频繁使用GPS丧失方向感？清华大学陈霓虹：影响或可逆，可通过学习训练提升

搜狐科技《思想大爆炸——对话科学家》栏目第94期，对话清华大学心理系副教授陈霓虹。

嘉宾简介：

陈霓虹，清华大学心理系副教授，博士生导师；清华麦戈文脑科学研究院研究员；清华大学仲英青年学者。主要利用心理物理学、脑成像技术(fMRI)、神经调控技术(TMS)、眼动和计算模型探索视觉认知过程（包括感知觉、学习和注意等)。

划重点：

1. 自身导航能力越弱的个体，内部信息的准确度越低，而外界的导航软件通常能提供更精确的信息，因此对外部信息的依赖也更强。

2. 理解人的空间导航功能特点有助于设计空间训练范式，启发人工智能。

3. 海马体及其邻近脑区，如内嗅皮层、压后皮层等，在三维空间位置编码中均发挥重要作用。

4. 人们的导航能力可以通过主动学习和训练来提升。

5. 不必担心未来科技对海马体等结构的影响，个体每天在不同环境中活动，对于前后左右的空间定位已有足够的训练。

出品｜搜狐科技

作者｜周锦童

没有手机你还能找到回家的路吗？

相信有许多朋友的回答是“NO！”。的确如此，现如今，智能导航系统已经成为我们日常生活中必不可少的工具，无论是身处陌生的城市还是熟悉的街道，我们都会依赖手机导航。

然而，近日意大利帕多瓦大学的心理学家证实，频繁使用智能导航系统的人往往对环境的记忆、方向感更差，自身的导航能力也会受损，并且会恶行循环。

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经常用GPS真的会让我们丧失方向感吗？控制方向感的器官是什么？负责“导航”功能的组织长期得不到运用会退化吗？带着这些问题，搜狐科技对话了清华大学心理学系陈霓虹副教授。

大脑会优先选择更精准的外部导航，理解空间导航功能有助于启发人工智能

研究分为实验类和横断调查研究两部分。前者通过实验干预改变行为，强调GPS使用对导航能力的单向影响；而后者由被测试者报告GPS使用情况和自身导航能力，以计算两个变量的相关性。可以是GPS使用对个体导航能力的影响，也可以是本身导航能力弱的人容易依赖外部设备。然而，为什么导航能力弱的人更容易依赖外部导航设备，该研究没有探讨。

对此，陈霓虹表示：“我们可以用感知觉整合中的理想观察者模型来解释。大脑中每时每刻需要解决的关键问题是，在不依赖导航的情况下，如何通过视觉、听觉、触觉等信息来定位自身环境。”

“当我们拾取物品时，大脑会整合来自视觉和触觉的证据，并忽视无关的证据。当不同信息渠道存在冲突时，会根据每个渠道的可靠性进行整合，以获得更准确的定位。例如，视觉信息通常更精确，因此我们往往更多依赖视觉。”

“由于外界的导航软件通常提供更精确的信息，我们会倾向于依赖外部导航进行判断；而自身导航能力越弱的个体，由于内部信息的准确度低，对外部信息的依赖也越强。”陈霓虹解释道。

此外，研究还发现，相较于使用纸版地图或不借助工具的个体，使用GPS导航的个体在自主导航能力上的进步最小。

“有研究表明，伦敦出租车司机的海马体比一般人群体积更大，且与其驾驶年限成正相关；我们实验室关于知觉学习的脑可塑性研究也发现，不同通道信息整合生成决策的过程受到个体经验的影响，训练会让表现最佳的脑区在任务决策输出中占更大权重，这表明后天学习经验对人脑具有可塑性。”陈霓虹举例道。

谈及研究意义时，陈霓虹表示，关于人在空间知觉导航和学习方面的研究是认知神经科学和人工智能领域的研究热点。理解人类空间导航功能的特点可以帮助我们设计有效的空间导航训练范式，并为人工智能带来启发。

“比如，最近斯坦福大学的计算机视觉科学家李飞飞就提出了‘3D智能’这一概念，目标是理解与3D世界互动的智能系统，这其中空间感知就是关键。”陈霓虹如是说。

海马体和邻近脑区如内嗅皮层、压后皮层在“定向能力”中发挥重要作用

有专家称，对各种导航设备的依赖，会降低了人们与生俱来的定向能力，但“定向能力”从何而来？

对此，陈霓虹分享了一些重要研究。认知心理学复兴的一个重要事件是20世纪中叶大鼠迷宫实验，Tolman发现，大鼠在学习迷宫后，即便从不同位置出发，也能快速前往食物地点。

由此，科学家开始认为，生物并非仅仅习得了”向左转”、“向右转“这类行为主义的简单刺激-反应联结，而是在脑中生成了“认知地图”来引导行动。然而，导航机制的神经基础究竟在脑中何处，长期以来困扰着科学家。

生物学家Lashley通过毁损大鼠皮层的方式观察其对大鼠迷宫学习能力的影响。经过20多年的研究，他发现，大鼠学习能力受影响的程度与毁损的部位关系不大，因此认为记忆并不局限于脑的某个部位，而是分布在整个皮层。然而，他忽略了皮层下的脑区核团。

对失忆症患者H.M.的研究推翻了Lashley的观点。研究者发现，尽管H.M.在双侧海马体切除手术后无法记住新的知识，但他仍然能学会某些知觉和动作技巧。由此，认知神经科学家开始认为，海马体是长时记忆和空间导航的关键部位，而不同类型的记忆由不同的脑区负责加工和存储。

2014年，Keefe和Moser夫妇因在空间定位机制领域的研究获得诺贝尔生理学奖。他们发现，海马体中的位置细胞可编码个体在空间中的位置，而空间中不同地点的相对位置编码位于内嗅皮层，细胞在不同尺度上形成六边形网格结构，使空间导航成为可能。

“研究证据显示，海马体和临近脑区，如内嗅皮层和压后皮层，在三维空间位置编码中发挥着重要作用。”陈霓虹说。

也有许多研究人员研究了GPS对人类导航技能的影响。

哈佛医学院的Louisa Dahmani曾表示：“有了GPS，我们不再需要关注周围的环境。而使用实体地图的时候，我们必须密切关注街道名称和地形，将地图上看到的东西与周围的事物，比如桥梁、公园等，联系起来。”

陈霓虹认为：“认知心理学的大量研究显示，长时的记忆编码中，线索的丰富程度有助于记忆提取。”

“比如，相较于单纯的背诵词表，将词造句或生成图像会帮助记忆；当我们置身于特定环境中，我们记忆的信息也包含着环境中的大量具体线索，甚至当时的天气、空气湿度、味道。”

“因此，在实景中行走建立的3D空间地图更可能包含丰富的线索，结合海马体和周边脑区的位置编码机制，实现空间导航。”

此外，陈霓虹提到，GPS导航和个体实景导航还存在对环境编码是“世界中心视角”还是“自我中心视角”的重要区别。位置细胞和网格细胞等属于世界中心视角，类似于导航地图软件，而实景导航以个体的主观视角为出发点，属于自我中心视角。

导航能力受到GPS依赖度的影响是可逆的，通过主动学习训练可以提高

但我们还是会担心，如果海马体等负责“导航”结构长期得不到运用，会不会退化？

对此，陈霓虹解释道：“用进废退是法国生物学家拉马克的经典观念，但上述研究大多是横断研究，跨度长的纵向追踪还很少，因此，我们还不知道数年或数十年的设备依赖对定向能力退化的影响具体有多大。”

陈霓虹看来，人们的导航能力受到GPS依赖度的影响是可逆的，是可以通过主动学习训练来提高的。当然，未来还需要进行严格的控制实验来检验这一假设。

此外，她还向搜狐科技分享了Tolman在大鼠迷宫学习研究中的一个有趣的发现。

一组大鼠在初始的学习阶段（前10天）走到目标位置不会获得食物奖赏，相较于每次到达目标位置都获得食物奖赏的大鼠，这组大鼠对目标位置学习会略慢一些。

但从学习的第11天起，给这组大鼠在目标位置放上食物奖励，这些经过了自由探索的大鼠的正确率有着突飞猛进的变化。

“通过这个实验，我们可以看出，自由探索和好奇心可能对我们的学习和空间认知都非常关键。”陈霓虹说。

图片来自陈霓虹讲授的《认知心理学》《学习和神经网络》一章

最后，许多网友关心，我们是否应该减少对GPS的使用？

陈霓虹认为：“即便存在影响，也不用担心，毕竟我们每天还是在不同的环境中行动，对于前后左右的空间定位已有足够的训练。”

“此外，有学者认为，海马体及其相关的空间编码细胞不仅可以编码三维空间地图，还适用于语义和情景记忆等抽象认知地图的信息加工。或许，当海马体中更多的神经元从导航功能中解放出来后，它将更多地参与其他抽象信息的处理。”