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人脑在虚拟实境如何形成空间记忆? 美大学最新研究提供深刻见解

VR在日常生活的应用日益普及,除了已广为人知的娱乐功能,其它大有潜力的实用性功能也正有待发掘。亚利桑那大学(University of Arizona;UA)与加州大学(University of California;UC)戴维斯(Davis)分校的研究对人脑在虚拟实境(VR)形成空间记忆的方式提供深刻见解。

人脑在虚拟实境形成空间记忆的研究影片

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即使是搭配VR头盔与摇杆的基本VR系统也能让人学习到空间环境的复杂知识。法新社

根据UANews报导,有一个根深蒂固的想法认为学习的结果深受学习方式影响,而身体相关的提示(cue)对形成空间记忆至为关键。但UA与UC戴维斯分校团队的研究则指出,熟悉环境的方式其实并没有那么重要,形成复杂空间描述与记忆并不需要身体沉浸(body immersion)体验与身体提示,仅需处于VR环境中观察足够的时间即可。

这个结果显示对人脑而言,仅透过观察虚拟环境就能获得足够信息,以形成有用的空间描述与记忆,且能透过行为进行衡量;此外熟悉虚拟环境后再透过身体移动所增加的有用信息相当有限。UA与UC戴维斯分校研究团队发表在Neuron期刊的最新研究,一举解决长久以来关于移动身体是否有助于理解实体空间的科学论辩。

VR在社福方面的潜在应用是UA心理学系人类空间认知实验室(Human Spatial Cognition Lab)关注的主题之一,包括先遣急救人员与医疗专业人员等必须在危险环境作业的人员训练应用,人类在VR环境中若也能像在真实世界般获得相同的经验,就可望让人类理解无法或难以实际体验的环境,例如用于训练先遣急救人员在陌生的建筑物当中搜救遇难人员等情况。

VR在教学性应用方面极具潜力与实用性,但运用VR于空间巡行(spatial navigation)与记忆方面的应用要达到最佳预期效果,就必须对人类在虚拟环境学习的方式有更深入了解。UA与UC戴维斯分校的研究团队希望了解,人脑需要哪里些信息才足以形成有用的空间描述与记忆,而能让人类正确掌握物体在虚拟空间的位置。

UA与UC戴维斯分校的团队让研究对象配戴VR头盔并分别以3种方式探索3座虚拟城市,第一种方式参与者在可自由朝任何方向移动的全向(omnidirectional)或360度跑步机上,透过行走与转动头部探索虚拟城市;第二种方式参与者仅透过手持摇杆探索虚拟城市,无法走动或转头;第三种方式参与者仅能透过转动身体与前后拨动手持摇杆探索虚拟城市。

参与者平均花费2~3小时探索虚拟城市并找出指定的商店,待熟悉环境后接著回答一系列测验空间记忆的问题,例如参与者要想象站在杂货店、面向咖啡店,然后指出书店所在方向,并在回答问题时为其进行核磁共振成像(MRI)扫描,可让研究人员观察参与者在提取空间记忆时脑部的活动与变化。

研究人员发现无论参与者以何种方式探索虚拟城市,都不会影响其回答问题的正确性,而神经编码(neural code)与回答问题时脑部活跃的区域都是一致,此外脑部不同区域互动的模式也都类似。结果显示即使是简单的前后拨动手持摇杆这样的基本VR系统,也能让人学习到空间环境的复杂知识。

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