《Neuropsychologia》：Aphantasia is associated with spatial memory and navigation difficulties in complex virtual environments
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视觉心象（visual imagery）在许多空间导航理论中占据核心地位，然而其对寻路（wayfinding）的具体贡献尚不明确。Sea Hero Quest（SHQ）是一款用于移动设备的导航游戏，通过视觉地图和虚拟环境评估空间学习，为探讨心象在寻路中的作用提
视觉心象（visual imagery）在许多空间导航理论中占据核心地位，然而其对寻路（wayfinding）的具体贡献尚不明确。Sea Hero Quest（SHQ）是一款用于移动设备的导航游戏，通过视觉地图和虚拟环境评估空间学习，为探讨心象在寻路中的作用提供了理想工具。本研究旨在考察报告缺乏视觉心象的失语症（aphantasia）受试者，相对于正常对照组，在SHQ任务中导航表现是否随着复杂视觉信息编码需求的增加而恶化。失语症组（n=63，视觉心象鲜明度量表<32）与对照组（n=99，VVIQ=33-80）完成了导航与记忆的自我报告测量，以及8个难度各异的SHQ关卡，这些关卡在路径复杂度、目标数量和地图特征方面存在差异。为评估SHQ表现，研究人员将轨迹长度和完成时间标准化至数千名与受试者在年龄和性别上相匹配的对照数据（n=1203至246,329），并对自我报告测量和SHQ指标进行了组间差异和相关性分析。结果显示，失语症受试者在空间与记忆自我报告量表上得分显著较低，且在完成高难度关卡时耗时显著多于两组对照（但不包括训练或低难度关卡）。心象能力与高难度关卡表现以及自我报告的空间能力和记忆均存在关联。地图浏览时长与任何变量均无显著相关。这些发现表明，当需要回忆复杂视觉信息时，视觉心象在空间导航中发挥着核心作用。失语症个体表现出的寻路困难似乎对其他策略（如言语编码）具有稳健性，而言语编码可能不足以整合定义环境复杂性的路径长度、迂回程度、决策点及可见性等因素。
空间导航是人类赖以学习、表征并在环境中移动的基本认知能力。为深入理解这一复杂过程，研究人员一直试图将其分解为可分离的组成部分。人类空间导航理论将视觉知觉和视觉心象视为核心要素，尤其是与自我中心（egocentric，即以自我为中心）表征的关系尤为密切。神经影像学研究支持视觉心象对自我中心和供我中心（allocentric，即以物体为中心）空间加工具有差异化贡献的观点，前者涉及楔前叶（precuneus）等脑区，后者则与海马体的场景心理构建功能相关。Shepard与Metzler以及Kosslyn的经典研究确立了心理心象作为心理旋转功能机制的基础，证实想象的空间转换遵循与物理旋转相同的约束条件。而心理旋转能力又与导航表现 robustly 相关。此外，现实世界导航的汇聚性证据支持这一关联——无论是西方传统中训练专家导航员，还是大洋洲原住民导航实践，均强调心理心象的训练作用，尤其是以心智之眼（mind's eye）可视化目的地。
值得注意的是，尽管视觉心象被认为在空间记忆和导航中具有重要作用，但关于失语症影响大规模环境学习和导航的研究却相对匮乏。失语症通常被定义为VVIQ得分≤32或≤24，表示主观心象极弱或缺失。研究表明，失语症患者更多表现出物体记忆而非空间记忆的损害，且传统视觉空间工作记忆测试上缺陷较少，但自我报告存在空间记忆和导航困难。质化报告显示，失语症患者常采用言语描述或抽象推理等补偿策略来替代心象进行空间信息编码和处理。近期研究发现，失语症个体在导航能力和策略的自我报告测量上与正常对照略有差异，但在熟悉和不熟悉路线上的空间与物体元素回忆方面并无不同；然而他们在描述不常体验路线时提供的感官（视觉和听觉）细节较少。这提示失语症个体可能快速形成概要性的空间表征以导航新旧环境，但需要反复暴露才能达到与心象良好者相当的视觉细节回忆水平。
为克服失语症样本收集的困难，研究人员利用具有高度生态效度的虚拟任务开展研究。Spiers等人首创的移动游戏SHQ已收集来自63个高低收入国家数百万18-99岁个体的导航数据。该游戏评估基于地图的寻路和路径整合（path integration），环境结构复杂度各异。SHQ已被用于检测海马损伤相关遗忘症、阿尔茨海默病、创伤性脑损伤及遗传风险个体的损害，且与现实世界导航显著相关，尤其在较难关卡上表现良好，具有较好的重测信度。SHQ的寻路关卡适合研究视觉心象，因为参与者需在开始时观看标记目标位置的视觉地图，随后依赖地图回忆进行导航。简单关卡的路线接近直线且无决策点；而困难关卡则包含更多目标位置（至少四个）、回溯需求、多个决策点、遮蔽性地图及低环境可见度（雾天）。当环境复杂度、目标数量和顺序以及可能路径增加时，利用视觉心象保持地图心理表征可能比非视觉策略更为高效。
本研究比较了先天性失语症个体（报告视觉心象缺失或极弱）与正常对照在SHQ寻路表现上的差异，以揭示视觉心象在导航中的作用。研究选取了8个从低到高难度的关卡（1、2、11、16、32、42、56、68关），这些关卡已被证实与现实世界导航能力相关。
研究方法上，受试者来自本科生数据库、在线研究平台和社交媒体招募。失语症组定义为VVIQ≤32，对照组VVIQ为33-80。排除标准包括年龄<18或>65岁、严重神经/精神病史或感觉障碍。研究获得约克大学研究伦理委员会批准，遵循《赫尔辛基宣言》。除VVIQ外，还施测了圣巴巴拉方向感量表（SBSOD）和导航策略问卷（NSQ），后者评估基于地图或地标策略的使用，与海马活动精细空间编码相关。参与者还提供年龄、性别、教育年限、平均睡眠时长和成长环境等信息，这些因素均与SHQ表现相关。
在SHQ任务中，参与者完成两个训练关卡和六个导航关卡。每关开始时呈现环境布局和目标位置的地图，参与者需按数字顺序导航至各目标。允许无时间限制查看地图，但一旦开始导航则无法再次查看。虚拟环境中目标以带编号旗帜的浮标标记，进入目标区域圆圈即算成功到达。剩余时间以三星倒计时显示；当时间剩余最后一星时，船上方会出现指示下一浮标方向和距离的引导箭头。关卡选择依据先前研究，确保难度变异：11、16关为低难度，32、42、56关为中等难度，68关为高难度。几何特征与导航难度最相关的指标包括熵（entropy，反映街道网络不可预测性）、可导航空间面积、环数（circular street segments，反映导航选择数量）、路段整合度（segment integration，反映特定路径片段在环境中的可及性）和度量可达性（metric reach，反映特定距离阈值内可及的网络总长度）。
数据分析方面，人口学特征和问卷比较采用双样本t检验和卡方检验，并使用错误发现率（FDR）校正多重比较。SHQ表现以轨迹长度（虚拟米，通过2Hz采样坐标点间欧氏距离求和）和完成时间（秒，从开始导航到最后一个浮标到达）量化。由于技术误差，10名参与者的部分关卡轨迹长度未记录。每个参与者的轨迹长度和完成时间被标准化至SHQ大型数据库中年龄（±3岁）和性别匹配的对照数据，转换为0-1百分位数，0.5为均值；因较短的轨迹和完成时间表示更好表现，故较低数值代表相对大型样本的更好表现。轨迹长度和完成时间高度相关，因此后续分析以样本更完整的完成时间为主。还计算了视觉运动技能（1、2关）、简单（11、16关）和困难（32、42、56、68关）关卡各参与者平均百分位数，进行双样本t检验比较和相关性分析。
研究结果方面，样本包含63名失语症和99名对照参与者；18名失语症受试者曾参与先前路线描述任务研究。4名失语症受试者未能完成最高两到三个关卡，其中两人报告困难。两组在年龄、教育年限和性别等人口学变量上无显著差异。15名对照参与者为"超心象者"（hyperphantasia），VVIQ>75。失语症组在自我评定方向感（SBSOD）和基于地图的策略使用（NSQ）上得分显著较低。完成时间比较显示，视觉运动技能和简单关卡无显著组间差异，但困难关卡出现显著差异，对照组表现显著更好（t=3.07，p=0.0025）。各关卡的规范化对照样本量分别为：训练关51,326-246,329人（均值127,870）；简单关20,716-134,317人（均值64,688）；中等难度关4,841-23,650人（均值14,394）；高难度关1,203-4,309人（均值2,131）。地图浏览时长方面，两组无显著差异，且与任何变量均无显著相关。
进一步分析发现，SHQ完成时间与VVIQ在困难关卡显著相关（r=-0.19，p=0.019），但与简单关卡（r=-0.061，p=0.44）和视觉运动技能关卡（r=0.06，p=0.42）无关。自我报告空间测量SBSOD和NSQ相互强相关（r=0.64，p<0.001），且均与VVIQ相关（r=0.44，p<0.001；r=0.26，p=0.001）；校正多重比较后，仅SBSOD与困难关卡表现相关（r=-0.31，p<0.001）。SHQ表现与其他自我报告测量（如睡眠时长）无显著关联。
讨论部分，本研究创新性地利用来自全球超过400万个体的大样本行为测量数据，考察视觉心象对空间导航的贡献，且该测量与现实世界导航能力高度相关。研究还纳入了多种自我报告导航测量。结果发现，失语症组的自我评定导航能力和基于地图的策略使用降低，且与SHQ寻路困难相关，尤其在高难度关卡上——这些关卡需要编码和回忆复杂视觉信息以实现高效导航。相应地，视觉心象得分与SHQ困难关卡表现显著相关，但与简单或训练关卡无关。
在自我报告测量方面，失语症受试者在SBSOD、NSQ以及情景记忆、空间记忆和未来预期等子量表上得分显著较低，这与现有文献高度一致。虽然大多研究关注空间心象和记忆，但关于导航的自我报告调查较少。大样本研究通常发现失语症在空间心象方面无差异，如物体-空间心象问卷（OSIQ），且空间工作记忆任务表现未受损，这导致失语症被概念化为选择性物体心象缺陷而非空间心象缺陷。然而，SBSOD上 nominally 较低的得分已有报告，尽管差异常不耐受多重比较校正。Palermo等人报告了"物体"和"空间"失语症亚型在方向感上的清晰分离。本研究在SBSOD和NSQ上的显著差异进一步证实了失语症中存在自我感知的导航缺陷。NSQ评估地图与地标策略依赖；失语症个体可能在将地图视觉信息保留并关联到真实环境、构建辅助导航的"心理地图"（通常通过可视化）方面存在困难，因此更依赖替代策略。但先前研究未报告NSQ差异，提示失语症个体内部可能存在相当大的变异，近期关于失语症亚群（部分保留空间和多感官心象，部分 heavily 依赖言语加工）的发现或可解释此差异。
SHQ表现和关卡难度方面，本研究以行为数据证实了失语症参与者的自我报告导航缺陷。与老年成人、创伤性脑损伤者和海马损伤记忆受损者不同（这些群体在相对简单关卡即显示缺陷，或缺陷与特定记忆需求对应），失语症个体仅在复杂关卡上表现出差异。高难度关卡具有复杂地形、更多目标目的地、回溯机会和决策点，成功寻路通常需要视觉心象整合地图细节记忆与景观特征及行进路线。失语症个体利用言语描述等其他方式编码视觉地图，可能在有效回忆和利用地图信息引导导航方面日益困难。
值得注意的是，视觉运动技能训练关卡（仅需直线导航至单一位置）未见差异。11关和16关（三个目标、少量回溯、一个决策点）差异亦不显著，尽管失语症参与者开始需要更多完成时间。这可能是因为替代编码策略（如言语描述、记忆转弯序列、位置相对关系描述或概要性空间表征）足以使失语症个体与心象良好者表现相当。但当地图复杂度在32、42、56和68关增加时（4-5个目标位置、4-8个决策点、大量回溯），两组出现分化，失语症组在导航速度和效率上表现显著更差。此外，四名无法完成任务的参与者均来自失语症组（两人在32关后停止，两人在42关后停止），其中三人VVIQ=16，一人VVIQ=24。两名参与者的非正式反馈称尽管付出巨大努力仍难以完成更高关卡。本研究的优势在于利用极大数据集进行规范化，每个参与者与数万（训练关）或数千（高难度关）完成者比较，为失语症的相对低表现提供了额外有力支持。
这些结果与自传体记忆、未来想象和面部识别中感知细节贫乏的大量报告一致，也与不常路线但非熟悉路线上感官细节贫乏的发现吻合。对照组会利用心象快速编码地图和目标的复杂视觉细节，然后在导航时调用这些表征；而失语症参与者可能难以通过其通常的替代方法编码和保留足够细节以导航新环境。VVIQ与SHQ困难关卡表现的显著关联进一步支持了这一点，散点图显示失语症参与者（尤其VVIQ=16者）大多表现差于大样本中年龄性别匹配的对照（百分位数>0.5）。这提供了有力证据表明，当信息记忆需求高（复杂环境、众多位置、特定顺序）时，视觉心象优于非视觉策略进行空间导航。
关于地图浏览时长，研究假设失语症个体可能因非视觉策略（如分析推理、语义/言语编码）而浏览地图更久，但未观察到组间差异，亦无显著相关。这可能源于个体差异以及努力和动机等因素对浏览时长的影响大于策略使用。过去研究发现使用替代策略时失语症与对照组在速度上差异极小。
视觉心象对导航及神经认知意义的贡献方面，先天性失语症日益被认识到是一种异质性状态，在多感官心象、空间心象能力以及"绝对"与"弱"心象者方面存在差异谱系。失语症还与更语义/分析的方法、科学数学职业以及神经多样性特质相关。尽管可能存在空间心象相对保留或依赖言语加工的失语症亚型，行为证据表明两组在空间工作记忆任务上均表现未受损。然而，新兴证据表明贫乏的视觉心象尽管空间心象完好，仍与寻路缺陷相关，凸显了视觉心象对空间导航的独特贡献。
本研究首次以行为数据支持了自我报告的导航困难，并识别了视觉心象发挥作用的机制——当视觉信息记忆需求在环境复杂度、位置数量和迂回路线（如回溯）方面较高时尤为如此。参与者被阻止在开始关卡后再次查看地图，因此必须快速编码并灵活调用记忆中的重要细节以完成任务。熟悉或简单环境可使用概要性空间表征以及语义和语言策略进行导航。但随着视觉信息数量和复杂度增加，失语症组表现出逐渐恶化的导航表现，在轨迹效率和完成速度上与对照组分化。失语症参与者对环境和目标位置的心理表征可能比心象使用者包含更稀疏的细节。这一结果被置于现有关于失语症记忆和想象丰富性降低（尤其感官细节）的发现背景下解释。这些行为发现与海马和前额顶叶与枕叶视觉区域连接改变相关，神经影像学研究还提示内侧颞叶和视觉区域可能存在体积差异，类似于海马记忆系统损伤个体的表现。因此，视觉心象可能对形成和检索支撑自传体记忆、未来预期和新环境空间导航的详细情景表征至关重要。
研究局限性包括：未收集多感官空间心象和SHQ策略使用信息，无法进行亚型分析和策略-表现关系探讨；未纳入其他空间和情景记忆任务及额外SHQ关卡；未评估先天性寻路困难；以及自我报告测量间的强相关性需要更大样本进行项目特异性相关和因素分析。
研究结论为：本研究作为首个呈现失语症寻路行为数据的研究，揭示了视觉心象如何通过复杂度递增的环境独特贡献于空间导航。研究人员观察到，随着视觉信息记忆需求增加，失语症个体表现出逐渐下降的寻路表现，尽管如其他研究所报告的那样使用了替代策略。研究结果在理解失语症及其对导航等现实世界技能影响的认知过程方面，代表了重要的前进步骤。
