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

埃默里大学的一项神经科学研究反驳了这一假设。通过结合脑部扫描和被研究人员称为"迷你小镇"（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系统。

这项发表在《美国国家科学院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences）上的发现，首次为幼儿具备这种认知能力提供了神经学证据。

"虽然大规模导航能力确实在整个孩童时期持续发展，但我们的研究结果表明，其背后的神经系统的确立时间惊人地早，"该研究的第一作者、埃默里大学心理学系博士后叶兰·荣格（Yaelan Jung）表示。

"基于地图的导航能力并非需要十年或更长时间才能形成，而是在一半时间内就开始运作，"心理学副教授、该研究的资深作者丹尼尔·迪尔克斯（Daniel Dilks）补充道。"五岁儿童拥有能让他们在微型虚拟小镇中找到路径的脑系统。他们不仅知道山区的冰淇淋店不同于湖区的冰淇淋店，还懂得如何穿行街道到达每家店铺。"

绘制视觉脑图

迪尔克斯在研究视觉皮层中与面孔、地点和物体处理相关的特定功能领域处于前沿地位——这些功能关乎我们如何识别环境并进行空间导航。他还在开创研究这些功能从婴儿期到成年期发展时间线的方法。

"神经科学中的两个基本问题，"他解释说，"是知识如何在大脑中组织以及这些知识的起源。换句话说，你天生具备什么知识？这些知识如何随着成长而发展？"

功能性磁共振成像（fMRI）技术为探索这些问题提供了窗口。这种无害、非侵入性的技术使用巨型磁体扫描大脑并记录血液的磁特性。它通过测量流向特定脑区的血流量增强来指示该区域更为活跃。

在近十年的成人研究中，迪尔克斯实验室揭示了大脑中三个场景选择性区域执行独立、非重叠的任务：海马旁位置区（PPA）让我们识别地点并将其分类；压后皮层复合体（RSC）将地点映射到更大空间中的正确位置，从而实现地点间的导航；枕叶位置区（OPA）使我们能在即时环境中走动，避开边界或其他障碍物。

"目前我们无法解决大多数神经问题，"迪尔克斯说。"但通过持续深入了解大脑的正常发育和运作机制，当出现问题时，我们离修复它的目标就更近一步。"

行走导航 vs 基于地图的导航

2024年，迪尔克斯和荣格发现，用于在即时环境中行走、避开边界和障碍物的脑系统直到8岁才发育成熟。

"这似乎有悖直觉，"迪尔克斯表示。"多数儿童两岁前就能行走。然而帮助你在周边环境中行走的脑系统却相对较晚才开始显现成人特征。"

迪尔克斯和荣格提出理论：看似更复杂精密的基于地图导航能力反而发展得更早。他们注意到甚至在幼儿行走不稳时，孩子就被抱着穿梭于房间之间、用婴儿车带到各处，这本质上使他们能构建周围环境的地图。

在最新论文中，他们为五岁儿童设计了实验方案来验证该理论。

研究起点是迪尔克斯实验室为成人研究开发的虚拟小镇"神经维尔"（Neuralville）。该小镇由环绕中央广场的八座建筑组成，道路布局基于四个基本方位。

在与埃默里儿童研究中心注册的五岁参与者测试中，荣格很快发现神经维尔对幼儿导航而言过于复杂。她简化了模型，将其改成三角形布局并命名为"迷你小镇"。三角形各顶点由独特景观界定：山角、树角和湖角取代了基本方位。

她为迷你小镇创建了六种建筑，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。

让科研充满乐趣

荣格指出，与儿童参与者合作实验需要创造力和耐心。

"我们既要解决试图回答的科学问题，"她解释道，"也要确保参与研究的孩子过得愉快。我们希望他们带着对科学的美好印象离开。"

荣格首先让孩子用电脑方向键在虚拟小镇街道中移动并到达不同地点来熟悉环境，接着邀请孩子自行操作。"令人着迷的是他们操作得如此熟练，"她说。

熟悉环节后是知识测试。她向孩子展示迷你小镇的静态图像并提问：你在迷你小镇见过这个建筑吗？它在山角吗？

多数孩子通过测试后进入下一阶段：扫描训练。

荣格将训练过程转化为孩子与成年实验员互动的游戏。成人会指向孩子说："不许动！"

"孩子们乐此不疲！他们特别喜欢让房间里的成年人定格，"荣格说。"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照相机，在机器内执行任务时必须保持绝对静止以防成像模糊。

随后训练孩子们完成游戏式任务——根据迷你小镇的成对图像按按钮。例如，若特定消防站图像与山脉图像同时出现，当该组合符合小镇布局时需按键响应。

参与者进入真实扫描仪前在模拟设备中练习任务。"我们提供毛毯和枕头营造舒适感，解释说他们将在私人影院看电影，"荣格说，"这个说法很受他们欢迎。"

最终数据表明五岁儿童能学习并记忆地图。实现该功能时，他们动用了RSC脑区——这个专门负责在地图中编码建筑位置、支持地点间导航的脑区。

锦上添花的是所有研究参与者——包括研究人员——都享受了整个过程。

"和孩子们共事非常有趣，"荣格说。"我发现五岁是扫描儿童的黄金时期，他们通常不畏惧新事物。"

迪尔克斯实验室正通过制定幼儿实验方案，更深入研究大脑如何发展识别环境和空间移动的能力。

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，"三岁孩子母亲的荣格坦言。

她和实验室成员正在尝试用硬纸板模拟扫描仪、卡通片和麦圈（Cheerios）等策略。

"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变化，这极具吸引力，"荣格表示。"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。"