科學(xué)探索：彌補(bǔ)GPS造成的負(fù)面影響


圖片來(lái)源：Pixabay
使用手機(jī)導(dǎo)航成了人類(lèi)的第二天性。無(wú)論是要去一座新建的公園，或是在餐館和老友碰面，又或者是出門(mén)跑腿，你只要在手機(jī)上點(diǎn)擊目的地然后跟著導(dǎo)航走就行了。在GPS應(yīng)用之前，探索一個(gè)陌生的地方或者尋路是需要好好準(zhǔn)備一番的。我們需要?jiǎng)觿?dòng)腦子，查閱紙質(zhì)地圖，做好規(guī)劃而且要記住路線上的某些部分。但是在如今的高科技世界中，沒(méi)必要?jiǎng)幽X子。只需要跟著手機(jī)導(dǎo)航的轉(zhuǎn)彎指示，你就能到達(dá)目的地。不過(guò)你對(duì)方位的整體感知會(huì)下降?？臻g導(dǎo)航這一原本僅由人腦與感知系統(tǒng)負(fù)責(zé)執(zhí)行的過(guò)程，如今已經(jīng)被技術(shù)所取代。
不過(guò)，這么做的話我們?nèi)祟?lèi)就是將自己的能力托付給了應(yīng)用軟件。那代價(jià)是什么？
大腦中有一些結(jié)構(gòu)專(zhuān)門(mén)用于這些復(fù)雜的尋路任務(wù)。特別是海馬體，其與空間記憶、空間導(dǎo)航以及心象地圖生成密切相關(guān)。
人類(lèi)學(xué)家甚至認(rèn)為導(dǎo)航需求可能是所有記憶的起點(diǎn)（正如在Nicholas Carr所著的《The Glass Cage》一書(shū)中討論的那樣）。舉例來(lái)說(shuō)，對(duì)類(lèi)似于圓周率這種多位數(shù)數(shù)字的記憶法通常依靠“記憶殿堂”（或“軌跡記憶法”），由Cicero發(fā)揚(yáng)光大，這種方法在心里將數(shù)字存放于多層并且互相連接的房間中。于是可以在意念中導(dǎo)航并重新訪問(wèn)記憶殿堂中的房間，從而復(fù)述出一長(zhǎng)串?dāng)?shù)字。
用進(jìn)廢退
隨著我們年齡的增大，我們的記憶力也會(huì)下降。盡管沒(méi)有健康衰老的靈丹妙藥，神經(jīng)科學(xué)家們認(rèn)為保持思維活躍是成功變老的關(guān)鍵之一。研究表明我們實(shí)際上可以通過(guò)探索與空間導(dǎo)航來(lái)訓(xùn)練海馬體的記憶能力。與普通人相比，專(zhuān)業(yè)導(dǎo)航員比如倫敦的出租車(chē)司機(jī)因?yàn)槠鋸?qiáng)大的空間映射能力以及對(duì)城市的多感官經(jīng)驗(yàn)而擁有更大的海馬體，
如果空間導(dǎo)航對(duì)健康老化和思維活躍如此重要，為什么我們要把這項(xiàng)關(guān)鍵技能托付給我們的手機(jī)呢？GPS只不過(guò)給出了每一步的路徑規(guī)劃，把我們當(dāng)成沒(méi)有反饋的路人而不是擁有交互能力的探索者，抹掉了我們作決定的能力。反過(guò)來(lái)這也弱化了我們創(chuàng)建周?chē)h(huán)境的正確心象地圖的能力，并且對(duì)海馬體產(chǎn)生負(fù)面影響，這對(duì)大腦健康很關(guān)鍵。
盡管技術(shù)進(jìn)步顯然有很多好處，我們必須留心技術(shù)對(duì)大腦的影響。最終，我們的目標(biāo)應(yīng)該是以正確的方式創(chuàng)造與開(kāi)發(fā)技術(shù)，以補(bǔ)充我們的大腦并且提高我們與周遭真實(shí)世界互相接觸、互相交流的機(jī)會(huì)。


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第一次革命：實(shí)物地圖
心象地圖源于直接經(jīng)驗(yàn)。在我們探索新環(huán)境時(shí)，大腦不斷地繪制出我們周?chē)氖挛?。同時(shí)我們動(dòng)用所有的感官來(lái)學(xué)習(xí)并且記住我們周?chē)沫h(huán)境，而不僅僅是利用視覺(jué)。在人類(lèi)進(jìn)化過(guò)程中，聽(tīng)覺(jué)導(dǎo)航變得越來(lái)越重要，在狩獵采集時(shí)期人類(lèi)會(huì)聆聽(tīng)周?chē)h(huán)境并根據(jù)聲音行動(dòng)，以此躲開(kāi)捕食者、追蹤獵物和定位水源。最終，我們的大腦通過(guò)積極的探索能夠產(chǎn)生周?chē)h(huán)境的詳細(xì)地圖，這是演化過(guò)程中來(lái)之不易而又永不消亡的一種技能。
因而直到今天，當(dāng)我們沿著現(xiàn)代城市的海邊漫步，我們能分辨出海鷗搶食面包皮時(shí)發(fā)出的尖利鳴叫，或是迷霧中輪船靠岸時(shí)發(fā)出的低沉轟響。我們將這些各有特色、能在空間上定位的聲音稱為聲音信標(biāo)。
但是隨著文明的擴(kuò)張與發(fā)展，僅靠感官和記憶就很難長(zhǎng)距離導(dǎo)航，人們不能僅憑感官到達(dá)另一個(gè)大陸。于是，作為人類(lèi)文明的一場(chǎng)革命，地圖誕生了。早在公元前16,500年，當(dāng)人們?cè)诙囱▔Ρ谏侠L制顯示星星或景觀特征的畫(huà)作時(shí)，便已創(chuàng)建了基本的地圖。隨后，這些畫(huà)被刻在木頭或石塊上，以便在旅行時(shí)隨身攜帶。不過(guò)直到古希臘和中國(guó)王朝早期才出現(xiàn)了第一份紙質(zhì)地圖。
實(shí)物地圖是一場(chǎng)革命。其在一張紙上包含了大量環(huán)境信息，但是正確地使用地圖不僅需要準(zhǔn)確地在地圖中找到自己所處的位置，還需要確定正確的方向。地圖是典型的異中心導(dǎo)航，“異”表示“其他”，即地圖上的所有信息是按照其在環(huán)境中與其他特征或地標(biāo)之間的聯(lián)系而顯示的。
與此相反，直接給出一套指向標(biāo)志是直接而且容易遵循的。指向標(biāo)志是典型的自中心導(dǎo)航， “自”表示“我”，即所有信息與使用者當(dāng)下的位置與朝向有關(guān)系。但是，自中心導(dǎo)航的靈活性相當(dāng)差，因?yàn)槠鋬H參考單個(gè)位置并且只包含廣闊環(huán)境信息中相當(dāng)少的一部分。
使用實(shí)物地圖的難點(diǎn)是它很抽象，并且需要許多其他技巧來(lái)輔助地圖的使用，比如確定自身在地圖中所處位置的能力。的確，地圖與尋路技術(shù)息息相關(guān)。尋路工具能夠幫助自我定位，比如指南針、自然星空、經(jīng)緯度和不斷修正的路標(biāo)。這些工具在異中心導(dǎo)航中是必要的，其允許我們自我定位以及確定朝向。但是成為一名成功的導(dǎo)航員所需要的技能不是人人都能學(xué)會(huì)的。即使是商用飛機(jī)過(guò)去也需要在機(jī)上配備一位專(zhuān)業(yè)導(dǎo)航員，負(fù)責(zé)在地圖上確定飛機(jī)當(dāng)前的位置以及航向變化。在個(gè)人層面上，大部分人都不會(huì)奢侈到給自己雇傭一位導(dǎo)航員。家庭成員們會(huì)聚在桌子旁討論和規(guī)劃旅行的線路，然后指定一名家庭成員擔(dān)任導(dǎo)航員。


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GPS導(dǎo)航
衛(wèi)星GPS的興起對(duì)導(dǎo)航是革命性的，同時(shí)隨著移動(dòng)手機(jī)的興起，每個(gè)人都能擁有自己的導(dǎo)航員。我們可以隨性前往任何地方，幾乎不需要規(guī)劃與額外的導(dǎo)航員。GPS導(dǎo)航軟件支持自中心的導(dǎo)航，很容易遵循其給出的逐步規(guī)劃，比如“100米后右轉(zhuǎn)，然后左轉(zhuǎn)”，最后到達(dá)目的地。這些觸手可及的便利讓我們不再成為主動(dòng)的領(lǐng)航者，我們?cè)贕PS的引導(dǎo)下成為了被動(dòng)的行路人。
而且，許多研究也指出，與傳統(tǒng)的異中心導(dǎo)航方式比如紙質(zhì)地圖相比，這些便捷的自中心導(dǎo)航方式也弱化了人的空間感知與心象地圖生成能力。以最近Eran Ben-Elia的研究為例，其比較了紙質(zhì)地圖與谷歌地圖，結(jié)果表明后者的用戶在傳統(tǒng)記憶地圖任務(wù)中比如辨認(rèn)位點(diǎn)或路標(biāo)的表現(xiàn)明顯更差。
我們的問(wèn)題是，我們能否找到一種方法，既能讓我們繼續(xù)使用GPS，同時(shí)又能減少現(xiàn)有GPS導(dǎo)航方式對(duì)我們記憶造成的負(fù)面影響？
其難點(diǎn)在于開(kāi)發(fā)GPS導(dǎo)航的替代形式，這種替代形式不僅要保留普遍易用性，同時(shí)要采用異中心的導(dǎo)航方式，從而更有可能強(qiáng)化用戶空間感知能力。
我們的研究發(fā)現(xiàn)，合理設(shè)計(jì)過(guò)的聲音信標(biāo)可以提供了一種替代方案，能夠發(fā)展成為一種用戶參與度更高的自中心導(dǎo)航。與指導(dǎo)用戶左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)最終達(dá)到目的地不同，我們將目標(biāo)地點(diǎn)轉(zhuǎn)變成為一種可以辨識(shí)的聲音信標(biāo)（前文所述聲音比如海鷗尖銳鳴叫或輪船低沉轟響的數(shù)字版本），通過(guò)耳機(jī)播放給用戶。我們的聲音導(dǎo)航應(yīng)用，即Soundscape，類(lèi)似于能讓信徒在很遠(yuǎn)的地方聽(tīng)到的教堂鐘聲或宣禮塔的禱告聲，能夠引導(dǎo)用戶朝聲音的位置前進(jìn)。
不過(guò)為任何既定目的地創(chuàng)建的聲音信標(biāo)沒(méi)有音量衰減，這樣用戶哪怕在很遠(yuǎn)的地方也可以聽(tīng)得見(jiàn)。在目的地聲音信標(biāo)的幫助下，我們能從手機(jī)中聽(tīng)到一家兩英里外的藥房發(fā)出的聲響。隨后我們可以順著聲音走向它，但不像逐向?qū)Ш?，我們可以通過(guò)與沿路的環(huán)境進(jìn)行互動(dòng)以及直接探索從而建立空間感知。
在最近發(fā)表于《科學(xué)報(bào)告》的實(shí)驗(yàn)中，我們指出通過(guò)聲音標(biāo)識(shí)進(jìn)行的感官導(dǎo)航在心象地圖生成中的表現(xiàn)優(yōu)于逐向?qū)Ш健?br> 我們認(rèn)為，這些結(jié)果至少部分源自于人們?cè)谠搶?dǎo)航過(guò)程中成為了更加積極的角色。通過(guò)使用聲音標(biāo)識(shí)，人們更多地探索并且與環(huán)境互動(dòng)，均可證明異中心導(dǎo)航存在優(yōu)勢(shì)并且有益于心象地圖生成。
我們懇請(qǐng)各位讀者在手機(jī)上下載Soundscape 軟件來(lái)嘗試使用聲音標(biāo)識(shí)導(dǎo)航。Soundscape的開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)起初是為了保障盲人與視覺(jué)障礙人群的安全而設(shè)計(jì)了這款軟件，相較于逐向?qū)Ш礁€(wěn)健也更友好。如今這款軟件在七個(gè)國(guó)家為盲人進(jìn)行了五十萬(wàn)次導(dǎo)航。
自動(dòng)化對(duì)我們大腦健康的傷害一直處在科技發(fā)展的風(fēng)口浪尖，而聲音標(biāo)識(shí)導(dǎo)航是我們?nèi)绾尾饺脒@一時(shí)代的例子之一。技術(shù)不一定需要取代演化產(chǎn)生的能力或者讓我們遠(yuǎn)離自然環(huán)境，反而通過(guò)合適的設(shè)計(jì)可以補(bǔ)充大腦處理的感官輸入。從這一角度看，基于聲音標(biāo)識(shí)的GPS導(dǎo)航提供了令人信服的感官增強(qiáng)實(shí)例，能夠幫助人類(lèi)與環(huán)境聯(lián)系得更加緊密。也許拒絕變成逐向?qū)Ш降男惺呷?，我們能因此進(jìn)一步地回歸人性、環(huán)境和生活。
撰文：Mar Gonzalez-Franco、Gregory Dane Clemenson和Amos Miller；Mar Gonzalez-Franco博士是微軟研究院的神經(jīng)科學(xué)家與計(jì)算機(jī)科學(xué)家，她專(zhuān)注于人類(lèi)感知與計(jì)算機(jī)科學(xué)的交叉領(lǐng)域。Gregory Dane Clemenson博士是加州大學(xué)爾灣分校的神經(jīng)科學(xué)家，專(zhuān)精于空間導(dǎo)航與記憶。Amos Miller是微軟Soundscape項(xiàng)目的主管，隸屬于Microsoft Research Enable團(tuán)隊(duì)。
翻譯：常灝杰
審校：曾小歡
引進(jìn)來(lái)源：科學(xué)美國(guó)人


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