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(zhēng)論的熱點(diǎn)問(wèn)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(chǔ)內(nèi)容四個(gè)方面，系統(tǒng)回顧了近年來(lái)對(duì)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(wèn)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(shì)。
　　關(guān)鍵詞 空間表征，空間參照系，朝向特異性，路徑知識(shí)表征，結(jié)構(gòu)知識(shí)表征。
　　分類號(hào) 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(wèn)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(duì)人腦空間記憶和空間巡航能力的認(rèn)識(shí)，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(kāi)發(fā)等方面也有著重大的應(yīng)用價(jià)值。
　　近年來(lái)，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(duì)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(jiǎn)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(chǔ)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(lái)對(duì)物體位置與空間關(guān)系的心理表征的探討與爭(zhēng)論，并對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)單評(píng)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(wèn)題，對(duì)以后空間表征研究的趨勢(shì)進(jìn)行了簡(jiǎn)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(duì)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(lái)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(duì)于觀察者（如眼睛、頭和軀體等）來(lái)表征的，隨著觀察者的運(yùn)動(dòng)，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(duì)于環(huán)境中其他物體（如標(biāo)志性建筑、主要道路等）來(lái)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(guò)物體相對(duì)于觀察者的位置計(jì)算出來(lái)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(lái)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(dòng)、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(dòng)和重新定向條件相比，被試在迷向情況下對(duì)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(dòng)過(guò)程中，被試可以較為準(zhǔn)確的更新物體相對(duì)于自己的位置表征。而在迷向情況下，這種動(dòng)態(tài)更新過(guò)程因?yàn)樽晕页�向感的喪失而中斷，因此被試不能再依靠�?dòng)態(tài)更新的自我參照系表征來(lái)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(duì)環(huán)境幾何信息（environmental geometry）的表征，而且這種表征對(duì)于重新定向非常重要[13]，但他們卻認(rèn)為個(gè)體并沒(méi)有形成相對(duì)于環(huán)境參照系的物體之間空間關(guān)系的表征。
　　在對(duì)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(jué)察不到）其左側(cè)的物體，但其對(duì)左右空間的劃分卻是隨著頭、眼睛或者身體的轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)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(jué)―觸覺(jué)雙模神經(jīng)元的視覺(jué)感受野隨著肢體或面部的移動(dòng)而相應(yīng)變化[15]。這表明，至少在知覺(jué)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(lái)表征的[1,16~18]。Mou和McNamara的研究成功地分離了場(chǎng)景本身的內(nèi)在參照系與觀察者視線對(duì)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(duì)于內(nèi)在參照系來(lái)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(huì)隨著人的自主運(yùn)動(dòng)而更新的。關(guān)于物體相對(duì)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(jué)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(kāi)障礙物等），但在沒(méi)有知覺(jué)支持或主動(dòng)復(fù)述（rehearsal）時(shí)會(huì)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(lái)表征的。在他們的實(shí)驗(yàn)中，被試對(duì)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(duì)于環(huán)境參照系來(lái)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(huì)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(píng)價(jià)了這個(gè)研究發(fā)現(xiàn)，并將其作為有力證據(jù)來(lái)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(zhēng)論。Newcombe認(rèn)為[11]，自我中心參照系表征在沒(méi)有較多感覺(jué)信息輸入的特殊情況下（如在黑暗環(huán)境中或者沒(méi)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)�，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(guò)物體相對(duì)于觀察者的表征計(jì)算出來(lái)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(zhǎng)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(dòng)作行為（action guidance），以及表征的環(huán)境尺度等可能都會(huì)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(shì)朝向。針對(duì)這個(gè)問(wèn)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(méi)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(shì)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(wèn)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(jiǎn)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(duì)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(méi)有差別。Presson等人據(jù)此認(rèn)為，被試可以通過(guò)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(duì)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(jī)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(lái)得到了越來(lái)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(lái)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(duì)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(duì)實(shí)驗(yàn)室人工路徑與物體布局的表征[1,7]，對(duì)大尺度自然環(huán)境中物體位置與空間關(guān)系的表征[8]，對(duì)非視覺(jué)輸入的物體空間信息的表征[23]，對(duì)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(duì)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(jī)，而且與未曾學(xué)習(xí)的新穎朝向上的判斷成績(jī)沒(méi)有差別。在其實(shí)驗(yàn)七中，即使在沒(méi)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(méi)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(duì)虛擬場(chǎng)景中物體位置的記憶成績(jī)，在學(xué)習(xí)與測(cè)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(jī)。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(lái)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(wèn)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(lái)自被試在兩個(gè)相對(duì)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(lái)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(shì)朝向）也不相同，空間表征最終以哪些方向作為優(yōu)勢(shì)朝向仍然是需要進(jìn)一步探討的問(wèn)題。
　　
　　3 空間表征的組織結(jié)構(gòu)：層級(jí)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(guò)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(dòng)的完整空間知識(shí)。空間表征在記憶中究竟如何組織，才能同時(shí)兼顧知識(shí)存儲(chǔ)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(jí)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(jí)來(lái)表征的，越是細(xì)節(jié)的空間信息被表征在越低的層級(jí)上。對(duì)小范圍環(huán)境的低層次表征，隸屬于對(duì)包含它的大范圍環(huán)境的高層級(jí)表征，不同層級(jí)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(duì)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(jí)性結(jié)構(gòu)組織起來(lái)的。如在Taylor和Tversky的實(shí)驗(yàn)中，被試分別帶著重新畫(huà)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(cè)驗(yàn)中讓被試同時(shí)完成兩個(gè)任務(wù)[27]。對(duì)被試在畫(huà)圖和描述任務(wù)中物體的回憶順序進(jìn)行樹(shù)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(huì)聚（clustering）效應(yīng)，顯示出層級(jí)性表征的特征。而且這種層級(jí)性表征以類似的模式出現(xiàn)在畫(huà)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(jí)性組織的證據(jù)[28]。他們建立的基于層級(jí)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(cè)了距離判斷任務(wù)受表征層級(jí)結(jié)構(gòu)影響的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。即跨層級(jí)物體間的距離易被高估，而同一層級(jí)內(nèi)物體間的距離總被相對(duì)低估。這都說(shuō)明空間記憶中環(huán)境信息的心理表征受其層級(jí)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(duì)新環(huán)境的精確空間表征，但卻沒(méi)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(jí)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(duì)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(guò)轉(zhuǎn)換（switching）過(guò)程不斷的被更新。個(gè)體通達(dá)某一層級(jí)表征的同時(shí)，也便失去了對(duì)另一層級(jí)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(jí)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(duì)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(jí)轉(zhuǎn)到高層級(jí)空間表征還是從高層級(jí)轉(zhuǎn)到低層級(jí)空間表征，反應(yīng)模式并不受影響。這也是與層級(jí)性表征觀點(diǎn)的理論預(yù)測(cè)相沖突的。因?yàn)榘凑諏蛹?jí)表征觀點(diǎn)，高層級(jí)表征中采用的視角對(duì)低層級(jí)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(jí)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(duì)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(jí)性結(jié)構(gòu)組織起來(lái)的實(shí)驗(yàn)證據(jù)，多來(lái)自從語(yǔ)言描述、地圖學(xué)習(xí)或者對(duì)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(duì)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(huì)對(duì)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(wèn)題。另外，支持雙方觀點(diǎn)的證據(jù)來(lái)自不同的測(cè)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(duì)個(gè)體可以直接知覺(jué)到的環(huán)境表征進(jìn)行測(cè)試，與在實(shí)驗(yàn)室對(duì)個(gè)體想象或者回憶的環(huán)境表征進(jìn)行測(cè)試具有很大差別。前者更容易受到知覺(jué)因素的干擾，而影響對(duì)記憶表征測(cè)試的純粹性。盡管目前多數(shù)研究者認(rèn)為個(gè)體對(duì)局部環(huán)境表征的組織具有層級(jí)性特征，但不同層級(jí)之間是否具有必然的直接聯(lián)系與影響，以及同一層級(jí)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(chǔ)內(nèi)容：路徑知識(shí)表征與結(jié)構(gòu)知識(shí)表征
　　根據(jù)形成空間表征的存儲(chǔ)信息及其知識(shí)來(lái)源的不同，空間表征可以分為路徑知識(shí)表征（route knowledge）和結(jié)構(gòu)知識(shí)表征（survey or configuration knowledge）兩種[31]。路徑知識(shí)表征主要來(lái)源于個(gè)體在環(huán)境中的直接經(jīng)驗(yàn)，儲(chǔ)存的是個(gè)體直接經(jīng)歷過(guò)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(shí)表征對(duì)個(gè)體在熟悉環(huán)境中運(yùn)動(dòng)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(guò)計(jì)算才能獲得，所以不能很好的支持對(duì)新路徑或者捷徑的導(dǎo)航。而結(jié)構(gòu)知識(shí)表征則主要來(lái)源于地圖學(xué)習(xí)與文本描述，儲(chǔ)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(shí)表征不同，結(jié)構(gòu)知識(shí)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(duì)個(gè)體在新穎環(huán)境中的導(dǎo)航更為有效。
　　路徑知識(shí)表征與結(jié)構(gòu)知識(shí)表征存儲(chǔ)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(lái)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(guò)學(xué)習(xí)地圖或者直接游歷來(lái)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(cè)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(jī)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(shí)表征激活不同腦區(qū)的實(shí)驗(yàn)證據(jù)。如Mellet等人通過(guò)想象游歷任務(wù)，讓被試回憶先前通過(guò)直接游覽或者地圖學(xué)習(xí)獲得的空間知識(shí)，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(méi)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(shí)表征，以及空間表征是否遵循從路徑知識(shí)表征到結(jié)構(gòu)知識(shí)表征的發(fā)展順序上，目前仍然存在著分歧與爭(zhēng)論。盡管有大量研究表明，長(zhǎng)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(shí)表征，但Moser卻提供了相反的證據(jù)[31]。他們?cè)趯?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(méi)有人可以準(zhǔn)確繪制出環(huán)境的布局圖，超過(guò)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(guò)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(shí)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(jiǎn)單機(jī)制的可能性。因此，個(gè)體究竟是通過(guò)其穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)知識(shí)表征，還是通過(guò)相對(duì)固定的外在標(biāo)志物序列來(lái)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(huì)影響空間記憶中形成的是結(jié)構(gòu)知識(shí)表征還是路徑知識(shí)表征。因?yàn)椋瑢?duì)于較大范圍的環(huán)境，其空間信息多來(lái)自于翻閱地圖或文本描述；而對(duì)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(lái)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(shí)表征到更為靈活的結(jié)構(gòu)知識(shí)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(shí)表征再到結(jié)構(gòu)知識(shí)表征的發(fā)展框架，但也有證據(jù)表明，對(duì)成人被試來(lái)說(shuō)，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(duì)同一種環(huán)境往往有不止一種的空間信息來(lái)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(lái)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(wèn)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(wèn)題。近年來(lái)，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(chǔ)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(duì)空間表征基本屬性的認(rèn)識(shí)和理解。但是，就上述爭(zhēng)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(lái)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(dòng)水平上的自我參照系表征，也有證據(jù)支持長(zhǎng)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(dòng)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(dòng)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(duì)缺乏腦神經(jīng)機(jī)制研究的支持。因而，個(gè)體對(duì)位置和空間關(guān)系的表征可能更類似于對(duì)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(huì)影響這種優(yōu)勢(shì)朝向的選取。在空間表征的組織結(jié)構(gòu)上，個(gè)體對(duì)從語(yǔ)言、地圖以及直接觀察物體場(chǎng)景中獲得的空間表征都表現(xiàn)出了明顯的層級(jí)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(jí)之間是否有直接聯(lián)系，以及同一層級(jí)內(nèi)部不同表征的轉(zhuǎn)換問(wèn)題，仍然需要更深入的研究才能解答。在空間表征的存儲(chǔ)內(nèi)容上，個(gè)體表征的是路徑知識(shí)還是結(jié)構(gòu)知識(shí)，可能受到目的指向性、空間信息來(lái)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(shí)表征的重要條件，而直接游歷則容易形成較好的路徑知識(shí)表征。Harteley等人最近的研究也發(fā)現(xiàn)，人基于路徑知識(shí)和基于結(jié)構(gòu)知識(shí)的空間巡航活動(dòng)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(shí)表征仍然是一個(gè)等待解答的問(wèn)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(shì)。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(lái)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(duì)被試身體運(yùn)動(dòng)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(duì)比較困難。對(duì)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(duì)其進(jìn)行有效的主動(dòng)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(lái)越多的研究者的支持和國(guó)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(wú)疑為空間表征研究開(kāi)拓了全新的研究范式和廣闊的研究前景。
　　
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