)組織起來的。如在Taylor和Tversky的實(shí)驗(yàn)中，被試分別帶著重新畫圖或者給別人描述的任務(wù)學(xué)習(xí)地圖上不同物體的空間位置關(guān)系，然后在測驗(yàn)中讓被試同時(shí)完成兩個(gè)任務(wù)[27]。對被試在畫圖和描述任務(wù)中物體的回憶順序進(jìn)行樹狀圖式分析表明，不同區(qū)域物體的空間信息具有明顯的組塊（chunking）或會聚（clustering）效應(yīng)，顯示出層級性表征的特征。而且這種層級性表征以類似的模式出現(xiàn)在畫圖和描述任務(wù)中。Voicu則從計(jì)算神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究途徑，給出了空間表征按照層級性組織的證據(jù)[28]。他們建立的基于層級性組織的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，不僅很好的擬合了McNamara等人[24]的行為實(shí)驗(yàn)結(jié)果，還很好的預(yù)測了距離判斷任務(wù)受表征層級結(jié)構(gòu)影響的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。即跨層級物體間的距離易被高估，而同一層級內(nèi)物體間的距離總被相對低估。這都說明空間記憶中環(huán)境信息的心理表征受其層級結(jié)構(gòu)的影響。
　　而Wang等人則發(fā)現(xiàn)，被試可以很容易的形成對新環(huán)境的精確空間表征，但卻沒有將其與已經(jīng)形成的空間表征整合在一起[25]。而且，他們還發(fā)現(xiàn)，個(gè)體不能同時(shí)追蹤兩個(gè)不同層級環(huán)境表征（如房間中不同物體與大樓中的不同房間）。在此基礎(chǔ)上，Wang等人認(rèn)為不同環(huán)境表征之間并不存在直接的相互聯(lián)系，而是相對獨(dú)立和分離的。隨著個(gè)體位置的不斷變化，實(shí)時(shí)（on-line）的空間表征通過轉(zhuǎn)換（switching）過程不斷的被更新。個(gè)體通達(dá)某一層級表征的同時(shí)，也便失去了對另一層級表征的追蹤。
　　在他們的視角轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)中[29]，被試首先學(xué)習(xí)相臨層級環(huán)境中物體的位置（如辦公室內(nèi)的不同物體與大樓內(nèi)的不同辦公室），然后分別在相同環(huán)境內(nèi)轉(zhuǎn)換視角和不同環(huán)境間轉(zhuǎn)換視角兩種條件下，完成物體相對位置判斷任務(wù)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，被試在不同環(huán)境間轉(zhuǎn)換視角條件下做出正確判斷的反應(yīng)顯著的快于同一環(huán)境內(nèi)視角轉(zhuǎn)換條件下的判斷反應(yīng)。而且，不管是從低層級轉(zhuǎn)到高層級空間表征還是從高層級轉(zhuǎn)到低層級空間表征，反應(yīng)模式并不受影響。這也是與層級性表征觀點(diǎn)的理論預(yù)測相沖突的。因?yàn)榘凑諏蛹壉碚饔^點(diǎn)，高層級表征中采用的視角對低層級表征中的視角選擇應(yīng)該具有直接的影響作用。在關(guān)于空間表征更新的研究中，Wang和Brokemole也發(fā)現(xiàn)，被試不能同時(shí)更新自己周圍不同層級的多重環(huán)境（nested environments）的空間表征[30]。以上結(jié)果使Wang和同事認(rèn)為，空間表征在記憶中是相對分離的，表征的通達(dá)更多的依賴于個(gè)體當(dāng)前的位置與任務(wù)。
　　從以上回顧可以看出，支持空間表征按層級性結(jié)構(gòu)組織起來的實(shí)驗(yàn)證據(jù)，多來自從語言描述、地圖學(xué)習(xí)或者對人工環(huán)境學(xué)習(xí)記憶后形成的空間表征。而支持環(huán)境空間信息分離性表征的實(shí)驗(yàn)證據(jù)，則多是對個(gè)體直接經(jīng)歷或者比較熟悉的自然環(huán)境形成的空間表征進(jìn)行的研究。因而，熟悉性與學(xué)習(xí)方式是否也會對空間表征的組織結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，是值得進(jìn)一步探究的問題。另外，支持雙方觀點(diǎn)的證據(jù)來自不同的測試范式，這也是在考察空間表征的組織結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)該剔除的影響因素。因?yàn)樵诃h(huán)境中對個(gè)體可以直接知覺到的環(huán)境表征進(jìn)行測試，與在實(shí)驗(yàn)室對個(gè)體想象或者回憶的環(huán)境表征進(jìn)行測試具有很大差別。前者更容易受到知覺因素的干擾，而影響對記憶表征測試的純粹性。盡管目前多數(shù)研究者認(rèn)為個(gè)體對局部環(huán)境表征的組織具有層級性特征，但不同層級之間是否具有必然的直接聯(lián)系與影響，以及同一層級內(nèi)不同表征之間如何轉(zhuǎn)換，仍需要更深入的探討才能解答。
　　
　　4 空間表征的存儲內(nèi)容：路徑知識表征與結(jié)構(gòu)知識表征
　　根據(jù)形成空間表征的存儲信息及其知識來源的不同，空間表征可以分為路徑知識表征（route knowledge）和結(jié)構(gòu)知識表征（survey or configuration knowledge）兩種[31]。路徑知識表征主要來源于個(gè)體在環(huán)境中的直接經(jīng)驗(yàn)，儲存的是個(gè)體直接經(jīng)歷過的標(biāo)志物序列和與之相關(guān)的身體轉(zhuǎn)向信息（如先沿某條路直行，然后在某個(gè)交叉路口向左轉(zhuǎn)等）。路徑知識表征對個(gè)體在熟悉環(huán)境中運(yùn)動的導(dǎo)航非常有效，但較為刻板，因?yàn)椴辉诠潭�路徑上的�?biāo)志物之間的空間關(guān)系要通過計(jì)算才能獲得，所以不能很好的支持對新路徑或者捷徑的導(dǎo)航。而結(jié)構(gòu)知識表征則主要來源于地圖學(xué)習(xí)與文本描述，儲存的是外界環(huán)境的空間拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)信息（topographic properties）和不同標(biāo)志物之間的相互空間關(guān)系，仿佛存在于大腦中的“地圖”。與路徑知識表征不同，結(jié)構(gòu)知識表征中不同路徑和標(biāo)志物之間的位置信息和空間關(guān)系是可以被直接提取的，因而較為靈活，對個(gè)體在新穎環(huán)境中的導(dǎo)航更為有效。
　　路徑知識表征與結(jié)構(gòu)知識表征存儲著不同類型的空間信息，不僅積累了大量行為研究的實(shí)驗(yàn)證據(jù)，也得到了近年來腦功能成像研究的實(shí)驗(yàn)支持。行為研究方面，如Rossano等人讓被試通過學(xué)習(xí)地圖或者直接游歷來記憶環(huán)境中物體的位置與空間關(guān)系信息，然后進(jìn)行多種空間定向與空間推理任務(wù)測試[32]，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，兩者在執(zhí)行不同空間任務(wù)時(shí)存在著明顯的行為模式差異。直接游歷組被試在路徑距離估計(jì)、路徑尋找等任務(wù)上成績顯著好于地圖學(xué)習(xí)組，而地圖學(xué)習(xí)組被試則在直線距離估計(jì)、標(biāo)志物空間定向等任務(wù)上好于直接游歷組。腦神經(jīng)機(jī)制方面，Shelton和Gabrili的研究[33]和Mellet等人的工作[34]則分別從空間信息的編碼和提取階段上觀察到了兩種知識表征激活不同腦區(qū)的實(shí)驗(yàn)證據(jù)。如Mellet等人通過想象游歷任務(wù)，讓被試回憶先前通過直接游覽或者地圖學(xué)習(xí)獲得的空間知識，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在兩種學(xué)習(xí)條件下右側(cè)海馬都有參與，但直接游覽組的被試還激活了雙側(cè)的海馬旁回，而地圖學(xué)習(xí)組則沒有。
　　另一方面，在直接巡航經(jīng)歷是否可以形成結(jié)構(gòu)知識表征，以及空間表征是否遵循從路徑知識表征到結(jié)構(gòu)知識表征的發(fā)展順序上，目前仍然存在著分歧與爭論。盡管有大量研究表明，長時(shí)間的游歷經(jīng)驗(yàn)可以形成類似于地圖學(xué)習(xí)的結(jié)構(gòu)知識表征，但Moser卻提供了相反的證據(jù)[31]。他們在實(shí)驗(yàn)中要求被試?yán)L制其非常熟悉的環(huán)境的示意圖，結(jié)果發(fā)現(xiàn)沒有人可以準(zhǔn)確繪制出環(huán)境的布局圖，超過50%的物體被放在錯(cuò)誤的位置上。最近，F(xiàn)oo等人則根據(jù)被試在虛擬環(huán)境中尋路時(shí)有規(guī)律的（甚至是錯(cuò)誤的）依賴于標(biāo)志物的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，認(rèn)為個(gè)體并不能通過直接的游歷形成表征物體空間關(guān)系的認(rèn)知地圖，即單純的路徑整合策略（path integration）并不能讓被試形成結(jié)構(gòu)知識表征[9]。Bennett則提出擯棄認(rèn)知地圖概念的想法[35]，因?yàn)橐延械闹С终J(rèn)知地圖的實(shí)驗(yàn)證據(jù)都不能排除使用標(biāo)志物再認(rèn)（landmark recognition）等簡單機(jī)制的可能性。因此，個(gè)體究竟是通過其穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)知識表征，還是通過相對固定的外在標(biāo)志物序列來進(jìn)行空間導(dǎo)航或者發(fā)現(xiàn)新路徑的，還需要進(jìn)一步研究才能給出解答。
　　另外，環(huán)境范圍的尺度大小也可能會影響空間記憶中形成的是結(jié)構(gòu)知識表征還是路徑知識表征。因?yàn)�，對于較大范圍的環(huán)境，其空間信息多來自于翻閱地圖或文本描述；而對于可直接交互與直接巡航的小范圍環(huán)境，個(gè)體空間表征則更多來自于直接經(jīng)驗(yàn)。個(gè)體怎樣完成從直接巡航得到的路徑知識表征到更為靈活的結(jié)構(gòu)知識表征的轉(zhuǎn)變，目前還了解不多。雖然有研究表明，兒童空間表征的發(fā)展遵循從標(biāo)志物記憶到路徑知識表征再到結(jié)構(gòu)知識表征的發(fā)展框架，但也有證據(jù)表明，對成人被試來說，兩種空間表征在形成和發(fā)展上具有一定的相互獨(dú)立性。而且，個(gè)體在自然狀態(tài)下，對同一種環(huán)境往往有不止一種的空間信息來源（如地圖、直接經(jīng)驗(yàn)、空中俯瞰以及他人描述等等），各種不同來源的空間信息在空間記憶中如何相互作用以影響空間表征的形成，也是一個(gè)值得探討的問題。
　　
　　5 小結(jié)與展望
　　外界環(huán)境中物體的位置與空間關(guān)系在記憶中如何表征，一直是空間認(rèn)知研究領(lǐng)域備受關(guān)注的熱點(diǎn)問題。近年來，涉及空間表征參照框架、朝向特異性、組織結(jié)構(gòu)、表征形式、存儲內(nèi)容以及神經(jīng)機(jī)制等方面的大量研究，進(jìn)一步豐富和深化了人們對空間表征基本屬性的認(rèn)識和理解。但是，就上述爭論而言，目前要得出關(guān)于空間表征的整合和統(tǒng)一的觀點(diǎn)還很困難。
　　從已有實(shí)驗(yàn)證據(jù)來看，試圖將環(huán)境中物體位置與空間關(guān)系表征在單一參照框架內(nèi)的努力面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。因?yàn)椴徽撌窃谛袨樗�平還是認(rèn)知神經(jīng)機(jī)制研究中，都是既有證據(jù)支持存在感知―運(yùn)動水平上的自我參照系表征，也有證據(jù)支持長時(shí)記憶水平上的環(huán)境參照系表征，兩者涉及不同的腦區(qū)（如額葉腹側(cè)前運(yùn)動區(qū)和海馬），而且可能受到不同任務(wù)指向性（如協(xié)調(diào)動作與空間導(dǎo)航）的影響。在空間表征的朝向特異性上，支持空間表征獨(dú)立于朝向的實(shí)驗(yàn)證據(jù)正逐漸被空間表征依賴于朝向的新觀點(diǎn)所容納和解釋，而且相對缺乏腦神經(jīng)機(jī)制研究的支持。因而，個(gè)體對位置和空間關(guān)系的表征可能更類似于對物體或形狀的表征，是依賴于特定的朝向的。外界參照環(huán)境、自我視線以及環(huán)境本身的內(nèi)在參照系都會影響這種優(yōu)勢朝向的選取。在空間表征的組織結(jié)構(gòu)上，個(gè)體對從語言、地圖以及直接觀察物體場景中獲得的空間表征都表現(xiàn)出了明顯的層級結(jié)構(gòu)關(guān)系，并且在計(jì)算機(jī)模擬中得到了進(jìn)一步支持。但不同層級之間是否有直接聯(lián)系，以及同一層級內(nèi)部不同表征的轉(zhuǎn)換問題，仍然需要更深入的研究才能解答。在空間表征的存儲內(nèi)容上，個(gè)體表征的是路徑知識還是結(jié)構(gòu)知識，可能受到目的指向性、空間信息來源（地圖還是直接經(jīng)驗(yàn)）以及環(huán)境熟悉性等因素的影響。大量證據(jù)表明地圖學(xué)習(xí)是結(jié)構(gòu)知識表征的重要條件，而直接游歷則容易形成較好的路徑知識表征。Harteley等人最近的研究也發(fā)現(xiàn)，人基于路徑知識和基于結(jié)構(gòu)知識的空間巡航活動是分別由尾狀核（caudate）和海馬（hippocampus）負(fù)責(zé)的[36]。但直接的游歷經(jīng)驗(yàn)是否必然讓個(gè)體形成類似地圖的結(jié)構(gòu)知識表征仍然是一個(gè)等待解答的問題。
　　應(yīng)當(dāng)指出的是，注重實(shí)驗(yàn)研究的生態(tài)效度（ecological validity）和注重行為與腦神經(jīng)機(jī)制的整合，已經(jīng)成為當(dāng)前空間認(rèn)知研究的主要趨勢。生態(tài)效度方面，雖然已有研究中也有研究者使用了大尺度的自然環(huán)境（如城市、公園或者校園），但更多的研究結(jié)論則來自于嚴(yán)格控制的實(shí)驗(yàn)室研究。行為與腦神經(jīng)機(jī)制整合方面，功能磁共振成像和事件相關(guān)電位（ERP）等常用研究手段則對被試身體運(yùn)動有著較為嚴(yán)格的限制，這使探討自然狀態(tài)下空間表征的認(rèn)知神經(jīng)機(jī)制變得相對比較困難。對此，Loomis[37]和Tar（2002）等人[38]提出，使用高度仿真的虛擬環(huán)境技術(shù)，可以在逼真模擬自然環(huán)境的同時(shí)對其進(jìn)行有效的主動控制，進(jìn)而同時(shí)實(shí)現(xiàn)空間認(rèn)知研究的生態(tài)效度和控制性功能。目前，這一主張正在得到越來越多的研究者的支持和國際權(quán)威科學(xué)雜志的認(rèn)可。Maguuire[4]和Ekstrom等人[19]將腦成像、電生理技術(shù)與虛擬環(huán)境相結(jié)合的經(jīng)典工作，無疑為空間表征研究開拓了全新的研究范式和廣闊的研究前景。
　　
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