物体位置与空间关系的心理表征

外界环境中物体位置与空间关系在记忆中如何表征,一直是空间认知研究领域探讨和争论的热点问题。该文从空间表征的参照框架、朝向特异性、组织结构和存储内容四个方面,系统回顾了近年来对空间表征形成机制与内在特征的理论探讨。在此基础上,进一步讨论了当前空间表征研究中存在的生态效度问题,以及以后将虚拟环境技术引入到空间认知研究中的发展趋势     

空间认知风格及其与空间能力的关系

人们完成各种空间任务时都表现出了显著的个体差异, 空间认知风格可以帮助解释这种差异。空间认知风格分为三种类型：界标型--只能表征显著的视觉特征, 不能表征相关空间信息, 空间能力最低; 路线型--可以表征显著的视觉特征和继时性的空间信息; 整体型--能够表征显著的视觉特征、继时性和同时性的空间信息, 空间能力最高, 且男性和低焦虑感水平的个体更多的属于该类型。根据空间认知风格, 更有针对性地指导学习者, 将有助于提高人们的空间能力。     

非空间问题中运用空间表征策略的研究综述

非言语表征在正式的学科领域及日常生活中都普遍存在,图表表征是非言语表征中非常重要的一部分,而“非空间问题的空间表征”在图表表征中又具有特殊的位置。“非空间问题的空间表征”寻求的是非空间与空间的对应、空间关系对非空间关系的体现,但如何对应如何体现却不是简单可以顾名思义的。该概念所涉及的问题现象本身似乎并不复杂,但论及心理加工的内在机制却自有其见深之处。     

空间量化的心理表征

空间量化(spacial quantification)是空间知觉的基础, 是对特定空间性质的表达。离散量(discrete magnitude)与连续量(continuous quantity)分别反映了空间分立和连续的性质, 二者有着相似的行为效应, 在神经表达上也有部分重叠, 这些证据暗示了二者可能有共同的表征机制——模拟表征(analog magnitude representation)。数量空间映射(number–space mappings)提供了数量与空间关系的直接证据。但空间量化的研究中还有许多未解之谜, 如：空间量化的动态表征、量化机制的普遍性、参照点问题、复杂和多维空间的量化等。在具身认知(embodied cognition)的框架下, 空间量化的心理表征研究将对空间的性质做出更深刻的回答。     

一位阿拉伯数字的空间表征

数字数量的空间表征问题是认知心理学领域的研究热点之一。本研究采用Fischer等人的实验范式,探讨了较浅程度加工时一位阿拉伯数字在水平和垂直方向上的空间表征,结果发现:(1)对数字进行较浅程度的加工(仅仅注视数字)时,在水平方向上出现了SNARC效应,即激活了数字在水平方向上的空间表征,数字数量按照小、中、大的顺序自左而右地映射到心理数字线上;(2)对数字进行较浅程度加工时,在垂直方向上没有出现SNARC效应,即未激活数字在垂直方向上的空间表征。     

远、近空间内注意加工的分离

临床证据发现空间忽视症病人对于近处和远处空间内的注意加工存在差异,表现为空间忽视只发生于近处空间或只发生于远处空间,提示近处空间与远处空间在脑内可能是分别表征的。对健康成人的研究也发现了与之类似的近处空间和远处空间注意的分离现象,即在近处空间表现出左偏的伪忽视现象,在远处空间表现出左偏减弱或者右偏的趋势。本文综述了远、近空间内注意加工分离的实验证据以及采用线段二分任务这一主要的研究范式相关的实验结果,并且着重指出了远、近空间的划分不是绝对的,而是动态可变的研究证据。最后,指出了将来的研究需要深入考察空间参照系统在远、近空间知觉中的作用,以及关注社会交互情境下的远、近空间距离认知的动态变化。     

空间参照框架的产生机制及与认知机能的关系

空间参照框架是个体表征空间方位的方式, 按照表征中心的不同分为自我中心和环境中心两种参照框架。长期对某一参照框架的持续激活可以形成对该空间参照框架的偏好, 不仅会影响个体的神经元结构, 还会对认知机能产生重要影响。偏好环境中心参照框架会增加海马及其附近脑区的灰质, 而偏好自我中心参照框架会增加尾状核的灰质。海马灰质体积增大会增强正常人的空间记忆能力。持续激活环境中心参照框架的个体会增加海马灰质体积, 从而降低患老年痴呆的风险。未来研究应关注, 地域差异、城乡差异等环境差异在空间参照框架与认知机能关系中的影响机制, 并进一步收集空间参照框架训练在老年痴呆病人中干预效果的实证证据。     

基于参数表征的数量空间关系加工

空间关系的理解是概念表征向知觉表征的转化, 而空间关系的表达则是知觉表征向概念表征的转化。两种表征的转化以参照系为中介。视觉数量空间关系加工属于知觉表征向概念表征转化的空间关系表达过程。本研究通过控制方向、朝向及距离在启动与探测中的匹配关系, 采用三个实验探讨了数量空间关系加工中参照系各参数的表征及其相互作用。结果发现：(1) 数量空间关系加工中存在方向表征, 一定任务情境下存在朝向表征。(2) 距离匹配的促进效果只在启动刺激和探测刺激的方位关系处于参照系同轴时发生。这些结果进而说明, 数量空间关系加工中内隐地包含类别空间关系表征, 一定任务情境下, 可能存在垂直/水平的类别空间关系表征; 数量空间关系加工中的距离是联系于参照系轴的表征。     

认知地图及其内在机制

空间导航对于人和动物的生存而言都十分重要,有效的空间表征或认知地图是空间导航的基础。认知地图的典型属性包括选择性、灵活性以及层级性,海马、场景选择区域以及前额叶等多个脑区都参与认知地图的构建。认知地图的表征形式存在欧式地图和拓扑图两种理论,但各自单独都不能全面解释实际导航中的行为表现,因此有研究者提出了标签图等理论试图调和二者间的矛盾。未来研究还需要关注在认知地图构建过程中层级性的变化,空间范畴的扩展,以及认知地图假说的局限。     

边界促进空间导航的认知神经机制

边界是指在人的视野中占据较大比例,且具有立体拓展平面的障碍物,对于人类和动物的空间导航行为具有极大的促进作用。相比于路标等其他环境线索,边界对于空间导航的促进具有优势效应,那么边界感知的发展动态过程有着怎样的异质性,以及潜在的神经基础是什么呢?本文首次对近十年的相关研究进行了系统性地回顾和梳理,并提出了该领域未来发展的研究方向。首先,我们总结出边界感知的发展过程,具体表现为儿童早期(1岁半~2岁)可以通过加工边界的空间几何结构实现物体定位,并且随着年龄的发展逐渐学会利用边界的高度信息(3.1岁~4.7岁)、长度信息(4~5岁)、视觉阻碍性信息(5岁)等完成空间导航。其次,基于这些认知过程,神经影像学研究主要以成人为研究被试,发现大脑中的内侧颞叶和顶叶脑区在边界加工中有着不同的功能作用。具体而言,边界的空间几何结构及构成要素(高度、长度和角度)由大脑中的旁海马位置区(parahippocampal place area, PPA)和压后皮层联合区(retrosplenial complex, RSC)负责表征,其中PPA和RSC均可以表征边界的空间几何及其高度,但边界的长度及边界间的构成角度仅由PPA表征;与边界绑定的物体位置的学习和提取则由海马负责,当海马的结构损害时,基于边界的学习也伴随着一定的受损。除此之外,本研究首次将边界所具有的导航可供性(affordance)这一研究热点区分为物理可供性和视觉可供性。边界的物理可供性由枕叶位置区负责表征(occipital parietal area, OPA,也被叫做 transverse occipital sulcus, TOS),并且OPA很可能主要负责表征以自我为参照的空间导航信息。而现有研究并未探讨边界视觉可供性的神经基础,但它为视觉引导的空间导航研究提供新的视角。总之,以往研究对基于边界的导航进行了初步的探索,丰富了我们对该领域的认识和理解。但是仍存在一些研究问题值得未来深入探讨。第一,拓展探索边界促进空间导航的认知过程中潜在的影响因素及其发展规律。未来应考虑构建一个综合的认知网络或者计算模型,以探明各个认知过程在基于边界导航中所发挥的作用。第二,深入挖掘边界促进空间导航中广泛涉及的脑功能基础(尤其是脑区间的功能协作),及关注儿童的大脑发育变化。第三,密切关注大脑对场地边界与场地中心编码的心理或神经表征的区别和联系。第四,全面而深入地探究携带易感基因以及临床前期的阿尔兹海默症群体中基于边界导航能力的特定受损情况。最后,将边界的概念延伸长时记忆、时间知觉、视觉空间、社交网络等领域,明晰边界在时间和空间中影响机制的异同。     

空间知识记忆和提取的理论模型

对物理空间知识记忆和提取规律的探讨一直是空间认知领域研究中的一个重点和热点。对其进行深入研究,不仅有助于了解人类的空间行为,而且为相关的诸如界面设计、虚拟环境等空间认知应用领域（研究）提供支持。该文从空间记忆的内在参照系理论、坐标系统模型、空间情境模型和位置记忆的空间类属模型4个方面对当前有关物理环境中空间知识记忆和提取的理论或模型进行了回顾并作了初步评价。     

东莨菪碱对大鼠空间参考记忆和工作记忆的不同影响

观察东莨菪碱对空间参考记忆和空间工作记忆的编码、保持和提取过程的作用。应用Morris水迷宫实验测定大鼠的空间参考记忆和空间工作记忆,分别在训练的不同阶段腹腔注射东莨菪碱（1mg/kg）和相同容量的生理盐水,比较各东莨菪碱组和生理盐水组之间游泳潜伏期、路径长度、轨迹和游泳速度的差异。结果发现：与注射生理盐水相比,在训练前和探测实验前注射东莨菪碱的大鼠在探测实验中对目标象限不表现出空间偏爱,说明东莨菪碱干扰参考记忆的信息编码和提取过程;而在训练结束后注射东莨菪碱的大鼠探测实验的结果与生理盐水组相比没有显著差异,说明东莨菪碱对参考记忆的保持过程没有影响。在工作记忆实验中,无论第一次测试前、第一次测试后和第2次测试前注射东莨菪碱,均造成大鼠游泳潜伏期延长,说明东莨菪碱干扰工作记忆的编码、保持和提取过程。研究提示M受体在空间工作记忆和参考记忆中发挥不同作用     

数形联觉——数字空间表征研究“新”取向

数字空间表征是人类对数字进行表征的重要方式。数形联觉（number-form synesthesia）是一种数字可以有意识地引起空间知觉的独特现象,与此类似的是非联觉者中广泛存在的无意识的心理数字线（mental number line）现象。两者在行为和脑机制上存在着很多重叠,也存在着值得思考的差异。数形联觉的研究能够提供实质性的行为和脑机制数据,用以解决数字空间表征研究中出现的问题,加强对于数字空间表征的理解;也为更加全面深入地开展进一步研究提供了新的启示,成为数字空间表征研究中值得推崇的新取向。     

对想象环境的空间更新

学界传统上将空间更新定义为个体随着身体运动对其所处真实环境空间表征的自动更新过程, 然而近年来有研究发现个体还可以对想象环境进行空间更新, 但其机制尚不明确。本研究实验1被试站在场景内学习物体空间位置之后, 保持学习朝向直线走到测试位置。其中, 0度组保持学习朝向站立, 180度组原地转动180度, 面对学习朝向的相反方向站立。两组被试均想象自己仍然站在学习位置, 面对学习朝向。然后被试旋转90度, 从3个想象朝向(记忆一致朝向、感觉运动一致朝向和不一致朝向)完成空间判断任务。结果发现0度组记忆一致朝向和感觉运动一致朝向成绩均优于不一致朝向, 而180度组无此优势。实验2被试从学习空间移动到测试空间过程中被迷向, 其他条件与实验1的180度组相同。但是, 实验2被试在记忆一致朝向和感觉运动一致朝向的成绩均优于不一致朝向。结果证明人们可以通过对在线空间表征进行想象平移或将离线记忆与空间更新系统相联结两种方式, 对想象环境进行空间更新。     

注意次级任务对客体与空间工作记忆信息保持的选择性干扰

通过两个行为实验,考察两种选择性注意干扰任务是否分别对客体与空间信息的保持产生选择性干扰,及干扰效应是否受记忆对象言语命名和编码难易程度的影响.实验1采用言语命名和编码容易的记忆任务,没有发现任何显著的干扰效应.实验2采用了言语命名和编码困难的记忆任务,结果分析发现:空间选择性注意次级干扰任务对空间工作记忆成绩存在显著的干扰效应,而基于客体的选择性注意次级干扰任务则对客体工作记忆成绩产生了显著的干扰.实验结果说明,基于客体的选择性注意和空间选择性注意分别在言语命名和编码困难客体与空间信息的保持加工中发挥作用,但当面对言语命名和编码容易的客体与空间记忆目标时,不再发生作用.     

时序信息和空间信息在工作记忆中的分离存储

采用相对新近性判断范式（judgments of relative recency）,通过三个实验探讨了工作记忆中时序信息和空间信息的存储方式及其关系。实验一比较了有无空间线索两种条件下时序信息的记忆绩效,结果发现,有无空间线索并不影响对时序信．E-的记忆。实验二和实验三通过控制刺激呈现的视野范围和减少呈现位置的不确定性来利化空间线索,结果表明,时序信息的记忆绩效也不受空间线索的影响。由此推论,工作记忆中的时序信息和空间信息是分离编码存储的,加入空间线索并不能提高时序信息的记忆绩效。     

网格细胞在空间记忆中的作用

网格细胞存在于内嗅皮层,具有显著的空间放电特征,并呈现出网格图样的放电结构。近年来网格细胞的发现及其功能研究,为深入阐释空间记忆的神经机制开辟了新的视角。本文详细介绍了网格细胞的发现、神经解剖学联系及空间放电特征;通过网格细胞与位置细胞的对比分析,阐释网格细胞利用自身运动信息进行空间编码的机制,以及在空间记忆中所发挥的路径整合器功能。     

客体与空间工作记忆的分离：来自皮层慢电位的证据

利用128导事件相关电位技术,采用延迟匹配任务的实验范式,测查了16名正常被试在完成客体任务和空间任务时的皮层慢电位（slow cortical potentials,简称sp成分）,实验发现：在后部脑区,客体工作记忆与空间工作记忆在慢波活动的时间上存在分离,空间任务更早的诱发出负sp成分,并且空间任务激活更多的后部脑区;左下前额叶在客体工作记忆任务与空间工作记忆任务中都有激活,并且激活强度不存在显著差异;背侧前额叶主要负责客体信息的保持与复述,但左右背侧前额叶的激活强度存在不对称性。