与许多研究人们如何从一个地方找到另一个地方的研究人员一样，大卫·乌塔尔也是一个方向感很差的人。“我13岁的时候，在一次童子军徒步旅行中迷路了，我迷路了整整两天半，”这位西北大学的认知科学家回忆道。而且他仍然不擅长找路。
世界上到处都是像乌塔尔这样的人——以及他们的对立面，那些似乎总是确切地知道自己在哪里以及如何到达想去的地方的人。科学家有时通过要求某人指向一个看不见的位置来衡量导航能力——或者，更具挑战性的是，想象他们身处他处并指向第三个位置的方向——并且立刻显而易见的是，有些人比其他人更擅长。
“人们永远不会完美，但他们可以精确到个位数的角度偏差，这已经非常精确了，”坦普尔大学的认知心理学家诺拉·纽科姆说，她与人合著了一篇关于导航能力如何发展的文章，发表于2022年的《发展心理学年度评论》。但其他人，当被要求指出目标方向时，似乎是随意指向。“他们真的不知道它在哪里。”
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虽然很容易证明人们在导航能力上存在差异，但科学家们要解释原因却困难得多。然而，导航研究领域正在酝酿着新的兴奋。通过利用虚拟现实和GPS跟踪等技术，科学家们已经能够观察到成百上千甚至数百万人在复杂空间中尝试寻找方向，并衡量他们的表现。虽然还有很多东西需要学习，但研究表明，在某种程度上，导航技能是由成长环境塑造的。
培养导航技能
最近一项关于遗传学在导航中作用的研究强调了个人环境的重要性。2020年，伦敦玛丽女王大学的发展心理学家玛格丽塔·马拉奇尼及其同事比较了2600多对同卵和异卵双胞胎在虚拟环境中导航的表现，以测试导航能力是否在家族中遗传。他们发现，确实如此——但程度有限。相反，对人们表现的最大贡献因素是遗传学家所称的“非共同环境”——即每个人在生活中积累的独特经历。看来，优秀的导航员主要是后天培养的，而不是天生的。
由伦敦大学学院的认知神经科学家雨果·斯皮尔斯领导的一项引人注目的、大规模的实验，让研究人员得以一窥经验和其他文化因素可能如何影响寻路技能。斯皮尔斯和他的同事与电信公司T-Mobile合作，为手机和平板电脑开发了一款游戏《海洋英雄探险》，玩家在游戏中驾驶船只在虚拟环境中导航，以找到一系列检查点。该游戏应用程序要求参与者提供基本的人口统计数据，全球近400万人参与了这项调查。（该应用程序不再接受新参与者，除非受研究人员邀请。）
通过该应用程序，研究人员能够通过每位玩家到达所有检查点所行驶的总距离来衡量寻路能力。在完成一些游戏关卡后，玩家还必须向他们出发的原点发射信号弹——这是一种航位推算测试，类似于指向看不见的位置的任务。然后，斯皮尔斯和他的同事可以将玩家的表现与人口统计数据进行比较。
他们发现，一些文化因素与寻路技能有关。来自北欧国家的人们往往是稍微更好的导航员，这可能是因为定向运动这项结合了越野跑和导航的运动在这些国家很受欢迎。平均而言，乡下人比城里人做得更好。而在城市居民中，来自街道网络更混乱的城市（如欧洲城市的老城区）的人们比来自像芝加哥这样街道呈规则网格状的城市的人们做得更好，这可能是因为网格城市居民不需要构建如此复杂的心理地图。
这些结果表明，个人的生活经验可能是决定他们导航能力的最重要因素之一。事实上，经验甚至可能是一些最一致的发现——以及陈词滥调——的基础：男性往往比女性表现更好。事实证明，这种性别差距更多的是文化和经验问题，而不是天生的能力问题。
例如，在性别平等方面做得最好的北欧国家，在导航方面几乎没有性别差异。相比之下，在女性在自主探索环境方面面临文化限制的地方，如中东国家，男性远远优于女性。
玻利维亚亚马逊地区传统土著社区齐马内人的研究也支持了这种文化方面和经验的重要性。亚利桑那州立大学的人类学家海伦·伊丽莎白·戴维斯及其同事在305名齐马内成年人身上安装了GPS追踪器，以测量他们三天内的日常活动，发现男性和女性的移动距离没有差异。他们在《认知科学主题》杂志上报告称，男性和女性在指向看不见的位置方面也同样熟练。即使是儿童在这项导航任务中也表现得非常好——戴维斯认为，这得益于在鼓励儿童广泛活动和探索森林的文化中成长。
然而，大多数文化都不像齐马内人那样，女性和女孩往往对探索更加谨慎，这是出于个人安全的充分理由。她们不仅在导航方面积累的经验较少，而且对安全或迷路的担忧也会直接影响导航。“焦虑会妨碍良好的导航，所以如果你担心个人安全，你就会成为一个差劲的导航员，”纽科姆说。
性格似乎也在导航能力的发展中发挥作用。“要想擅长导航，你必须愿意探索，”乌塔尔说。“有些人不喜欢漫游的体验，而另一些人则非常喜欢。”
加州大学圣巴巴拉分校的认知心理学家玛丽·海格蒂指出，喜欢户外活动（如徒步旅行和骑自行车）的人往往有更好的方向感。经常玩电子游戏的人也是如此，许多电子游戏都涉及到探索虚拟空间。
在乌塔尔看来，这些不断积累的证据表明，倾向和早期经验会将一些人推向涉及导航的活动，而那些天生不那么喜欢探索、较少有机会漫游或有最初不良体验的人可能不太可能参与需要探索的活动。乌塔尔推测，这一切都由此滚雪球般发展起来。“我认为性格和能力的结合会将你推向某些方向。这是一个发展性的连锁反应。”
心理地图绘制者
这种连锁反应大概会影响优秀导航员特有技能的习得。这些技能包括估计已行驶距离的能力、阅读和记忆地图（包括印刷地图和心理地图）的能力、根据一系列地标学习路线的能力以及理解各点之间相对位置的能力。
然而，大部分研究都集中在两个特定的子技能上：使用地标的路线跟踪——例如，在加油站左转，然后走三个街区，在红色房子后右转——以及通常被称为“测量知识”的能力，即构建和查阅某个地方的心理地图的能力。
加州大学圣巴巴拉分校的地理学家和心理学家丹·蒙泰洛说，在这两者中，路线跟踪是迄今为止更容易的任务，大多数人在走过几次路线后都能做得很好。在近二十年前的一个经典实验中，蒙泰洛的学生鸟海彻每周一次，连续10周，在圣巴巴拉一个他们从未去过的豪华住宅区，开车带着24名志愿者走两条曲折的路线。
之后，几乎每个人都能准确地说出每条路线上地标的顺序，并粗略估计它们之间的距离。但是他们在识别两条路线之间的捷径、指向从他们站立位置看不到的地标或绘制路线地图的能力方面差异很大。研究人员认为，那些无法识别捷径或找到地标的人可能患有无法创建准确心理地图的疾病。
纽科姆和她当时的博士生史蒂文·韦斯伯格的研究强调了心理地图在导航中的重要性。他们要求294名志愿者使用鼠标和电脑屏幕在虚拟城镇中沿着两条路线导航。一旦志愿者们学会了路线以及其中包含的地标，研究人员就要求他们站在一个地标处，并指向两条路线上的其他地标。
研究人员在2018年发表在《心理科学最新方向》上的报告中指出，人们可以分为三类。有些人形成了良好的心理地图：他们可以准确地指向同一条路线和不同路线上的地标。另一些人有良好的路线知识，但在创建综合地图方面有困难：他们擅长在一条路线内指向，但不擅长在路线之间指向。第三组人在所有指向任务中都表现不佳。
蒙泰洛说，构建和参考心理地图的能力——一个人的测量知识——在很大程度上解释了为什么他们是更好的导航员。“当你唯一的技能是按路线思考的能力时，你就无法创造性地绕过障碍。”他说，测量知识赋予了创造性导航的能力。“这是一个非常惊人的差异。”
现在在佛罗里达大学的认知神经科学家韦斯伯格说，毫不奇怪，更好的导航员也可能更擅长切换模式，并为他们所处的情况选择最合适的导航策略。这可能意味着当地标明显时使用地标，当需要更复杂的计算时使用心理地图。
“我已经转向认为，我们更好的导航员也在使用许多替代策略，”韦斯伯格说。“而且他们以更灵活的方式这样做，从而提供了不同类型的导航，这样当他们发现自己身处新环境时，他们就能更好地找到方向。”
例如，当韦斯伯格在他现在居住的盖恩斯维尔周围走动时，他会注意北方，因为这在一个街道呈规则网格状的城市里很有效；当他回到费城曲折的街道时，他更多地依赖其他线索来保持方向感。
研究人员尚不清楚，每个差劲的导航员是否仅仅是不擅长测量知识，或者是否有些迷路的人可能在其他导航子技能方面失败，例如记住地标或估计行驶距离。无论哪种方式，差劲的导航员能做些什么来提高呢？这仍然是一个悬而未决的问题。“我们都有自己的理论，”加州大学欧文分校的认知神经科学家伊丽莎白·克拉斯蒂尔说，“但它们还没有达到测试的水平。”
GPS的利与弊
仅仅练习似乎应该有效——而且，实际上，在实验室实验中确实如此。“我们可以提高人们在虚拟环境中的导航能力，”亚利桑那大学的认知神经科学家阿恩·埃克斯特罗姆说。大约需要两周时间才能显示出相当显著的进步——但目前尚不清楚人们是否真的变得更擅长导航，还是仅仅变得更擅长在实验中使用的特定虚拟环境中找到方向。
人们可以通过练习来提高的观点也得到了人们停止使用导航技能时发生情况的研究的支持。例如，在2020年发表在《科学报告》上的一项研究中，蒙特利尔麦吉尔大学的神经科学家路易莎·达赫玛尼和维罗尼克·博博特招募了50名年轻人，并询问了他们一生中使用GPS驾驶的经历。然后，他们在需要他们在没有GPS的情况下导航的虚拟世界中测试了志愿者。他们发现，最重度的GPS用户表现更差。三年后对其中13名志愿者的后续调查显示，在间隔期间最常使用GPS的人，他们在没有GPS的情况下导航的能力下降幅度更大，这强烈表明，对GPS的依赖会导致技能下降，而不是糟糕的技能导致更多地使用GPS。专家还建议，像乌塔尔这样的苦苦挣扎的导航员可以尝试更多地关注罗盘方向或突出的地标，以此将他们的移动整合到心理地图中。对于韦斯伯格来说，他以综合的方式学习空间的唯一方法是关注主要的方位或突出的地标，如海洋。“我越关注，我就能更好地将事物与我脑海中的地图联系起来。”他建议苦苦挣扎的导航员每天问自己10次北方在哪里，必要时参考地图。他认为，这可以帮助他们超越单纯的路线知识。韦斯伯格指出，对于那些并不真正在意提高自己的技能，只要不迷路的人来说，还有另一种选择：确保你的GPS在手边。
本文最初发表于Knowable Magazine，这是年度评论的一项独立新闻事业。注册新闻通讯。