头图来自：Unsplash，本文转自微信公众号：大象公会（ID：idxgh2013），作者：王槙。

 

手机的普及，让找路已不再是难事。但长期依赖GPS导航对大脑的影响，并不止是变路痴而已。

 

“请珍惜身边的路痴朋友，因为说不定哪天他们一出门，就和你永别了。”

 

曾几何时，这样调侃路痴的段子遍布网络。但在手机导航已成标配的今天，除了故意卖萌，隐藏自己的认路缺陷已非常简单。

 

● 搜索“路痴”，指南第一条：给手机装个地图

 

不过，如果要放下手机呢？

 

很可能，路痴会比原来更多，甚至包括那些曾经嘲笑路痴的人。

 

这一切，要从针对出租车司机大脑的一项研究说起。

 

“海马”识途

 

十年前的北京城，最能让初来乍到者心生敬畏的，大概就是天上地下无所不知的出租车司机。他们能侃、熟悉且乐于分享各种信息，俨然这座城市的主人。

 

 

放下能侃能吹不谈，传统出租车行业的老司机，很少像今天的网约车司机这样需要GPS导航。

 

他们自己就是活地图。而最先表明GPS导航会影响导航能力的研究对象，也正是出租车司机群体。

 

21世纪初的英国伦敦，GPS导航仪逐渐普及。这时，一位神经科学家爱莉诺·马圭尔（Eleanor A. Maguire）站出来呼吁，出租车司机应谨慎对待这项新技术。因为她的研究表明，依赖导航可能会对司机造成负面影响。

 

这一切要从大脑深处一个被称为“海马”的脑区说起。

 

海马体（Hippocampus）位于大脑丘脑和内侧颞叶之间。自上个世纪60年代以来，人们发现海马与空间记忆密切相关。

 

 

比如，善于在不同地点贮藏食物的小型哺乳动物和鸟类，其海马与脑、身体的体积比大于没有这种习性的动物。它们的海马甚至会随季节发生变化，在需要记住大量贮食地点的秋冬季变得最大。

 

空间导航的经验是否也会影响到人的大脑、尤其是海马？爱莉诺想到了一个绝佳的研究对象：伦敦出租车司机。

 

伦敦市中心的交通线路复杂，被评为全世界最容易迷路的城市。司机需要熟悉大约25000条街道的位置关系，练习2-3年才能通过考核正式开业。

 

他们也会像自然界贮食的动物那样，在获得大量空间知识的同时，大脑也悄然变化吗？

 

答案是肯定的。

 

爱莉诺发现，伦敦出租车司机的海马与众不同，其头部的灰质体积小于常人，而尾部则大于常人。而且司机的驾龄越长，海马的尾部越大；尾部越大，司机越善于判断伦敦的空间方位。

 

 

此外，在驾驶培训之后，通过考核的司机海马尾部显著增大，而考核失败的司机却没有这种变化。

 

而且，退休后的司机，海马会逐渐萎缩，空间知识也同步丧失。爱莉诺发现了一位简称为T.T的老司机。他在大脑两侧的海马受损之后，再也无法回想曾经细节丰富的伦敦街景，也无法继续在市区导航了。

 

● 从圣保罗大教堂到英格兰银行，正常司机走红色的路线，而T.T则沿着黑色标记的主干道绕来绕去，始终无法到达目的地（左上方为T.T大脑的冠切面扫描图，可以看到海马已受损）

 

● 海马若是损伤严重，连在自家附近走动都会变得吃力。图左为一位海马受损的病人对自己社区的描绘，内容非常贫乏

 

爱莉诺的这些发现表明，人类大脑即使在成年之后，仍具有很强的可塑性。应对环境的各种经验，会在脑中留下深刻的印记。同样是司机，来自伦敦和来自北京的，其海马可能大为不同。

 

既然海马相当于人体自带的GPS，那么诚如爱莉诺所担心的那样，依赖外置的GPS导航会造成负面影响吗？

 

在回答这个问题之前，我们首先要了解大脑是怎样导航的。

 

认知地图 vs. 刺激—反应

 

手机导航普及之前，找人问路是常事。在北京，大爷大妈们热心指路的形象深入人心。电影《老炮儿》在开头和结尾，也用六哥和儿子给人指路的对比，反映时代的变迁。

 

 

问路的整个过程，也正是阐明大脑导航模式的最佳模型。

 

假设有一个初来乍到者，站在下图中的A点向人问路：从A到D，该怎么走？

 

 

如果你是熟知这块地区的指路人，你多半会下意识地回想目的地与当前的位置关系（D位于A的西南方向），并在脑海中浮现类似动态地图的场景，设想如何从A经过B和C、最后到达D。

 

而你最终给出的回答往往是这样：“从A往前走到T字路口（B），左转经过两路口到达拐角（C），再右转直走到头（D）。”

 

转换一下身份，如果你是初来乍到的问路人，恐怕很难通过这番描述，形成与指路人类似的图景和方位感。你只需记住这段话，依次执行转向的指示即可。

 

指路人的所想和所言，分别代表了我们日常导航的两种策略：认知地图和刺激-反应。

 

在运用认知地图策略时，人类大脑会构建一系列地点之间的位置关系。比如通过A与B、B与C的相对位置，推断A与C的方位关系。类似地，还可以纳入更多的地点，形成一个位置关系的网络，并将其嵌在更大的网络之中。

 

完成这一任务的正是海马。海马主要通过与之相邻的内嗅皮质（entorhinal cortex）接收信息，内嗅皮质含有大量的网格细胞，这些细胞像坐标系一样，表征空间中的系列位置：

 

● 老鼠在迷宫中走动，每到某些特定的位置，网格细胞就会放电。（白点代表一个网格细胞在所有位置的放电）

 

● 网格细胞通过放电标记的位置很有规律，正好符合正六边形的网格。不同细胞的网格大小不一，相当于各种精度的坐标系

 

来自网格细胞不同精度的坐标信息汇入海马，海马中的位置细胞能进一步综合，表征当前或某一特定的位置：

 

● 老鼠每到一个位置都有特定的位置细胞放电。（不同颜色的点代表不同位置细胞的放电，人类海马的工作机制与此类似）

 

此外，海马还具有物体选择细胞，标识不同的物体。它们与位置细胞相连，从而将特定的位置与物体信息绑定在一起。在我们探索环境时，许多这样的位置细胞和物体选择细胞以复杂的方式构成认知地图的信息网络。

 

 

而刺激-反应的导航策略则更为简单：根据特定刺激（路口、转角）做出特定动作反应（左转、右转）即可，无须形成地点之间的方位关系。

 

这种反应方式的建立与海马无关，而是在大脑纹状体的尾状核中完成。

 

这两种导航策略有什么区别？一项老鼠走迷宫的实验揭示了答案：

 

 

有一只饥饿的老鼠，每天从南边爬进迷宫，而食物总放在西边。在第8和第16天时，将老鼠从北边放入迷宫，猜猜它在十字路口会往哪边走？

 

试验中，老鼠们的反应出奇地一致：第8天跑去西边，第16天跑去东边。

 

这是因为老鼠和人类一样，也依赖上述的两种导航策略。

 

训练早期，通过对迷宫内部的探索，老鼠形成了相应的认知地图，了解迷宫四分支的方位关系。因此，在第8天即使从北边进入迷宫，它们也知道应该右转去西边寻找食物。

 

而随着训练的增加，老鼠每次从南边去往西边时，都是到达路口后左转就行——这符合刺激—反应的策略。这种策略比认知地图更有效率，会通过训练反复强化。

 

到第16天时，这种动作记忆变得比认知地图更强。这时，老鼠再次从北边出发，到达路口仍会下意识地左转，结果就到了东边。

 

由此可知，刺激-反应的策略虽然效率更高，但不如认知地图灵活。

 

● 曾引起媒体关注的“美女路痴”睿文，从家到公司，100%地依赖刺激-反应。“十字路口的数量数错了咋办？”——“只能回到上一个地址重新数。” 

 

GPS所鼓励的，正是刺激—反应策略：我们只需关注抽象的路线图，遵照前行与转向的提示，就能顺利到达目的地。导航越精准，我们就越不需要关注周围的环境、越不需要建立完整的认知地图。

 

 

久而久之，这会造成怎样的影响？

 

不只是路痴

 

爱莉诺的合作者的另一项研究，初步回答了这个问题：

 

实验地点仍是伦敦市中心。实验参与者在熟悉了一系列街区之后，在导航测试的一些回合自己判断该往哪走，在另一些回合选择电脑指定的方向。

 

当参与者自己判断怎么走时，海马处于激活状态，而依赖电脑做决策时，海马不再活跃。

 

 

也就是说，依赖外挂的设备之后，海马原有的导航功能被闲置了。

 

这种闲置会有怎样的后果?

 

在自然界，如沼泽山雀这样具有贮食习性的动物，在无法贮藏食物的条件下，它们的海马就会萎缩。

 

 

对于人类而言，海马因GPS加持而不再活跃的状态，与一种发展性空间定向障碍（Developmental Topographical Disorientation，DTD）的情况类似。

 

DTD患者极为路痴，甚至会在自己的家里迷路。原因在于，他们的海马虽然完整，在空间导航时却无法活跃，因而不能建立有关环境的认知地图。

 

依赖GPS导航会减弱甚至取代海马建立认知地图的功能，同时增强对刺激—反应模式的依赖。我们由此形成的空间知识会更加刻板，进而让我们对环境缺少把握，又反过来强化对GPS的依赖。

 

自然状态下，随着人的衰老，构建认知地图的能力会随海马的萎缩而衰退，随之加深的是对刺激—反应策略的依赖。人的行为也会因此变得更加刻板固执。

 

研究发现，长期依赖GPS导航的老年人，其海马体积更小，在轻度认知障碍测试中表现更差。海马是阿尔兹海默患者最先衰退的脑区之一，而轻度认知障碍也是这种疾病的预测指标，一些科学家因此担心，长期依赖GPS导航可能会加速老年痴呆的降临。

 

● 健康成人（左）与阿尔兹海默患者（右）的大脑对比，后者的海马已经萎缩

 

虽然研究没有说明，究竟是海马体积小的个体更依赖GPS，还是对GPS的依赖加速了海马的萎缩，但结合导航经验和空间训练塑造海马的各种实例，我们有理由认为这种影响很可能是双向的。

 

空间认知的功能不仅限于导航。海马与各种感觉皮层有着丰富的联系，负责编码视听触嗅味、喜怒哀惧思的意识体验，形成连贯的个人记忆。这些过程意味着建立经验元素的空间秩序，并影响我们认知和思考事物的方式。

 

除了GPS导航，现代生活在很多方面鼓励我们依赖外在的便捷工具。值得留心的，是我们与工具之间的双向关系，在工具成为自身外延的同时，我们也成了工具的外延。

 

如作家尼古拉斯·卡尔所言：“木匠手拿锤子时，他只做锤子能做的事，他的手变成了钉钉子和拔钉子的工具。战士在使用望远镜时，视野变远了，但看到的只有镜头之内的东西。”

 

主要参考文献：

 

1.Grid Cells, Place Cells and Memory, Nobel Lecture, May-Britt Moser, 2014;

2.Acquiring ‘‘the Knowledge’’ of London’s Layout Drives Structural Brain Changes, Current Biology, Katherine Woollett & Eleanor A. Maguire, 2011;

3.The Hippocampus as a cognitive map, John O'keefe & Lynn Nadel, Cleardon Press, 1978;

4.Hippocampal and Prefrontal Processing of Network Topology to Simulate the Future, Nature Communications, Amir-Homayoun Javadi et al, 2017;

5.Gray Matter Differences Correlate with Spontaneous Strategies in a Human Virtual Navigation Task, Journal of Neuroscience, Véronique Bohbot et al, 2007;

6.Developmental Topographic Disorder, Trends in Cognitive Neuroscience, Iria G et al, 2016;

7.Differential Roles in Hippocampus and Caudate Nucleus in Memory: Selecitve Mediation of ‘Cognitive’ or 'Associative' Learning, Graduate Thesis, Mark G, Packard, 1999;

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