城市导航的神经心理学相关因素：27年功能性神经影像学研究的元分析

《Journal of Environmental Psychology》：The neuropsychological correlates of urban navigation: A meta-analysis of 27 years of functional neuroimaging studies

　　导航城市环境需要复杂的认知处理，但神经机制尚未明确。本文通过整合27年来的功能磁共振成像和正电子发射计算机断层扫描数据，发现支持城市导航的神经网络包含双侧边缘带、辅助运动区、海马体、后扣带回等区域，并揭示路线导向与调查导向导航的神经差异：前者激活右前额叶和顶叶，后者涉及丘脑和岛叶。结果显示性别、年龄和方法学差异对结果无显著影响，为未来研究神经可塑性及导航辅助技术提供了新框架。

　　在现代城市生活中，导航是一项不可或缺的技能。无论是日常通勤、探索新区域，还是应对突发的环境变化，人类都需要灵活运用多种认知策略来完成导航任务。然而，尽管已有大量关于空间导航的研究，我们对支持城市导航的神经机制仍然了解有限。本文通过一项全面的元分析，整合了过去27年的功能性磁共振成像（fMRI）和正电子发射断层扫描（PET）研究数据，旨在揭示城市导航过程中涉及的神经网络及其在不同导航策略下的表现差异。

城市导航涉及复杂的认知处理，包括对空间结构的感知、对动态刺激的反应以及对灵活策略的运用。因此，导航任务不仅需要对环境的直接感知，还需要对空间信息的整合与应用。例如，人们可能依赖地标（egocentric reference frame）来记住路径，或者利用更全局的空间认知（allocentric reference frame）来形成城市地图。这种复杂的导航行为涉及多个脑区的协同工作，而不仅仅是传统上被认为与空间认知密切相关的海马体和内嗅皮层。

在研究过程中，我们采用了一种先进的元分析方法——Signed Differential Mapping-Permutation of Subject Images（SDM-PSI），对26个实验对比进行分析，共涉及296名健康成年人。该方法通过数据驱动的方式，能够更精确地识别出与导航任务相关的脑区，并有效控制方法学上的异质性。通过这一分析，我们发现了一系列一致的激活区域，包括双侧中扣带回、辅助运动区、海马体、后扣带回、楔前叶、前额叶区域、小脑VI叶以及纹状体等。这些区域共同构成了支持城市导航的神经网络。

值得注意的是，尽管研究结果中没有发现性别、年龄或样本规模对导航激活模式有显著影响，但这些因素在城市导航任务中的潜在作用仍值得进一步探讨。此外，我们还进行了子分析，以比较基于路径和基于地图的导航策略在激活模式上的异同。结果显示，基于路径的导航策略主要激活了右内侧额下回，而基于地图的导航策略则主要涉及丘脑和岛叶。这表明，尽管两种策略共享一些共同的神经基础，如海马旁回和楔前叶，但它们在特定脑区的激活模式上存在显著差异，这些差异可能反映了不同的认知需求和处理方式。

进一步分析发现，基于路径的导航策略通常涉及更具体的环境线索和序列决策，因此需要更多的执行控制和注意力资源。而基于地图的导航策略则强调对空间关系的整体理解，可能更多依赖于整合环境信息和内部空间表征的能力。这种策略的差异不仅体现在激活的脑区上，还可能影响个体在不同环境下的导航效率和准确性。

通过比较基于路径和基于地图的导航策略，我们还发现了一些共同的激活区域，这些区域可能在两种策略中都发挥着重要作用。例如，中扣带回和辅助运动区在两种策略中都表现出显著激活，这可能与导航过程中所需的计划和执行功能有关。此外，海马旁回和楔前叶的共同激活表明，这些区域在处理环境信息和空间记忆方面具有重要作用，无论采用哪种导航策略。

在方法学上，我们采用了严格的筛选标准，确保所有纳入研究均符合特定的条件，如实验设计、参与者特征以及激活分析的类型。这有助于减少研究间的异质性，提高结果的可靠性和可比性。此外，我们还通过后验分析评估了不同研究之间的效应大小异质性，并发现这些异质性相对较低，说明我们的研究结果具有较高的稳定性。

本研究的一个重要贡献在于，它揭示了城市导航涉及的神经网络不仅包括传统上认为与空间认知相关的区域，还涉及更广泛的脑区，如前额叶和小脑。这些发现可能对未来的导航辅助技术和空间认知障碍的干预措施具有重要意义。例如，通过了解不同导航策略所涉及的脑区，可以为开发更符合个体需求的导航系统提供理论依据。

此外，研究还强调了城市环境的复杂性对导航策略选择的影响。在不同的城市结构、熟悉程度和环境条件下，个体可能会采用不同的导航方式。因此，未来的研究需要更多关注这些变量如何影响导航行为及其神经基础。同时，随着技术的发展，虚拟现实（VR）和增强现实（AR）等工具可以为研究城市导航提供更接近现实的实验环境，从而更准确地模拟和分析导航过程。

在讨论部分，我们进一步探讨了这些发现的理论和实践意义。首先，这些结果与当前关于空间导航神经机制的研究形成了补充，表明除了海马体和内嗅皮层外，其他脑区如前额叶、中扣带回和小脑在城市导航中也扮演着关键角色。其次，这些发现可能对理解空间认知障碍，如阿尔茨海默病、轻度认知障碍和精神分裂症等，提供新的视角。例如，这些疾病可能影响某些关键脑区的功能，从而导致导航能力的下降。

最后，本文还指出了当前研究的一些局限性。首先，由于我们采用的是基于坐标的方法，因此在空间分辨率上可能受到一定限制。尽管这种方法能够有效减少异质性，但其结果仍需结合其他更精细的神经成像技术进行验证。其次，研究对象仅限于健康成年人，未来的研究需要纳入不同年龄和健康状况的群体，以更全面地理解城市导航的神经机制。此外，本文还强调了研究方法和实验设计的重要性，指出在未来的实验中，应更多关注个体差异和环境因素如何影响导航策略的选择和执行。

综上所述，本研究通过系统的元分析，揭示了城市导航过程中涉及的神经网络及其在不同导航策略下的表现差异。这些发现不仅深化了我们对空间认知机制的理解，也为未来的研究提供了新的方向和方法论上的借鉴。随着神经科学和城市研究的不断发展，我们期待更多的跨学科合作，以进一步探索城市导航的神经基础及其在现实世界中的应用价值。