Likan Zhan

知识表征的多框架系统:认知地图和图形空间

战立侃 · 2020-10-31

Bottini & Doeller (2020) 综述了以世界为中心的认知地图 (World-Centered Cognitive Maps) 和以自我为中心的图形空间 (Self-Centered Image Spaces) 两种知识表征方式。研究者还以空间导航表征为基础,把这两种知识表征方式进行整合,提出了以海马体-顶叶为基础的知识表征整体框架。

基于单个神经元的动物研究发现,当动物处于环境中的某个特定位置时, 位于海马体的位置细胞 (place cells) 会被被激活 (图1A左);当动物处于环境中的某些特定多个位置时,位于内嗅皮层 (entorhinal cortex, EC) 的网格细胞 (grid cells) 会被激活,这些位置会组成一个六边形 (图1A右)。基于核磁共振的人类研究发现,当被试在虚拟现实中完成导航任务 (图1B上) 或在处理概念上的位置关系 (图1B下) 时也会激活内嗅皮层的网格细胞。

以自我身体为中心的空间知觉,如相对于知觉者自身的左右、上下或远近,通常会激活颞叶皮层。另外,人类某些概念领域-如时间 (图1D左)、数字、校价 (图1D右)、社会和情感联系-的表征也都是用基于感知运动经验的较低纬度的自我中心空间知觉模版来表征的。例如,以自我为中心的情感 (关系比较近/远的朋友) 和时间 (几秒钟后/几年后) 上的距离都会激活顶叶下部 (inferior parietal lobule, IPL) (图1C)。

认知地图和图形空间实际上是同一个知识表征系统的两个面,是人脑在低维度空间中(low-dimensional)如何组织知识的一种表现。在导航系统中,以世界为中心的空间关系是视角无关、持久、但不够精确的,而以自我为中心的空间关系则是视角相关的、易变、和精确的。一项脑损伤病人研究发现,顶叶受损影响了个体以自我为中心的认知,但不影响其以世界为中心的认知 (图1E)。

在知识表征系统中,海马体提供的表征是基于某些选定维度的用于描述某个概念知识的关系地图,而认知地图中每个表征维度则是来源于顶叶以自我为中心的表征 (图1F)。在整个系统中,这两种表征的抽象程度是不一样的:以自我为中心的表征往往可以来源于感知运动经验,往往是单维度的,而以世界为中心的表征则是对前者的进一步抽象 (图2A)。

因为高维度知识在认知上是困难的 (Curse of Dimensionality, 图2B左),所以虽然自然界中物体的特征往往是高维度 (high-dimensional space) 的, 但实际表征过程的维度往往是低维度的 (图2B右)。也正是这种低维度的表征方式,让人类更容易作出相似性比较 (图2C),更容易理解概念的隐喻(图2D)。

图 1

图 2

Bottini, R., & Doeller, C. F. (2020). Knowledge across reference frames: Cognitive maps and image spaces. Trends Cogn Sci, 24(8), 606–619. doi: 10.1016/j.tics.2020.05.008