方向感的加工机制及影响因素(1)
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，与人们的日常生活和国家航空航天事业的发展有着密切联系。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。方向感的发生和发展受到了先天遗传和后天环境的影响，因此了解方向感的遗传基础是了解其加工机制的关键之一。遗传影像学近来取得的重大进展推动了基因、大脑和行为研究的结合，这将是未来方向感加工机制研究的主要方向之一。
关键词 方向感；认知地图：空间表征；遗传影像学
分类号 B842
1 引言
, 百拇医药
一百年前，人类拥有了第一架飞机；一百年后，人类拥有了整个天空，并开始向外太空延展我们的足迹。我国继载人飞船成功发射后，正在为“天宫一号”空间站的建立积极地进行准备——预计在“天宫一号”发射之后，将相继发射神舟飞船，与“天宫一号”实现空间对接。这项事业，不仅仅是回应人类探索外世界的好奇心，而且也是对一个国家的科学技术和经济实力的挑战。在这个挑战中，我国心理学家必须就其所涉及的认知能力展开细致深入的研究，其中核心的认知能力之一就是方向感。例如，宇航员升空执行任务之前必须在天象仪室中熟悉星空图，找出自己将要飞行的路线，一旦载人飞船的自动导航系统出现故障，宇航员就必须自己操控，必须迅速地根据直接感知或仪表显示来判断自身所在的方位、外部客体的位置以及自己与外部世界的空间关系，并且在头脑中迅速形成自身当前状态的正确表象从而快速准确地操控飞船。这种及时形成空间表征并根据方向感采取相应飞行措施的能力，是选拔和训练宇航员的关键。另一方面，如何根据人类方向感的认知特点，合理设计空间站的布局，也需要心理学研究的支持。
方向感的重要性不仅体现在航空航天中，它与我们的日常生活也息息相关。例如，怎样在错综复杂的地形和纵横交错的道路中找到回家的路。怎样在商铺林立的街道中根据路标找到目标商铺的位置，怎样根据地图在陌生的城市旅行等等。因此，车站、机场、商场、住宅小区等建筑的设计规划都应参照人类方向感的特征。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(牟炜民，赵民涛，李晓鸥，2006；赵民涛，2006)。
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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、加工和使用。近年来随着研究技术的发展，研究者们将脑成像、单细胞记录等技术引入到认知心理学中，发现了方向感的诸多心理过程的神经基础。所以，本文将主要关注认知心理学方面的研究，特别是应用脑成像等技术取得的一些最新成果。但值得注意的是，虽然心理学家们对方向感开展了大量研究，许多重要的问题至今仍然没有好的答案。例如，个体如何表征周围环境的位置信息、环境中特定路标的信息及环境的内在空间结构信息，个体空间表征的形成是由哪些因素决定并怎样受各因素的调节。
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。
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2 方向感的认知结构
方向感，顾名思义，就是对当前方向的感知和确定，常常与对所处位置的确认及对周围环境关系的确定有关，主要体现为对行进线索的辨认、对所处方位的记忆以及对周围环境的认知，并调整自己以适应外界环境来获取自己的方位。早在1873年，Darwin就提出了方向感这一概念。至此以后，越来越多的科研人员开始了对方向感的研究，并尝试对方向感的概念进行精确定义，其中最具有代表性的就是1977年Kozlowski和Bryant这两位心理学先驱提出的定义：“对现阶段所处位置的意识及通过周围环境的关系来确定自己所在位置的方向的能力”。
从这个定义出发，后续研究者对于方向感的研究主要集中在以下四个方面：第一类是关注和研究方向感的组成因素，比如Takeachi(1992)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，进而通过对方向感的因素分析来更具体地研究方向感的组成因素；第二类研究把方向感作为一种基本的人格特质或恒定的空间能力进行测量，主要是通过问卷量表来判定个体的差异，如圣塔芭芭拉方向感问卷(the Santa Barbara Sense of Direction Scale，SBSOD)(Hegarty，Richardson，Montello，Lovelace，& Subbiah，2002)；第三类是研究空间环境中方向感的具体行为表现，通过实地的行为实验发现不同个体的方向感的行为表现存在显著差异，具体表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(comell，Sorenson，&Mio，2003；Li，2007)；第四类是神经机制的研究，借助fMRI等脑成像技术来探寻方向感的加工脑区，从而揭示方向感的内在表征(Epstein，Higgins，& Thompson-Schill，2005；Ohnishi，Matsuda，Hirakata，& Ugawa，2006；Wolbers，Hegarty,Buchel，& Loomis，2008)。
前人对方向感的定义和已有研究结果均表明方向感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。具体而言，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。这里，我们认为方向感的内部加工过程可以分为三个主要阶段：先是外界信息的输入，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
, 百拇医药(许 琴 罗 宇 刘 嘉)
关键词 方向感；认知地图：空间表征；遗传影像学
分类号 B842
1 引言
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一百年前，人类拥有了第一架飞机；一百年后，人类拥有了整个天空，并开始向外太空延展我们的足迹。我国继载人飞船成功发射后，正在为“天宫一号”空间站的建立积极地进行准备——预计在“天宫一号”发射之后，将相继发射神舟飞船，与“天宫一号”实现空间对接。这项事业，不仅仅是回应人类探索外世界的好奇心，而且也是对一个国家的科学技术和经济实力的挑战。在这个挑战中，我国心理学家必须就其所涉及的认知能力展开细致深入的研究，其中核心的认知能力之一就是方向感。例如，宇航员升空执行任务之前必须在天象仪室中熟悉星空图，找出自己将要飞行的路线，一旦载人飞船的自动导航系统出现故障，宇航员就必须自己操控，必须迅速地根据直接感知或仪表显示来判断自身所在的方位、外部客体的位置以及自己与外部世界的空间关系，并且在头脑中迅速形成自身当前状态的正确表象从而快速准确地操控飞船。这种及时形成空间表征并根据方向感采取相应飞行措施的能力，是选拔和训练宇航员的关键。另一方面，如何根据人类方向感的认知特点，合理设计空间站的布局，也需要心理学研究的支持。
方向感的重要性不仅体现在航空航天中，它与我们的日常生活也息息相关。例如，怎样在错综复杂的地形和纵横交错的道路中找到回家的路。怎样在商铺林立的街道中根据路标找到目标商铺的位置，怎样根据地图在陌生的城市旅行等等。因此，车站、机场、商场、住宅小区等建筑的设计规划都应参照人类方向感的特征。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(牟炜民，赵民涛，李晓鸥，2006；赵民涛，2006)。
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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、加工和使用。近年来随着研究技术的发展，研究者们将脑成像、单细胞记录等技术引入到认知心理学中，发现了方向感的诸多心理过程的神经基础。所以，本文将主要关注认知心理学方面的研究，特别是应用脑成像等技术取得的一些最新成果。但值得注意的是，虽然心理学家们对方向感开展了大量研究，许多重要的问题至今仍然没有好的答案。例如，个体如何表征周围环境的位置信息、环境中特定路标的信息及环境的内在空间结构信息，个体空间表征的形成是由哪些因素决定并怎样受各因素的调节。
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。
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2 方向感的认知结构
方向感，顾名思义，就是对当前方向的感知和确定，常常与对所处位置的确认及对周围环境关系的确定有关，主要体现为对行进线索的辨认、对所处方位的记忆以及对周围环境的认知，并调整自己以适应外界环境来获取自己的方位。早在1873年，Darwin就提出了方向感这一概念。至此以后，越来越多的科研人员开始了对方向感的研究，并尝试对方向感的概念进行精确定义，其中最具有代表性的就是1977年Kozlowski和Bryant这两位心理学先驱提出的定义：“对现阶段所处位置的意识及通过周围环境的关系来确定自己所在位置的方向的能力”。
从这个定义出发，后续研究者对于方向感的研究主要集中在以下四个方面：第一类是关注和研究方向感的组成因素，比如Takeachi(1992)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，进而通过对方向感的因素分析来更具体地研究方向感的组成因素；第二类研究把方向感作为一种基本的人格特质或恒定的空间能力进行测量，主要是通过问卷量表来判定个体的差异，如圣塔芭芭拉方向感问卷(the Santa Barbara Sense of Direction Scale，SBSOD)(Hegarty，Richardson，Montello，Lovelace，& Subbiah，2002)；第三类是研究空间环境中方向感的具体行为表现，通过实地的行为实验发现不同个体的方向感的行为表现存在显著差异，具体表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(comell，Sorenson，&Mio，2003；Li，2007)；第四类是神经机制的研究，借助fMRI等脑成像技术来探寻方向感的加工脑区，从而揭示方向感的内在表征(Epstein，Higgins，& Thompson-Schill，2005；Ohnishi，Matsuda，Hirakata，& Ugawa，2006；Wolbers，Hegarty,Buchel，& Loomis，2008)。
前人对方向感的定义和已有研究结果均表明方向感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。具体而言，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。这里，我们认为方向感的内部加工过程可以分为三个主要阶段：先是外界信息的输入，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
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