科學探索：彌補GPS造成的負麵影響


圖片來源：Pixabay
使用手機導航成了人類的第二天性。無論是要去一座新建的公園，或是在餐館和老友碰麵，又或者是出門跑腿，你隻要在手機上點擊目的地然後跟著導航走就行了。在GPS應用之前，探索一個陌生的地方或者尋路是需要好好準備一番的。我們需要動動腦子，查閱紙質地圖，做好規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，沒必要動腦子。隻需要跟著手機導航的轉彎指示，你就能到達目的地。不過你對方位的整體感知會下降。空間導航這一原本僅由人腦與感知係統負責執行的過程，如今已經被技術所取代。
不過，這麽做的話我們人類就是將自己的能力托付給了應用軟件。那代價是什麽？
大腦中有一些結構專門用於這些複雜的尋路任務。特別是海馬體，其與空間記憶、空間導航以及心象地圖生成密切相關。
人類學家甚至認為導航需求可能是所有記憶的起點（正如在Nicholas Carr所著的《The Glass Cage》一書中討論的那樣）。舉例來說，對類似於圓周率這種多位數數字的記憶法通常依靠“記憶殿堂”（或“軌跡記憶法”），由Cicero發揚光大，這種方法在心裏將數字存放於多層並且互相連接的房間中。於是可以在意念中導航並重新訪問記憶殿堂中的房間，從而複述出一長串數字。
用進廢退
隨著我們年齡的增大，我們的記憶力也會下降。盡管沒有健康衰老的靈丹妙藥，神經科學家們認為保持思維活躍是成功變老的關鍵之一。研究表明我們實際上可以通過探索與空間導航來訓練海馬體的記憶能力。與普通人相比，專業導航員比如倫敦的出租車司機因為其強大的空間映射能力以及對城市的多感官經驗而擁有更大的海馬體，
如果空間導航對健康老化和思維活躍如此重要，為什麽我們要把這項關鍵技能托付給我們的手機呢？GPS隻不過給出了每一步的路徑規劃，把我們當成沒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。反過來這也弱化了我們創建周圍環境的正確心象地圖的能力，並且對海馬體產生負麵影響，這對大腦健康很關鍵。
盡管技術進步顯然有很多好處，我們必須留心技術對大腦的影響。最終，我們的目標應該是以正確的方式創造與開發技術，以補充我們的大腦並且提高我們與周遭真實世界互相接觸、互相交流的機會。


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第一次革命：實物地圖
心象地圖源於直接經驗。在我們探索新環境時，大腦不斷地繪製出我們周圍的事物。同時我們動用所有的感官來學習並且記住我們周圍的環境，而不僅僅是利用視覺。在人類進化過程中，聽覺導航變得越來越重要，在狩獵采集時期人類會聆聽周圍環境並根據聲音行動，以此躲開捕食者、追蹤獵物和定位水源。最終，我們的大腦通過積極的探索能夠產生周圍環境的詳細地圖，這是演化過程中來之不易而又永不消亡的一種技能。
因而直到今天，當我們沿著現代城市的海邊漫步，我們能分辨出海鷗搶食麵包皮時發出的尖利鳴叫，或是迷霧中輪船靠岸時發出的低沉轟響。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。
但是隨著文明的擴張與發展，僅靠感官和記憶就很難長距離導航，人們不能僅憑感官到達另一個大陸。於是，作為人類文明的一場革命，地圖誕生了。早在公元前16,500年，當人們在洞穴牆壁上繪製顯示星星或景觀特征的畫作時，便已創建了基本的地圖。隨後，這些畫被刻在木頭或石塊上，以便在旅行時隨身攜帶。不過直到古希臘和中國王朝早期才出現了第一份紙質地圖。
實物地圖是一場革命。其在一張紙上包含了大量環境信息，但是正確地使用地圖不僅需要準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航，“異”表示“其他”，即地圖上的所有信息是按照其在環境中與其他特征或地標之間的聯係而顯示的。
與此相反，直接給出一套指向標誌是直接而且容易遵循的。指向標誌是典型的自中心導航， “自”表示“我”，即所有信息與使用者當下的位置與朝向有關係。但是，自中心導航的靈活性相當差，因為其僅參考單個位置並且隻包含廣闊環境信息中相當少的一部分。
使用實物地圖的難點是它很抽象，並且需要許多其他技巧來輔助地圖的使用，比如確定自身在地圖中所處位置的能力。的確，地圖與尋路技術息息相關。尋路工具能夠幫助自我定位，比如指南針、自然星空、經緯度和不斷修正的路標。這些工具在異中心導航中是必要的，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航員所需要的技能不是人人都能學會的。即使是商用飛機過去也需要在機上配備一位專業導航員，負責在地圖上確定飛機當前的位置以及航向變化。在個人層麵上，大部分人都不會奢侈到給自己雇傭一位導航員。家庭成員們會聚在桌子旁討論和規劃旅行的線路，然後指定一名家庭成員擔任導航員。


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GPS導航
衛星GPS的興起對導航是革命性的，同時隨著移動手機的興起，每個人都能擁有自己的導航員。我們可以隨性前往任何地方，幾乎不需要規劃與額外的導航員。GPS導航軟件支持自中心的導航，很容易遵循其給出的逐步規劃，比如“100米後右轉，然後左轉”，最後到達目的地。這些觸手可及的便利讓我們不再成為主動的領航者，我們在GPS的引導下成為了被動的行路人。
而且，許多研究也指出，與傳統的異中心導航方式比如紙質地圖相比，這些便捷的自中心導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，其比較了紙質地圖與穀歌地圖，結果表明後者的用戶在傳統記憶地圖任務中比如辨認位點或路標的表現明顯更差。
我們的問題是，我們能否找到一種方法，既能讓我們繼續使用GPS，同時又能減少現有GPS導航方式對我們記憶造成的負麵影響？
其難點在於開發GPS導航的替代形式，這種替代形式不僅要保留普遍易用性，同時要采用異中心的導航方式，從而更有可能強化用戶空間感知能力。
我們的研究發現，合理設計過的聲音信標可以提供了一種替代方案，能夠發展成為一種用戶參與度更高的自中心導航。與指導用戶左轉右轉最終達到目的地不同，我們將目標地點轉變成為一種可以辨識的聲音信標（前文所述聲音比如海鷗尖銳鳴叫或輪船低沉轟響的數字版本），通過耳機播放給用戶。我們的聲音導航應用，即Soundscape，類似於能讓信徒在很遠的地方聽到的教堂鍾聲或宣禮塔的禱告聲，能夠引導用戶朝聲音的位置前進。
不過為任何既定目的地創建的聲音信標沒有音量衰減，這樣用戶哪怕在很遠的地方也可以聽得見。在目的地聲音信標的幫助下，我們能從手機中聽到一家兩英裏外的藥房發出的聲響。隨後我們可以順著聲音走向它，但不像逐向導航，我們可以通過與沿路的環境進行互動以及直接探索從而建立空間感知。
在最近發表於《科學報告》的實驗中，我們指出通過聲音標識進行的感官導航在心象地圖生成中的表現優於逐向導航。
我們認為，這些結果至少部分源自於人們在該導航過程中成為了更加積極的角色。通過使用聲音標識，人們更多地探索並且與環境互動，均可證明異中心導航存在優勢並且有益於心象地圖生成。
我們懇請各位讀者在手機上下載Soundscape 軟件來嚐試使用聲音標識導航。Soundscape的開發團隊起初是為了保障盲人與視覺障礙人群的安全而設計了這款軟件，相較於逐向導航更穩健也更友好。如今這款軟件在七個國家為盲人進行了五十萬次導航。
自動化對我們大腦健康的傷害一直處在科技發展的風口浪尖，而聲音標識導航是我們如何步入這一時代的例子之一。技術不一定需要取代演化產生的能力或者讓我們遠離自然環境，反而通過合適的設計可以補充大腦處理的感官輸入。從這一角度看，基於聲音標識的GPS導航提供了令人信服的感官增強實例，能夠幫助人類與環境聯係得更加緊密。也許拒絕變成逐向導航的行屍走肉，我們能因此進一步地回歸人性、環境和生活。
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科學家與計算機科學家，她專注於人類感知與計算機科學的交叉領域。Gregory Dane Clemenson博士是加州大學爾灣分校的神經科學家，專精於空間導航與記憶。Amos Miller是微軟Soundscape項目的主管，隸屬於Microsoft Research Enable團隊。
翻譯：常灝傑
審校：曾小歡
引進來源：科學美國人


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