Children as young as five can navigate a 'tiny town'

埃默里大学的一项神经科学研究挑战了这一假设。通过结合脑部扫描和研究人员称为"微缩小镇（Tiny Town）"的虚拟环境的实验，他们证明五岁儿童已具备支持基于地图导航的脑部系统。

《美国国家科学院院刊》发表了这一发现，这是首个证明如此年幼儿童拥有该认知能力的神经证据。

"虽然大规模导航能力确实在整个童年期持续发展，但我们的研究结果表明，潜在的神经系统在极早期就已建立，"该研究第一作者、埃默里大学心理学系博士后研究员Yaelan Jung表示。

心理学副教授、研究资深作者Daniel Dilks补充道："基于地图的导航并非需要十年或更长时间，而是在一半时间内就已形成。五岁儿童拥有使其能在微型虚拟小镇中寻路的脑部系统。他们不仅知道山区的冰淇淋店不同于湖区的冰淇淋店，还懂得如何通过街道导航到达每家店铺。"

绘制视觉脑区图谱

Dilks在研究视觉皮层与面孔、位置及物体处理相关特定功能领域处于前沿——这些功能关乎我们如何识别世界并定向移动。他还开创了从婴儿期至成年期研究这些功能发展时间线的方法。

他解释道："神经科学中两个基本问题：知识如何在大脑中组织，以及这些知识的起源。换言之，哪些知识是与生俱来的？知识又如何随成长而发展？"

功能性磁共振成像（fMRI）技术为这些问题提供了观察窗口。这种无害无创技术利用巨型磁体扫描大脑并记录血液磁性属性。通过检测流向脑区的血流量增加，可判断该区域的活跃程度。

在近十年的成人研究中，Dilks实验室发现大脑中三个场景选择区域执行独立、非重叠的任务：海马旁位置区（PPA）使我们识别地点并将其归类；压后复合体（RSC）将地点映射到更大空间中正确位置，实现地点间导航；枕叶位置区（OPA）支持我们在直接环境中行走时避开边界和障碍物。

"目前我们尚无法修复大多数神经问题，"Dilks指出，"但通过持续深入了解大脑正常发育和运作机制，我们正不断接近在出现问题时修复它的能力。"

行走导航 vs 基于地图导航

2024年，Dilks和Jung发现用于在直接环境中行走、避开边界和障碍物的脑部系统，直到8岁才发育成熟。

"这似乎违反直觉，"Dilks表示，"多数儿童两岁前就能行走，但协助你在直接环境中活动的脑部系统却相对较晚才开始呈现成人特征。"

Dilks和Jung提出理论：看似更复杂的基于地图导航能力反而发展更早。他们观察到，儿童甚至在能稳步行前就已被抱着穿梭于房间之间，或通过婴儿车在不同地点移动，这实质上使其能够构建环境认知地图。

在当前论文中，他们为五岁儿童设计了实验方案来验证该理论。

研究始于Dilks实验室为成人研究开发的虚拟小镇"神经维尔（Neuralville）"。该镇由围绕城镇广场的八栋建筑构成，街道按基本方位定向排列。

在埃默里儿童研究中心注册的五岁参与者测试中，Jung很快发现神经维尔对儿童导航过于复杂。她将范式简化为三角形布局，命名为"微缩小镇（Tiny Town）"。小镇三点由独特地貌界定：山角、树角和湖角取代了基本方位。

她为微缩小镇创建了六栋建筑，包含儿童普遍感兴趣的两类场所：冰淇淋店、游乐场和消防站。

让科学充满乐趣

Jung表示，儿童实验需要创造力和耐心。

"我们既要解决科学问题，"她解释道，"也要确保参与研究的儿童获得愉快体验。我们希望他们带着对科学的良好印象离开。"

Jung先引导儿童用电脑方向键在虚拟街道移动熟悉小镇，然后邀请他们自主操作。"孩子们的精湛表现令人惊叹。"她说。

熟悉阶段后进行知识测试：向儿童展示微缩小镇静态图像并询问"这个建筑在小镇里吗？它在山角吗？"等问题。

多数儿童通过测试后进入扫描训练阶段。

Jung将训练转化为儿童与成人实验员互动的游戏。成人指向儿童说："冻结！"

"孩子们乐此不疲！尤其喜欢让房间里的成人定格，"Jung说，"他们会指着我们说‘现在轮到你了！’"

研究人员向参与者解释扫描仪如同相机，必须保持绝对静止才能在执行任务时获得清晰"照片"。

随后训练儿童完成游戏式任务：根据微缩小镇的配对图像按键响应。例如，当特定消防站图像与山脉图像同时出现时，若该组合符合小镇布局则需按键。

参与者进入真实扫描仪前在模拟设备中练习任务。"我们提供毯子和枕头营造舒适感，解释他们将在私人影院观看电影，"Jung说，"这个设定深受喜爱。"

最终数据显示：五岁儿童能学习并记忆地图。实现该能力时，他们动用了RSC脑区——该区域专门负责编码建筑在地图中的位置，支持地点间导航。

锦上添花的是，所有参与者（包括研究者）均享受了实验过程。

"与儿童共事充满乐趣，"Jung分享道，"我发现五岁是扫描儿童的理想时段，他们通常不畏惧新事物。"

Dilks实验室正通过设计幼儿实验方案，深入探究大脑识别环境与空间移动能力的发展机制。

幼儿比婴儿和五岁儿童更具挑战性。"两三岁的孩子基本不听指令，"身为三岁孩童母亲的Jung坦言。

她和团队成员正尝试用纸板扫描仪模型、动画片和麦圈等策略应对。

"探索人类如何运用不同脑区实现复杂行为，以及这些机制如何随年龄和经验演变，这极具吸引力，"Jung总结道，"我们正在为临床应用奠定基础，包括更深入理解典型与非典型神经发育过程。"