為什麼我們腦中的地圖，不只是平面的？
你有沒有想過，我們腦中的「地圖」到底長什麼樣子？
平常我們看手機導航、紙本地圖，幾乎都是平面的。久而久之，我們很容易以為自己對空間的理解，也像地圖一樣，是一張攤開的 2D 平面。但真實世界並不是這樣。山路會起伏，坡道會傾斜，天橋、地下道、樓層與彎曲地形都提醒我們：我們其實活在一個三維世界裡。
2022 年發表於 Cognition 的一篇研究《Adaptive cognitive maps for curved surfaces in the 3D world》，就想回答一個很有意思的問題：當人類在彎曲地形中記住位置時，我們腦中建立的地圖，到底是被壓平過的 2D 地圖，還是一張真正的 3D 地圖？ 研究者 Misun Kim 與 Christian F. Doeller 的答案是：都不是。人類的空間表徵其實更像一張會隨經驗調整的「彈性地圖」。
這個問題看似抽象，其實和日常生活很有關。假設你在山坡上走路，從 A 點到 B 點，沿著路面走的距離可能很長；但如果你從空中看，兩點的直線距離又可能很短。那麼，人腦到底記的是「沿著地面走多遠」，還是「空間中真正有多近」？這正是這篇研究最核心的挑戰。
研究者設計了一個虛擬環境，裡面同時有平面與彎曲表面，讓受試者去學習不同物體的位置。最巧妙的地方在於：有些物體對在「沿著表面走」時距離一樣長，但若看 3D 空間中的直線距離，彎曲表面上的那一對其實更短。這樣一來，只要觀察受試者怎麼估計距離，就能推測他們腦中的地圖比較偏向哪一種表徵。
第一個實驗中，受試者只能像開車一樣沿著表面前進，視角也大致貼著地面。照理說，如果人腦真的只建立「表面地圖」，那麼他們應該只會記住沿路徑的距離，而不太會受到 3D 直線捷徑的影響。結果卻不是如此。受試者雖然整體上很會判斷表面路徑距離，但對曲面上的路徑，會出現一種「低估」傾向，好像他們隱約覺得：這段路似乎可以更近。這表示，即使人在表面上移動，腦中還是保留了一些 3D 結構感。
第二個實驗把條件放寬了一點。受試者仍然只能在表面上移動，但這次可以上下看，能更清楚感受到整個環境的立體形狀。結果顯示，他們對 3D 直線距離的判斷變得更好了。也就是說，當人不只是「走在表面上」，而是能更全面地看到整個空間結構時，腦中的地圖就會更接近 3D。
第三個實驗更進一步，讓受試者可以直接飛行，不再被限制只能沿著表面走。這時候，他們在判斷 3D 直線距離上的表現最好。這個結果很直觀也很漂亮：你怎麼探索空間，會改變你如何在腦中表示空間。 當行動方式越接近真正的三維移動，人腦就越會形成偏向 3D 的空間表徵。
這篇研究最重要的地方，不在於它替「2D 地圖派」或「3D 地圖派」分出勝負，而是它指出：人類的 cognitive map 是可塑的、混合的、任務導向的。 我們不是單純把世界壓成一張平面圖，也不是在腦中建立一個精密到像 3D 建模軟體的立體模型。更像是：我們會保留表面上的導航資訊，同時也帶著一些粗略的立體結構感，而且這兩者的比例會隨探索方式與任務需求改變。
這件事其實很符合日常經驗。當你走在校園裡，若只是每天沿固定路線走路，你可能主要記得的是「從宿舍走到系館要多久」。但若你經常站在高處俯瞰校園、看地形、甚至搭空拍機或從不同樓層移動，你對整體空間的理解就會更立體。也就是說，我們腦中的地圖不是固定格式，而是會被「走法」、「看法」和「用法」一起塑造。這也是作者最後強調的結論：空間表徵既不是純 2D，也不是純 3D，而是依賴行為經驗與任務需求的彈性系統。
當然，這篇研究也沒有宣稱人腦真的能精準建立一個完美的 3D 地圖。即使在可以飛行的條件下，受試者對 Euclidean distance 的判斷仍不是完全精確。這意味著，人腦確實能掌握三維世界的一部分結構，但這種掌握可能是粗略的、實用的，而不是數學上完全準確的。
聲明：本文使用生成式AI輔助編輯
撰文：潘嘉丞
參考文獻：Kim, M., & Doeller, C. F. (2022). Adaptive cognitive maps for curved surfaces in the 3D world. Cognition, 225, 105126.
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