空間認知知多少？

空間認知是指人們對物理空間或心理空間三維物體的大小、形狀、方位和距離的信息加工過程。研究認知的基本特征和生理機制，并將研究成果應用到工業設計中去，已經取得了成效，促進了工作效率的提高。

如今，認知工效學界對空間認知的研究主要分為對心理空間視覺和物理空間視覺的研究。心理空間視覺是指心理表象、心理掃描和心理旋轉等信息加工過程。這方面的研究國外在上世紀70年代初就已開始，經過幾十年的發展，不僅進行了基本特征和生理機制的分析，還注重了向實際應用接軌；物理空間視覺方面研究的是影響三維物體認知的客觀因素和深度視覺的神經生理學基礎。

飛行中的空間認知難在何處？

地面上，依靠地平線和參照物體的高度、寬度、明暗度等就可以判斷欲識別物體的大小、相對位置及運動情況。當在空中沒有更多的參照信息時，人的空間視覺定向能力就顯得很重要了。

飛行中，各種儀表和舷窗幫助飛行員判斷飛機的位置。在地貌與天空的顏色及亮度差別很大時，即使出現應激（人類和動物在經歷和體驗某種過度情境時產生的一種心理生理狀態，又稱緊張），飛行員也容易做出反應；當在大海與天空間晝飛或夜航時，舷窗外參考線索太少，倒飛時間過長，飛行員會忘記自身狀態，產生飛行錯覺，即使座艙中的儀表顯示了高度的變化，他仍然堅信自己的感覺，直至飛機貼近海面。沿軌道飛行的航天器，艙外是漆黑的太空，外界可依賴的視覺信息更少。艙內航天員依靠儀表指示來判斷飛船的姿態；執行出艙活動時，空間認知能力就顯得格外重要了。許多航天員在太空作業時，普遍存在著空間定向障礙和信息缺乏的感覺，不過這種癥狀在返回地面后不久就自行消失。由此可見，空間認知能力是從事飛行職業所必備的，與飛行能力緊密相關，對飛行員和航天員進行空間認知能力的選拔與訓練非常必要。

一般認為，空間認知能力包括準確知覺外界的能力、對知覺到的客體進行改造和修正的能力以及重建視覺經驗的能力。人的空間認知能力是有個體差異的，受性別、個性、睡眠充分與否、身體姿勢、情感和意識等多種因素的影響，但在一定程度上可以通過適當地訓練提高。

空間認知的生理機制

生理心理學界對空間認知的生理機制進行了多層次的深入研究。由于人的視網膜是平面的，在平面視網膜的基礎上產生深度知覺（一般把物體距觀察者距離的知覺和立體知覺合稱為深度知覺），必須依靠人體自身和環境提供的各種深度線索。這些線索包括：眼肌調節的線索；憑過去經驗形成的單眼線索，如遮光、空氣透視、結構級差和運動視差等；以及雙眼視差。

在自然環境中觀察一個物體時，由于兩只眼睛之間相距約65毫米，所以兩眼是從不同角度獲取信息的，在左眼和右眼視網膜上，分別感受著不完全相同的刺激，形成雙眼視差，這樣兩眼不相應部位的視覺刺激以神經沖動的形式傳到大腦皮層，以尚不清楚的方式整合起來，產生一個單一的具有深度感的視覺像，便產生立體知覺（一般把物體各部位相對距離的知覺稱為立體知覺）。人對空間對象的立體感覺主要來自雙眼視差的橫向視差。1970年以前，對于中樞系統在深度視覺產生機制中起何作用還是一個不解之謎。1970年，科學家通過實驗發現，兩眼不同側的視網膜刺激必須有大腦兩半球的共同活動才能引起雙眼融合和深度知覺。兩眼鼻側視網膜的神經纖維在視交叉處交叉后進入異側兩半球皮層；而兩眼顳側視網膜的神經纖維并不交叉，它們各自進入同側半球的大腦皮層。因此，腦割裂病人對正前方的對象既不能產生雙眼融合，也不能有深度視覺，他們只對視野中一側的刺激有深度知覺。

實際上，我們并不意識到自己是在用兩只眼睛進行觀察，空間的物體似乎是由一只眼睛知覺到的，兩只眼睛的共同活動實現了一個完整的感覺器官的功能，這個假象的眼睛被叫做中央眼。這個中央眼負責知覺方向和距離，并對空間的物體進行定位。中央眼的概念對于我們理解深度視覺的物理學原理和解釋立體視覺生理機制大有裨益。

通過生活經驗的積累，人們在反映外界三維空間時形成了一個內部的視覺表象空間體系，人們按照這個內部表象體系的空間坐標來調節自己在環境中的活動，確定所知覺物體的空間方向并在心理上對物體的空間關系進行操作。

空間認知研究的應用方興未艾

近二三十年來隨著美國和歐洲航天計劃的不斷深入，國際空間科學領域的研究也廣泛地開展起來。通過分析人類認識三維世界的生理學和心理學的機制，用空間認知的概念和計算機技術建立起來的虛擬現實（Virtual Reality）系統在工業、商業、軍事領域方興未艾。航空航天領域內虛擬現實技術在飛機制造、太空儀器修復訓練和出艙活動訓練方面應用前景也十分看好。因此空間認知問題逐漸成為認知心理學界和工效學界注意的焦點并非意外。目前，空間表象的分析技術既是研究技能本質的前提，又是研究認知及人的心理空間與物理空間關系的一種有效手段。

空間認知能力對于飛行員在應激狀態下處理突發事件的靈活性很有幫助。雖然空間認知能力的高低不同有先天的成分，但也可以通過后天的訓練加以提高。這個能力的高低可以通過用各種測驗和量表對飛行員打分后獲得。目前國內還未出現一套適用于我國飛行員選拔的視覺空間能力調查量表。而國外在飛行員選拔方面，已經制定了多套量表。

在美國約翰遜航天中心，科研人員為航天員在微重力環境下的訓練開發了一套儀器及相關程序，目的在于減緩航天運動病的發生。其理論依據就是如果心理旋轉對減緩在虛擬環境系統中的運動病和提高訓練成績很重要，那么心理旋轉測驗可以使得航天員對因虛擬環境系統訓練所引起的運動病變得不敏感，并增加其成功操作虛擬環境系統的可能性。

空間定向障礙是飛行員飛行中經常遇到的情況。不過，有困難就會有解決困難的方法，現有的方法主要是通過研究影響空間認知的主客觀因素，設計出相應的軟、硬件設備。再加以生物反饋的方式，模擬空間定向障礙，訓練飛行員控制錯誤的空間知覺，施以正確的操縱能力，降低應激水平。目前已經模擬的空間定向能力訓練有儀表視覺空間定向能力訓練和海空飛行定向能力訓練。我國開展較早的空間視覺的研究主要集中在飛行錯覺方面，研究涉及飛行錯覺調查、飛行錯覺發生機理、地面與空中模擬飛行錯覺、心理生理訓練、前庭功能與飛行錯覺和飛行錯覺的鑒定、預防及治療等。

【責任編輯】唐宇