车载导航工具
如何损害司机的空间学习能力？
01
内容导读
GNSS设备和移动导航软件已经成为越来越多的人所依赖的出行工具。但同时，研究发现它们可能对人自身的空间能力和导航技能构成潜在威胁。被动地跟随移动导航工具使得人们不再需要依靠自身能力学习和记忆地理环境，这将如何影响个体自身的空间学习能力？目前这个问题还没有得到充分揭示。
为了回答这个问题，本研究招募了24名北京市出租车司机作为研究对象，他们对移动导航工具有一致的使用习惯（即使用语音辅助导航）和显著的依赖差异。通过在实验室环境下开展眼动追踪和脑电（EEG）实验，本研究从行为表现，眼动指标，以及认知负荷（cognitive load）三个方面评估了长期依赖车载语音导航对这些导航专家空间学习能力的影响。
02
研究内容
根据被试对移动导航工具的依赖程度，我们将24名司机（均为男性，平均年龄51.3岁，平均出租车驾驶时长8.17年）分为两组（高依赖组HD，低依赖组LD）。这两组被试的年龄，从业时长，每日工作时长，教育背景，圣巴巴拉方向感（SBSOD）量表得分和空间焦虑感量表得分均没有显著差异（p>.05），他们仅在每日导航使用时长上存在显著差异（p<.001>
如图1所示，在实验开始后，我们首先对被试进行访谈，以收集他们的背景信息和了解他们的导航工具使用习惯。在随后的实验中，被试需要观看两段时长两分钟的驾驶场景视频，视频来自DR(eye)VE数据集，拍摄地为意大利城市莫德纳。在每段视频后，被试需要完成空间知识测试，包括场景识别，路线识别和绘制草图，分别用于测试被试的地标知识，路线知识和测量知识。在实验的最后，被试完成两份量表的填写。
图1. 实验设计、实验过程和数据分析方法
A. 实验中使用的刺激材料和实验仪器
B. 实验过程
C. 本研究的数据分析方法
实验所用到的刺激材料主要通过一台15.6英寸，分辨率为1920*1080像素的笔记本电脑呈现。这台电脑同时连接了一台眼动仪（SMI RED250）和一个32导的脑电设备（Enobio 32），用于采集被试在实验过程中的眼动数据和脑电数据。
在数据采集完成后，我们计算了场景识别和路线识别两个任务的正确率。Gardony Map Drawing Analyzer (GMDA)被用于分析被试所绘制的草图，并输出草图和真实地图（Google Map）的整体拟合度r²，缩放偏差和旋转偏差。我们分析了被试在观看视频进行空间学习过程中的眼动和脑电数据。针对眼动数据，我们计算了三个眼动指标：注视次数，眼跳次数和平均注视时长。针对脑电数据，我们在预处理后进行了功率谱分析，计算了5个额叶电极（Fz, F3, F4, AF3, 和AF4）在theta波段（4-8HZ）的相对功率谱密度（power spectral density，PSD），用来反映被试的认知负荷。更高的额叶theta波段PSD表明被试在完成任务时的认知负荷更高。随后我们对比了两组被试在以上指标中表现出的差异。
03
研究结果
我们对空间知识测试结果使用Scheirer-Ray-Hare 检验。如图2所示，LD 组的场景识别正确率显著高于 HD 组。在路线识别任务中，LD 组和 HD 组的正确率没有显著差异。此外，在草图绘制任务中，两组被试的r²和旋转偏差均无显著差异。然而，LD组的缩放偏差显著低于HD组，这表明LD组被试能更好地估计地标间距离。总的来说，具有更高移动导航依赖的被试在获取地标知识和测量知识中表现更差。
图2. LD 组和 HD 组行为表现统计结果
（ns 表示 p>.05，* 表示 p <.05 p>
A. 场景识别任务的正确率
B. 路线识别任务的正确率
C. 被试所绘制草图的 r²
D. 被试所绘制草图的缩放偏差
E. 被试所绘制草图的旋转偏差
我们分别对两条路线的眼动、脑电数据进行组间独立样本t检验或者Mann‒Whitney U检验。两组被试在眼动指标并没有展现出显著差异。而对EEG结果的分析发现（图3），HD组在空间学习过程中的认知负荷要显著高于LD组。另一个有趣的发现是，LD组在路口处的认知负荷相较于路段内有明显升高，与HD组在路口处的认知负荷没有显著差异。而在路段内，LD组表现为较低的认知负荷，而HD组仍表现为高认知负荷。这些结果可以被解释为，长期使用导航工具增加了HD组被试将视觉空间信息进行编码到记忆的难度，他们因此在和LD组被试获取的视觉信息并无差异的情况下，表现为更高的认知负荷。
图3. 路线1的脑电结果
A. 额叶5个电极（Fz、F3、F4、AF3 和 AF4）theta波段相对PSD的组间比较（* 表示 p <.05 p>
B. Fz电极theta波段相对PSD的空间分布
C. 每个路口和路段内theta波段相对PSD 的统计分析结果
04
总结与展望
我们的研究发现，长期依赖车载导航系统会对司机的空间学习能力造成负面影响，使得他们在视觉信息编码和记忆过程中的认知负荷更高，进而在获取地标知识和测量知识中表现更差。本研究从跨学科的视角，探讨了当前日益发展的地理信息技术对个体认知能力的影响。我们的发现对未来导航系统的设计和开发具有指导意义，也强调了在技术发展中考虑人的认知特性的重要性。
05
参考文献
Ying, Q., Dong, W., & Fabrikant, S. I. (2024). How Do In-Car Navigation Aids Impair Expert Navigators’ Spatial Learning Ability? Annals of the American Association of Geographers, 1–22. https://doi.org/10.1080/24694452.2024.2356858
素材来源：S3-Lab
内容排版：张一帜
公司简介
北京恒挚科技有限公司，由中科(广东)科学集团投资，依托于广东人因技术研究院与武汉人因工程技术研究院，是一家新型的以心理人因、驾驶人因、生物力学、用户体验、虚拟现实等方向为基础，集生产、研发、销售、技术服务于一体的高新科技型企业，已入选国家高新技术企业、科技型中小企业、中关村高新技术企业名单。
恒挚科技自主研发驾驶人因系统、虚拟现实图形化编辑软件、光环境心理评估系统、心理与人因实验教学系统，同时作为波兰Cortivision近红外、俄罗斯Mitsar脑电和德国Eyelogic眼动仪中国区总代理，意大利BTS表面肌电等生物力学与步态分析科研产品总代理，加拿大AdHawk Mindlink高采样眼镜式眼动仪、德国QuaeroSys触觉刺激系统、荷兰Noldus行为科学、瑞典Tobii眼动仪、荷兰MindMedia生理与生物反馈、美国Biopac生理、美国ETT嗅觉/味觉刺激仪等产品代理。已服务单位包括清华大学、北京大学、北京师范大学、东北师范大学、燕山大学、西安建筑科技大学、西北农林科技大学、深圳技术大学、西安科技大学、上海交通大学、新疆师范大学、启元实验室、中国电子科技集团27所、中国电子科技集团28所、华为技术、墨迹天气、网易、航天二院等上千家高校、科研院所及企事业单位，在人才培养、产研合作、成果转化等方面持续进行深入合作。
Chinese 
English 
