北京，城區(qū)四四方方、街道齊齊整整。

重慶，城區(qū)是個山間迷宮，外地人大都有過上橋-爬坡-下坡-迷路的經(jīng)歷。

到底哪個城市長大的人，路癡程度更高呢？

答：北京人。

這是真的，不是惡搞。

在最近一期的Nature封面文章中，研究人員發(fā)現(xiàn)：在空間拓撲結構復雜、信息熵值高的地方成長可以獲得更強的空間導航能力。

城市建得太規(guī)整，長大容易變路癡

毋庸置疑，環(huán)境的地理與文化性質(zhì)對人類的認知功能有影響。

比如在綠植環(huán)境生活的人不容易抑郁、在水泥森林底層生活的人則反之，等等。對于空間導航能力來說，亦是如此。

此前的研究表明，人類在復雜環(huán)境中找路時，不僅會激活海馬體甚至還能增加其后部的體積。

不過，一個人成長的環(huán)境如何影響其后天認知能力，相關研究仍然甚少。其中的原因主要有兩個：

人類活動環(huán)境的復雜度，遠比嚙齒動物的籠子更難定性和定量； 從生活在不同環(huán)境中的人群中收集大量樣本的認知數(shù)據(jù)，成本非常高。

左：倫敦；右：紐約

為了克服這些限制，研究人員通過嵌入在電子游戲中的認知任務，測試了來自全球38個地域的397162人的非語言空間導航能力。

并利用香農(nóng)提出的信息熵，建立了對街道網(wǎng)絡復雜性的衡量標準，從而對人類的空間導航能力進行量化。

經(jīng)過計算，研究人員得出了38個地域最大城市的平均街道網(wǎng)絡熵值 (SNE)：網(wǎng)格狀城市（例如芝加哥）的SNE較小，而結構更有機蕪雜的城市（例如布拉格）的SNE較高。

簡單來說就是，熵越小，城市街道網(wǎng)絡就越簡單、越有序。

上：阿根廷；下：羅馬尼亞

為了便于評價，研究人員定義了「找路表現(xiàn)」指標（wayfinding performance，WF），它在控制變量的同時，記錄了參與者在找路時的效率。

同時，研究人員還把參與者的找路能力和所在地域關聯(lián)了起來，并制作了一個線性混合模型（LMM）。

其中包括年齡、性別和教育的固定效應和地域的隨機效應，以及環(huán)境的隨機斜率：WFperf～年齡+性別+教育+（1+環(huán)境/地域）。

38個地域的SNE和環(huán)境效應（正值表示在城市以外長大的參與者有優(yōu)勢）

a. 不同地域之間的差異。b. 左：不同SNE的例子，低（美國芝加哥）和高（捷克布拉格）；中：街道方位的分布，以10°為單位分為36個區(qū)間；右：每個地域的平均SNE與環(huán)境效應大?。S機環(huán)境斜率）的關系。

總結來說，人們更擅長在與他們長大的地方拓撲結構相似的環(huán)境中找路，也就是城市以外長大的人更擅長在復雜空間中進行導航。

此外，人們空間導航的能力整體而言會隨著年齡的增長而逐漸衰退，不過，如果是在美國城市里長大的，那么你找路的能力相當于比同齡人老了5歲。

不同地域不同年齡組在找路時的表現(xiàn)

玩游戲老迷路的原因找到了

研究人員使用了游戲《航海英雄》（Sea Hero Quest）的數(shù)據(jù)庫，其中包含使用移動游戲《航海英雄》測量的390萬參與者的空間導航行為。

《航海英雄》的玩法涉及駕駛船只在虛擬海面上尋找生物，技能已被之前的醫(yī)學研究證明可以預測現(xiàn)實世界的導航能力。

在此研究中，研究人員專注于其中的探路任務，先向參與者展示了一張游戲內(nèi)地圖，該地圖指示開始位置和幾個關卡點的位置，參與者要按設定的順序找到。

為了提供對空間導航能力的可靠估計，研究人員只使用了至少到達11個游戲內(nèi)關卡點、并輸入所有自身相關信息的參與者的數(shù)據(jù)。

最后結果是來自38個地域的397162名參與者被納入研究對象。其中男性212143人（平均年齡37.81?±?13.59歲），女性185173人（平均年齡38.67?±?14.92歲）。

c、e. 分別為第42與68關所有玩家的軌跡熱圖，其中黑色三角為起始點，帶圈數(shù)字為參與者被要求達到的關卡記錄點；d、f. 分別為第42與68關部分玩家的軌跡示例。

g、h. 參與者在《航海英雄》「找路表現(xiàn)」與生長環(huán)境的相關性數(shù)據(jù)圖，次要指標分為為性別與教育程度兩種，橫軸為年齡?！逗胶Ｓ⑿邸贰刚衣繁憩F(xiàn)」為縱軸，并以參與者年齡的五年為一段分別。

研究人員確定了測試的對稱效果，即參與者在《航海英雄》游戲中不同空間拓撲結構的關卡的表現(xiàn)，是否與成長環(huán)境的空間拓撲結構產(chǎn)生的效果有對應關系。

研究人員的假設是，在更復雜空間拓撲的環(huán)境中長大的人，可能在《航海英雄》游戲中熵值更高的關卡中表現(xiàn)更好。相對應的，在規(guī)整城區(qū)長大的人可能在游戲的普通熵值關卡中表現(xiàn)更好。

研究人員用k-均值算法將不同地域的城市環(huán)境分為兩個「平均街道網(wǎng)絡熵值」 (SNE)的組別，包含了一個低SNE組和一個高SNE組。然后以類似方法定義了《航海英雄》游戲關卡的熵值，熵值分布程度的不同是基于游戲關卡的簡化維諾圖計算出來的。

為了在分析中包含盡可能多的空間拓撲結構的游戲關卡，研究人員對完成所有游戲關卡（75個關卡，最后篩剩9439名參與者）的參與者進行了以下分析，為參與者的「找路表現(xiàn)」擬合了兩個線性混合模型（LMM）：一個是來自低SNE地域的參與者（2021人），另一個是來自高SNE地域的參與者（7418人）。

兩個模型都控制了年齡、性別和教育水平的變量。

a. 游戲第42關與68關軌跡的空間熵值分布；b. 42個找路關卡中每個關卡的熵值與高/低SNE地域參與者表現(xiàn)的函數(shù)曲線斜率；c. 標準化的參與者手指滑動軌跡長度與游戲關卡路徑長度中位數(shù)的函數(shù)圖；d. 參與者生長環(huán)境影響與與游戲關卡路徑長度中位數(shù)的函數(shù)圖；e. 《城市英雄》的游戲截圖。

研究人員觀察到，唯一的斜率負值對應于在低SNE地域長大的參與者，這表明習慣于較少熵環(huán)境的人在較少熵的游戲關卡中表現(xiàn)更好。

《航海英雄》的另一版本：《城市英雄》

由于活動地點區(qū)位的分布更密集，居住在市中心的人們通常比居住在郊區(qū)或農(nóng)村環(huán)境中的人們出行的距離更短。

因此，研究人員假設來自城市的參與者在需要更短軌跡的游戲關卡中會有更好的找路表現(xiàn)。

為了檢驗這一假設，研究人員將參與者在每個關卡的手指劃過屏幕的軌跡長度標準化，并將它們與相應的游戲關卡路徑長度中位數(shù)進行對比。

從結果來看，在城市中長大的參與者在較小空間的游戲關卡中的表現(xiàn)，一般比自己在較大空間的游戲關卡中的表現(xiàn)好；而在城市外長大的參與者在較大的游戲關卡中的表現(xiàn)，比自己在較小空間的游戲關卡中的表現(xiàn)好。

學歷再高，也是路癡

研究人員表示，平均而言，在城市長大的人比在城市以外長大的人的找路導航技能更差，即使在控制年齡、性別和教育水平等變量的情況下也是如此。

也就是說，人類發(fā)展的導航策略與他們所習慣的環(huán)境類型相一致，而換到在其他環(huán)境之后，就會變得不那么適用了。

此外，來自城市的人和來自非城市地區(qū)的人之間的這種差異因地域而異，例如，此差異在美國的程度，是在羅馬尼亞的六倍多。

研究人員認為，這種對空間的認知能力是和一個人的成長環(huán)境有關的，而且這種關聯(lián)在整個生命期是穩(wěn)定的。

比如，布局更復雜的城市對找路能力的要求更高，從而磨練了個體的技能。

而這似乎也證明了城市設計在人類認知和大腦功能中的重要性。

參考資料：

https://www.nature.com/articles/s41586-022-04486-7

關鍵詞： Nature