空间认知知多少？

空间认知是指人们对物理空间或心理空间三维物体的大小、形状、方位和距离的信息加工过程。研究认知的基本特征和生理机制，并将研究成果应用到工业设计中去，已经取得了成效，促进了工作效率的提高。

　　如今，认知工效学界对空间认知的研究主要分为对心理空间视觉和物理空间视觉的研究。心理空间视觉是指心理表象、心理扫描和心理旋转等信息加工过程。这方面的研究国外在上世纪70年代初就已开始，经过几十年的发展，不仅进行了基本特征和生理机制的分析，还注重了向实际应用接轨；物理空间视觉方面研究的是影响三维物体认知的客观因素和深度视觉的神经生理学基础。

　　

　　飞行中的空间认知难在何处？

　　

　　地面上，依靠地平线和参照物体的高度、宽度、明暗度等就可以判断欲识别物体的大小、相对位置及运动情况。当在空中没有更多的参照信息时，人的空间视觉定向能力就显得很重要了。

　　飞行中，各种仪表和舷窗帮助飞行员判断飞机的位置。在地貌与天空的颜色及亮度差别很大时，即使出现应激（人类和动物在经历和体验某种过度情境时产生的一种心理生理状态，又称紧张），飞行员也容易做出反应；当在大海与天空间昼飞或夜航时，舷窗外参考线索太少，倒飞时间过长，飞行员会忘记自身状态，产生飞行错觉，即使座舱中的仪表显示了高度的变化，他仍然坚信自己的感觉，直至飞机贴近海面。沿轨道飞行的航天器，舱外是漆黑的太空，外界可依赖的视觉信息更少。舱内航天员依靠仪表指示来判断飞船的姿态；执行出舱活动时，空间认知能力就显得格外重要了。许多航天员在太空作业时，普遍存在着空间定向障碍和信息缺乏的感觉，不过这种症状在返回地面后不久就自行消失。由此可见，空间认知能力是从事飞行职业所必备的，与飞行能力紧密相关，对飞行员和航天员进行空间认知能力的选拔与训练非常必要。

　　一般认为，空间认知能力包括准确知觉外界的能力、对知觉到的客体进行改造和修正的能力以及重建视觉经验的能力。人的空间认知能力是有个体差异的，受性别、个性、睡眠充分与否、身体姿势、情感和意识等多种因素的影响，但在一定程度上可以通过适当地训练提高。

　　

　　空间认知的生理机制

　　

　　生理心理学界对空间认知的生理机制进行了多层次的深入研究。由于人的视网膜是平面的，在平面视网膜的基础上产生深度知觉（一般把物体距观察者距离的知觉和立体知觉合称为深度知觉），必须依靠人体自身和环境提供的各种深度线索。这些线索包括：眼肌调节的线索；凭过去经验形成的单眼线索，如遮光、空气透视、结构级差和运动视差等；以及双眼视差。

　　在自然环境中观察一个物体时，由于两只眼睛之间相距约65毫米，所以两眼是从不同角度获取信息的，在左眼和右眼视网膜上，分别感受着不完全相同的刺激，形成双眼视差，这样两眼不相应部位的视觉刺激以神经冲动的形式传到大脑皮层，以尚不清楚的方式整合起来，产生一个单一的具有深度感的视觉像，便产生立体知觉（一般把物体各部位相对距离的知觉称为立体知觉）。人对空间对象的立体感觉主要来自双眼视差的横向视差。1970年以前，对于中枢系统在深度视觉产生机制中起何作用还是一个不解之谜。1970年，科学家通过实验发现，两眼不同侧的视网膜刺激必须有大脑两半球的共同活动才能引起双眼融合和深度知觉。两眼鼻侧视网膜的神经纤维在视交叉处交叉后进入异侧两半球皮层；而两眼颞侧视网膜的神经纤维并不交叉，它们各自进入同侧半球的大脑皮层。因此，脑割裂病人对正前方的对象既不能产生双眼融合，也不能有深度视觉，他们只对视野中一侧的刺激有深度知觉。

　　实际上，我们并不意识到自己是在用两只眼睛进行观察，空间的物体似乎是由一只眼睛知觉到的，两只眼睛的共同活动实现了一个完整的感觉器官的功能，这个假象的眼睛被叫做中央眼。这个中央眼负责知觉方向和距离，并对空间的物体进行定位。中央眼的概念对于我们理解深度视觉的物理学原理和解释立体视觉生理机制大有裨益。

　　通过生活经验的积累，人们在反映外界三维空间时形成了一个内部的视觉表象空间体系，人们按照这个内部表象体系的空间坐标来调节自己在环境中的活动，确定所知觉物体的空间方向并在心理上对物体的空间关系进行操作。

　　

　　空间认知研究的应用方兴未艾

　　

　　近二三十年来随着美国和欧洲航天计划的不断深入，国际空间科学领域的研究也广泛地开展起来。通过分析人类认识三维世界的生理学和心理学的机制，用空间认知的概念和计算机技术建立起来的虚拟现实（Virtual Reality）系统在工业、商业、军事领域方兴未艾。航空航天领域内虚拟现实技术在飞机制造、太空仪器修复训练和出舱活动训练方面应用前景也十分看好。因此空间认知问题逐渐成为认知心理学界和工效学界注意的焦点并非意外。目前，空间表象的分析技术既是研究技能本质的前提，又是研究认知及人的心理空间与物理空间关系的一种有效手段。

　　空间认知能力对于飞行员在应激状态下处理突发事件的灵活性很有帮助。虽然空间认知能力的高低不同有先天的成分，但也可以通过后天的训练加以提高。这个能力的高低可以通过用各种测验和量表对飞行员打分后获得。目前国内还未出现一套适用于我国飞行员选拔的视觉空间能力调查量表。而国外在飞行员选拔方面，已经制定了多套量表。

　　在美国约翰逊航天中心，科研人员为航天员在微重力环境下的训练开发了一套仪器及相关程序，目的在于减缓航天运动病的发生。其理论依据就是如果心理旋转对减缓在虚拟环境系统中的运动病和提高训练成绩很重要，那么心理旋转测验可以使得航天员对因虚拟环境系统训练所引起的运动病变得不敏感，并增加其成功操作虚拟环境系统的可能性。

　　空间定向障碍是飞行员飞行中经常遇到的情况。不过，有困难就会有解决困难的方法，现有的方法主要是通过研究影响空间认知的主客观因素，设计出相应的软、硬件设备。再加以生物反馈的方式，模拟空间定向障碍，训练飞行员控制错误的空间知觉，施以正确的操纵能力，降低应激水平。目前已经模拟的空间定向能力训练有仪表视觉空间定向能力训练和海空飞行定向能力训练。我国开展较早的空间视觉的研究主要集中在飞行错觉方面，研究涉及飞行错觉调查、飞行错觉发生机理、地面与空中模拟飞行错觉、心理生理训练、前庭功能与飞行错觉和飞行错觉的鉴定、预防及治疗等。

　　【责任编辑】唐宇