脑机启侦|五岁儿童就能在“小镇”里行走，研究揭示了大脑如何发展导航技能（05.07）
发布时间：2025-05-07 14:24:06 浏览量：18
许多行为研究表明，使用地标在广阔空间中导航（称为基于地图的导航）的能力要到 12 岁左右才会形成。埃默里大学的一项神经科学研究推翻了这一假设。通过结合脑部扫描和被研究人员命名为“小镇”的虚拟环境的实验，他们发现五岁儿童的大脑系统已经具备支持基于地图的导航的能力。
《美国国家科学院院刊》发表了这一研究成果，这是第一个证明这种认知能力存在于如此年幼的儿童身上的神经证据。“虽然大规模导航能力肯定会在整个儿童时期持续发展，但我们的研究结果表明，底层神经系统建立得相当早。”该研究的第一作者、埃默里大学心理学系博士后研究员 Yaelan Jung 说道。
01 绘制视觉大脑图谱
迪尔克斯在识别视觉皮层与面部、位置和物体处理相关的特定功能方面处于领先地位——这些功能是我们识别和感知世界的方式。他还开创了研究这些功能从婴儿期到成年期发展时间线的方法。功能磁共振成像（fMRI）技术为解答这些问题提供了一个窗口。这项无害、非侵入性的技术使用一块巨大的磁铁扫描大脑，并记录血液的磁性。它测量到大脑某个区域的血流量增加，这表明该区域更加活跃。
2024年，迪尔克斯和荣格发现，直到 8 岁，大脑中用于穿过周围环境、避开边界和障碍的系统看起来才像成年人的。“这似乎违反直觉，”迪尔克斯说。“大多数孩子两岁前就能走路了。然而，帮助你在周围环境中行走的大脑系统却要到相对较晚的时候才开始像成年人一样发育。”
迪尔克斯和荣格提出了一个理论，认为基于地图的导航能力看似更复杂、更精密，但实际上发展得更早。他们指出，甚至在孩子们能够正常行走之前，他们就被抱着从一个房间走到另一个房间，被放在婴儿车里从一个地方带到另一个地方，这让他们基本上能够构建出一幅周围环境的地图。
02 从“神经村”到“小镇”
对于当前的论文，他们为五岁的儿童创建了实验方案来检验他们的理论。
他们从一个名为“神经城”（Neuralville）的虚拟城镇入手，该城镇由迪尔克斯实验室为一项成人研究开发。在对埃默里儿童研究中心注册的五岁儿童进行测试时，荣格很快发现“神经村”对他们来说有点太复杂了。她简化了模型，将其变成一个三角形，并称之为“小镇”。三角形的每个顶点都由独特的景观构成，包括山角、树角和湖角，而不是基本方向。
她为小镇设计了六个建筑，其中两个属于儿童普遍感兴趣的类别：冰淇淋店、游乐场和消防站。
熟悉之后，她对他们的知识进行了测试。她向一个孩子展示了“小镇”的静态图像，并问了一些问题，例如：“你看到“小镇”里的这栋建筑了吗？它在山角吗？”大多数孩子通过了这项测试并进入了下一阶段：扫描训练。研究人员向参与者解释说，扫描仪就像一台相机，他们需要保持静止，这样当他们在机器中执行任务时，照片就不会模糊。
随后，孩子们被训练完成类似游戏的任务，根据《小镇》中的配对图像按下按钮。例如，如果屏幕上显示某个消防站的图片和山脉的图片，他们需要在“小镇”场景正确匹配的情况下按下按钮。在进入真正的扫描仪进行实验之前，参与者们先在模拟扫描仪上练习了这项任务。“我们给了他们一条毯子和一个枕头，让他们感觉舒适，并解释说，他们将在自己的私人影院里看电影，”荣格说。“他们非常喜欢这个主意。”
最终数据显示，五岁儿童能够学习地图并将其记在脑中。为了做到这一点，他们运用了大脑中专门负责编码地图上建筑物位置的区域——RSC，这使我们能够从一个地方导航到另一个地方。
03 为临床奠定基础
迪尔克斯实验室目前正在通过制定针对幼儿的协议，深入研究大脑如何发展识别和移动世界的能力。事实证明，他们比婴儿和五岁儿童面临的挑战更大。“两三岁的孩子基本上不听你的话，”郑女士说道，她是一个三岁孩子的母亲。她和她的实验室同事正在尝试使用扫描仪的纸板模型、卡通和 Cheerios 等材料进行实验。
“探索人类如何运用大脑不同区域进行复杂行为，以及这些区域如何随着年龄和经历的变化而变化，这非常有趣，”荣格说道。“我们正在为临床应用奠定基础，包括更好地理解典型和非典型的神经发育。”
新闻来源：Science Daily
论文参考：DOI:10.1073/pnas.2503569122
