與許多研究人們如何從一個地方找到另一個地方的研究人員一樣，大衛·烏塔爾也是一個方向感很差的人。“我13歲的時候，在一次童子軍徒步旅行中迷路了，我迷路了整整兩天半，”這位西北大學的認知科學家回憶道。而且他仍然不擅長找路。
世界上到處都是像烏塔爾這樣的人——以及他們的對立面，那些似乎總是確切地知道自己在哪裡以及如何到達想去的地方的人。科學家有時透過要求某人指向一個看不見的位置來衡量導航能力——或者，更具挑戰性的是，想象他們身處他處並指向第三個位置的方向——並且立刻顯而易見的是，有些人比其他人更擅長。
“人們永遠不會完美，但他們可以精確到個位數的角度偏差，這已經非常精確了，”坦普爾大學的認知心理學家諾拉·紐科姆說，她與人合著了一篇關於導航能力如何發展的文章，發表於2022年的《發展心理學年度評論》。但其他人，當被要求指出目標方向時，似乎是隨意指向。“他們真的不知道它在哪裡。”
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雖然很容易證明人們在導航能力上存在差異，但科學家們要解釋原因卻困難得多。然而，導航研究領域正在醞釀著新的興奮。透過利用虛擬現實和GPS跟蹤等技術，科學家們已經能夠觀察到成百上千甚至數百萬人在複雜空間中嘗試尋找方向，並衡量他們的表現。雖然還有很多東西需要學習，但研究表明，在某種程度上，導航技能是由成長環境塑造的。
培養導航技能
最近一項關於遺傳學在導航中作用的研究強調了個人環境的重要性。2020年，倫敦瑪麗女王大學的發展心理學家瑪格麗塔·馬拉奇尼及其同事比較了2600多對同卵和異卵雙胞胎在虛擬環境中導航的表現，以測試導航能力是否在家族中遺傳。他們發現，確實如此——但程度有限。相反，對人們表現的最大貢獻因素是遺傳學家所稱的“非共同環境”——即每個人在生活中積累的獨特經歷。看來，優秀的導航員主要是後天培養的，而不是天生的。
由倫敦大學學院的認知神經科學家雨果·斯皮爾斯領導的一項引人注目的、大規模的實驗，讓研究人員得以一窺經驗和其他文化因素可能如何影響尋路技能。斯皮爾斯和他的同事與電信公司T-Mobile合作，為手機和平板電腦開發了一款遊戲《海洋英雄探險》，玩家在遊戲中駕駛船隻在虛擬環境中導航，以找到一系列檢查點。該遊戲應用程式要求參與者提供基本的人口統計資料，全球近400萬人參與了這項調查。（該應用程式不再接受新參與者，除非受研究人員邀請。）
透過該應用程式，研究人員能夠透過每位玩家到達所有檢查點所行駛的總距離來衡量尋路能力。在完成一些遊戲關卡後，玩家還必須向他們出發的原點發射訊號彈——這是一種航位推算測試，類似於指向看不見的位置的任務。然後，斯皮爾斯和他的同事可以將玩家的表現與人口統計資料進行比較。
他們發現，一些文化因素與尋路技能有關。來自北歐國家的人們往往是稍微更好的導航員，這可能是因為定向運動這項結合了越野跑和導航的運動在這些國家很受歡迎。平均而言，鄉下人比城裡人做得更好。而在城市居民中，來自街道網路更混亂的城市（如歐洲城市的老城區）的人們比來自像芝加哥這樣街道呈規則網格狀的城市的人們做得更好，這可能是因為網格城市居民不需要構建如此複雜的心理地圖。
這些結果表明，個人的生活經驗可能是決定他們導航能力的最重要因素之一。事實上，經驗甚至可能是一些最一致的發現——以及陳詞濫調——的基礎：男性往往比女性表現更好。事實證明，這種性別差距更多的是文化和經驗問題，而不是天生的能力問題。
例如，在性別平等方面做得最好的北歐國家，在導航方面幾乎沒有性別差異。相比之下，在女性在自主探索環境方面面臨文化限制的地方，如中東國家，男性遠遠優於女性。
玻利維亞亞馬遜地區傳統土著社群齊馬內人的研究也支援了這種文化方面和經驗的重要性。亞利桑那州立大學的人類學家海倫·伊麗莎白·戴維斯及其同事在305名齊馬內成年人身上安裝了GPS追蹤器，以測量他們三天內的日常活動，發現男性和女性的移動距離沒有差異。他們在《認知科學主題》雜誌上報告稱，男性和女性在指向看不見的位置方面也同樣熟練。即使是兒童在這項導航任務中也表現得非常好——戴維斯認為，這得益於在鼓勵兒童廣泛活動和探索森林的文化中成長。
然而，大多數文化都不像齊馬內人那樣，女性和女孩往往對探索更加謹慎，這是出於個人安全的充分理由。她們不僅在導航方面積累的經驗較少，而且對安全或迷路的擔憂也會直接影響導航。“焦慮會妨礙良好的導航，所以如果你擔心個人安全，你就會成為一個差勁的導航員，”紐科姆說。
性格似乎也在導航能力的發展中發揮作用。“要想擅長導航，你必須願意探索，”烏塔爾說。“有些人不喜歡漫遊的體驗，而另一些人則非常喜歡。”
加州大學聖巴巴拉分校的認知心理學家瑪麗·海格蒂指出，喜歡戶外活動（如徒步旅行和騎腳踏車）的人往往有更好的方向感。經常玩電子遊戲的人也是如此，許多電子遊戲都涉及到探索虛擬空間。
在烏塔爾看來，這些不斷積累的證據表明，傾向和早期經驗會將一些人推向涉及導航的活動，而那些天生不那麼喜歡探索、較少有機會漫遊或有最初不良體驗的人可能不太可能參與需要探索的活動。烏塔爾推測，這一切都由此滾雪球般發展起來。“我認為性格和能力的結合會將你推向某些方向。這是一個發展性的連鎖反應。”
心理地圖繪製者
這種連鎖反應大概會影響優秀導航員特有技能的習得。這些技能包括估計已行駛距離的能力、閱讀和記憶地圖（包括印刷地圖和心理地圖）的能力、根據一系列地標學習路線的能力以及理解各點之間相對位置的能力。
然而，大部分研究都集中在兩個特定的子技能上：使用地標的路線跟蹤——例如，在加油站左轉，然後走三個街區，在紅色房子後右轉——以及通常被稱為“測量知識”的能力，即構建和查閱某個地方的心理地圖的能力。
加州大學聖巴巴拉分校的地理學家和心理學家丹·蒙泰洛說，在這兩者中，路線跟蹤是迄今為止更容易的任務，大多數人在走過幾次路線後都能做得很好。在近二十年前的一個經典實驗中，蒙泰洛的學生鳥海徹每週一次，連續10周，在聖巴巴拉一個他們從未去過的豪華住宅區，開車帶著24名志願者走兩條曲折的路線。
之後，幾乎每個人都能準確地說出每條路線上地標的順序，並粗略估計它們之間的距離。但是他們在識別兩條路線之間的捷徑、指向從他們站立位置看不到的地標或繪製路線地圖的能力方面差異很大。研究人員認為，那些無法識別捷徑或找到地標的人可能患有無法建立準確心理地圖的疾病。
紐科姆和她當時的博士生史蒂文·韋斯伯格的研究強調了心理地圖在導航中的重要性。他們要求294名志願者使用滑鼠和電腦螢幕在虛擬城鎮中沿著兩條路線導航。一旦志願者們學會了路線以及其中包含的地標，研究人員就要求他們站在一個地標處，並指向兩條路線上的其他地標。
研究人員在2018年發表在《心理科學最新方向》上的報告中指出，人們可以分為三類。有些人形成了良好的心理地圖：他們可以準確地指向同一條路線和不同路線上的地標。另一些人有良好的路線知識，但在建立綜合地圖方面有困難：他們擅長在一條路線內指向，但不擅長在路線之間指向。第三組人在所有指向任務中都表現不佳。
蒙泰洛說，構建和參考心理地圖的能力——一個人的測量知識——在很大程度上解釋了為什麼他們是更好的導航員。“當你唯一的技能是按路線思考的能力時，你就無法創造性地繞過障礙。”他說，測量知識賦予了創造性導航的能力。“這是一個非常驚人的差異。”
現在在佛羅里達大學的認知神經科學家韋斯伯格說，毫不奇怪，更好的導航員也可能更擅長切換模式，併為他們所處的情況選擇最合適的導航策略。這可能意味著當地標明顯時使用地標，當需要更復雜的計算時使用心理地圖。
“我已經轉向認為，我們更好的導航員也在使用許多替代策略，”韋斯伯格說。“而且他們以更靈活的方式這樣做，從而提供了不同型別的導航，這樣當他們發現自己身處新環境時，他們就能更好地找到方向。”
例如，當韋斯伯格在他現在居住的蓋恩斯維爾周圍走動時，他會注意北方，因為這在一個街道呈規則網格狀的城市裡很有效；當他回到費城曲折的街道時，他更多地依賴其他線索來保持方向感。
研究人員尚不清楚，每個差勁的導航員是否僅僅是不擅長測量知識，或者是否有些迷路的人可能在其他導航子技能方面失敗，例如記住地標或估計行駛距離。無論哪種方式，差勁的導航員能做些什麼來提高呢？這仍然是一個懸而未決的問題。“我們都有自己的理論，”加州大學歐文分校的認知神經科學家伊麗莎白·克拉斯蒂爾說，“但它們還沒有達到測試的水平。”
GPS的利與弊
僅僅練習似乎應該有效——而且，實際上，在實驗室實驗中確實如此。“我們可以提高人們在虛擬環境中的導航能力，”亞利桑那大學的認知神經科學家阿恩·埃克斯特羅姆說。大約需要兩週時間才能顯示出相當顯著的進步——但目前尚不清楚人們是否真的變得更擅長導航，還是僅僅變得更擅長在實驗中使用的特定虛擬環境中找到方向。
人們可以透過練習來提高的觀點也得到了人們停止使用導航技能時發生情況的研究的支援。例如，在2020年發表在《科學報告》上的一項研究中，蒙特利爾麥吉爾大學的神經科學家路易莎·達赫瑪尼和維羅尼克·博博特招募了50名年輕人，並詢問了他們一生中使用GPS駕駛的經歷。然後，他們在需要他們在沒有GPS的情況下導航的虛擬世界中測試了志願者。他們發現，最重度的GPS使用者表現更差。三年後對其中13名志願者的後續調查顯示，在間隔期間最常使用GPS的人，他們在沒有GPS的情況下導航的能力下降幅度更大，這強烈表明，對GPS的依賴會導致技能下降，而不是糟糕的技能導致更多地使用GPS。專家還建議，像烏塔爾這樣的苦苦掙扎的導航員可以嘗試更多地關注羅盤方向或突出的地標，以此將他們的移動整合到心理地圖中。對於韋斯伯格來說，他以綜合的方式學習空間的唯一方法是關注主要的方位或突出的地標，如海洋。“我越關注，我就能更好地將事物與我腦海中的地圖聯絡起來。”他建議苦苦掙扎的導航員每天問自己10次北方在哪裡，必要時參考地圖。他認為，這可以幫助他們超越單純的路線知識。韋斯伯格指出，對於那些並不真正在意提高自己的技能，只要不迷路的人來說，還有另一種選擇：確保你的GPS在手邊。
本文最初發表於Knowable Magazine，這是年度評論的一項獨立新聞事業。註冊新聞通訊。