心理学笔记，15:人的大脑认知地图

老鼠大脑皮层的冠状部分

一，一项令人吃惊的大脑研究最新发现

上面的图片是发表在最新科学（Science）上的一篇文章中提供的，显示了对实验鼠大脑研究的一项最新成果，展示了大脑发展的新发现。图片中是实验鼠大脑新皮层的冠状部分（coronal section of the neocortex in a juvenile mouse）图中绿色部分是免疫细胞化学双重染色的小神经胶质（microglia），红色部分为抑制性中间神经元，（inhibitory interneurons），而蓝色部分是对比染色的细胞核。（nuclear counterstaining）

人类大脑包含着数十亿相互连通的神经元。不同神经网络构成类似神经社区一样完成不同的任务：一些神经网络协调发出运动指令，另外一些则是计划一顿完美的晚餐。

成熟的大脑是一个非常复杂的神经网络、神经元结构和神经束的结合体。就像现代大城市一样和组成城市的不同社区单元一样。研究发现，大脑的运行模式，和大脑的一些发展限制，导致大脑中增生的神经元，构成了成年人大脑的现状。

就像城市由硬件和软件的基础设施构成一样，城市路网等硬件设施和城市管理条例等软件设施，决定了城市的框架结构；大脑中神经元的安置方式和神经元的应对外界刺激反射功能，构成了成年人的大脑发展现状。

这些神经元和辅助细胞（accesory cells），需要源祖细胞或者前体细胞来产生（progenitor cells）。在大脑发育早期，源祖细胞变形产生不同的细胞类型，通过转录因子（shifting cascades of transcription factors）的转移叠加瀑布效应，每一个新生的神经元都在大脑发展的特殊时间和大脑区域形成。

神经胶质（绿色部分），原来被认为是神经发展的观望者（bystanders in neurodevelopment），现在发现不是这样。随着神经元的移动，放射状的神经胶质也是神经网络和神经线路的建设者。

免疫系统原来被认为排除在大脑功能之外，现在发现也是对大脑形成至关重要：神经胶质细胞通过调节控制神经回路的形成，以及传导人体生理信息信号。

从这里可以看出，人体大脑的神秘探幽之路还不知道有多远。

在上世纪初期，人们研究大脑认知路径的时候，还没有办法也没有仪器能够追踪到大脑内部的活动变化对外部刺激的反应。但是，在上世纪初，一些心理学家就开始研究大脑认知路径（cognitive maps in rats and men），这里面就有杰出的爱德华.托尔曼。（Edward. C. Tolman）

二，上世纪心理学家爱德华托尔曼的大脑认知地图

1，在上世纪初，行为主义盛行的时候，卜夏尔（Bouchard）揭示了遗传基因对于人们行为和性格的影响，沃特森（Watson）关于小艾尔伯特的条件反射行为形成研究，和哈洛（Harlow）的关于婴儿喜好迷恋的研究，都是对于行为主义学派对于传统心理学对于人们行为研究的挑战。

在这里爱德华.托尔曼关于人们学习和认知行为的研究成为最为重要的研究。因为当时研究者大多关注于条件反射理论对于行为的研究，通过观察对外界的固定刺激可以研究结论；但是对于无法观察的，大脑内部的精神活动则是未知领域。

爱德华.托尔曼的研究奠定了认知行为主义的基础。（cognitive behaviorism）爱德华.托尔曼的研究总结为大脑认知路径（cognitive maps, or mental representation）。

设想某一刻，你想从家里出去到中心广场购物中心。想法产生的时刻，你的脑海里，可能已经浮现出你从家里到购物中心的路线，经过几条街，坐几路公交，转几个弯，经过几个十字路口，然后到达目的地。你脑海中出现的从家到目的地的路径图，就是大脑心理表征或者大脑认知路径。

与其他专注外部刺激条件反射行为研究不同，爱德华.托尔曼认为如果对于外部刺激产生的反应不对大脑内部精神活动过程进行研究，就不可能完全理解学习过程和大脑的真正本性；他同时认为虽然当时限于条件不能直接观察大脑内部神经元对外部刺激的反应，但是可以从观察的行为中进行科学和客观的推理。

因此，他的实验对象是当时流行的实验鼠迷宫学习。

2，实验鼠迷宫潜伏学习实验（latent learning experiment）

通过对三组实验鼠迷宫学习实验，爱德华.托尔曼的研究发现，在学习结果没有食物奖励的条件下，实验鼠的迷宫学习效果是缓慢的，进展不快的。

在迷宫末端设置了食物，也就是努力学习尝试成功之后有奖赏的条件下，学习效果和学习效率大大提高。

3，实验鼠空间方向感试验（spatial orientation experiment）

空间方向感实验 实验结果

在爱德华.托尔曼和同事们进行的实验鼠空间方向感实验中，通过简单迷宫和阳光放射状迷宫（simple maze and sunburst maze）实验，在放射状迷宫的12个选项中，聪明的实验鼠似乎更倾向于更广视角一些的路径6，也就是在简单迷宫学习中反复激励训练学习的出口地点，也就是提供食物奖励的地点。

在总结分析他的实验报告的时候，爱德华.托尔曼认为大脑认知似乎具有更为广泛的综合概念地图，也就是即使面对障碍时的方向感。

在1948年的后续文章中，爱德华.托尔曼进一步阐述大脑认知可能介于狭隘带状认知路径和综合认知路径（narrow strip maps and broader comprehensive maps）。当人们拥有综合认知路径的时候，可以为人们感知社会环境带来优势；当人们只有狭隘的带状认知路径的时候，会带俩一些负面的状况，比如精神疾病或者歧视、偏执等。这已经延伸到了社会心理学的研究范畴。

4，爱德华.托尔曼的认知学习理论（cognitive learning）在行为科学上已经发展成认知心理学（cognitive psychology）

认知心理学是研究大脑内部，当时不能被人观察到的认知过程的心理学。现在的科学发展，已经让大脑研究成果遍地开花。

在当时，内心（mind）被盛行的学术界拒绝是物质的客观存在，认知心理学扭转了这样的局面。现在则认为对外界的刺激，内心经历认知、获得、思考、期望、记忆和分析，（perceiving, attending, thinking, expecting, remembering, analyzing）过程，与对于刺激的行为反应同样重要。

5，环境心理学的发展

爱德华托尔曼的认知地图研究结果，影响了心理学的另一个领域环境心理学。环境心理学研究关于人们行为和环境之间的相互影响关系。

环境心理学的关注你经历和你生活周边的环境事物，成为环境认知（environmental cognition）。环境心理学价不仅关注人们如何理解他们周围的环境，而且关注如何把环境创造成或者设计成适合人们大脑认知路径过程的样子。

1960年，环境心理科学家林奇（Lynch）提出了我们认知环境的五个分类：路径，边界，节点，区域和地标（paths, edges, nodes,districts, and landmarks），现在已经广泛为城市规划设计采用为术语。

6，鸟类导航，因特网搜索引擎，男人天生方向感比女人强？

①地球上鸟类千里迁徙如何导航，曾经困扰自然科学家。

现在有研究应用托尔曼的认知地图理论，认为鸟类可能是依靠太阳的方位寻找地标，然后创造大脑中的认知路径为它们每年的千里迁徙候鸟奔波提供导航。

②利用你浏览因特网留下的大数据痕迹，搜索引擎可以分析你经过的网页，然后分析出你的网络认知路径或者偏好路径，然后有针对性给你推荐你最喜欢的认知路径，提高搜索引擎的效率。

③西方有句古老的谚语：男人永不迷失方向。（Men never ask for directions.）

2004年的一项研究表明，性别和性荷尔蒙水平与特殊路径的导航能力有关联。参与者身体内睾丸素（testosterone）水平高的人，在指路的准确性上也高，显示这些参与者对于环境的认知能力以及形成的环境认知路径要高一些。

三，延伸

1，大脑研究如火如荼，大脑发展潜力巨大，需要不断用新的刺激去产生新的神经突触，连接旧的、新的神经元，形成回路，也许新的思路火花就产生了。

2，大脑认知能力和路径，介于狭窄和广泛之间，人们需要不断拓展自己未知领域，尝试新鲜事物，挑战自我，让大脑认知路径不断拓展，你的认知地图也是在不断丰富。

原来有专门研究伦敦出租司机的大脑，因为伦敦市区的线路特别复杂，因此经常记忆复杂地图的出租车司机的大脑中负责记忆的海马体部分就不断发展发达起来。一旦停止开出租，也就是停止使用这部分地图记忆功能，又开始缩减。

3，人类和动物大脑对认知学习，都需要任务完成激励来促进。

这样的奖励，可以是物质的，也可以是精神的；既可以是外来的，也可以是自我设定的。因此，理解了这个原理，可以在促进学习上进行应用。