為什么梅西總能找到空間進球？

編者按：

2026年美加墨世界杯激戰(zhàn)正酣，在今早剛剛結(jié)束的焦點對決中，阿根廷隊以3比2險勝佛得角，晉級16強。梅西在比賽中打入一球，刷新個人世界杯進球紀錄至20球。

梅西等頂級球員的犀利突破和精準傳球常常讓觀眾驚嘆不已。在足球界也一直流傳著一種說法：有些球員擁有驚人的“空間感”，最為擅長在重重包圍中找到突破和傳球的線路。

這種足球場上的空間感，背后藏著什么科學原理？我們?yōu)榇瞬稍L了中國科學院心理研究所的王亮研究員。作為神經(jīng)科學領域的專家，王亮長期從事空間認知與導航神經(jīng)機制研究。他結(jié)合大腦定位系統(tǒng)的相關研究，解讀了足球空間感的科學原理，以及它和大腦結(jié)構(gòu)之間的密切聯(lián)系。

梅西在對陣佛得角的比賽中破門

“空間感”到底是什么？

問

我們經(jīng)常說一個運動員的“空間感”“位置感”很好，能發(fā)現(xiàn)別人意識不到的突破或傳球線路。這種“空間感”在科學上有定義嗎？

王亮：日常語境里所說的 “空間感”，是一種籠統(tǒng)的主觀感受，指代人對自身所處方位、周遭環(huán)境形成的整體感知。而在神經(jīng)科學領域，學界現(xiàn)已形成統(tǒng)一規(guī)范定義：空間感是大腦整合視覺、聽覺、前庭覺（身體平衡感知）等多感官傳入信號，解析自身與環(huán)境間的位置、距離、運動關聯(lián)，并依托這套感知完成行為規(guī)劃的核心神經(jīng)能力。

從賽場傳球跑位，到日常出行認路導航，一切帶有目的性的空間行動，都依托這套感知系統(tǒng)實現(xiàn)精準調(diào)控。

問

空間感更好的人，在球場上或者日常生活中會有哪些具體表現(xiàn)嗎？

王亮：具備優(yōu)秀空間感知能力的人群，對距離、邊界、相對位置的判斷精度顯著更高。以球類運動為例，足球運動員可在瞬息萬變的賽場中快速捕捉全場局勢，無需持續(xù)緊盯隊友，便能預判對方跑動路線與皮球落點，精準把控傳球力度與出球角度；落實到日常生活，駕車、泊車過程中，他們能精準預判車身與各類障礙物的間距，大幅減少剮蹭、磕碰等事故的發(fā)生。

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問

說到空間感，很多人的第一反應可能是認路。有人覺得自己是分不清方向的“路癡”，其他人走一遍就能記住路線。這和足球運動員的空間感是同一回事嗎？

王亮：二者本質(zhì)上是相關的，只是大腦調(diào)用空間坐標系的方式存在明顯區(qū)別。人腦會為周遭環(huán)境構(gòu)建兩套截然不同的空間表征體系：

第一種是世界坐標系（allocentric reference），也通俗叫作 “上帝視角”。這套系統(tǒng)獨立于人的身體朝向，能夠確立所有物體在全局空間里的固定坐標，無論我們轉(zhuǎn)向哪個方向，都能準確判斷物體在整體環(huán)境中的相對位置。

第二種為自我中心坐標系（egocentric frame），所有空間判斷均以自身身體作為參照原點，前后、左右、遠近等方位，全部依托自身朝向進行界定。

世界坐標系和自我中心坐標系對于物體位置表征的區(qū)別（圖片來源:DOI:10.3389/fpsyg.2016.00064）

我們平時所說的“路癡”，空間感知大多高度依賴自我中心坐標系，記憶路線只停留在 “左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)” 這類以自身為基準的局部方位提示。一旦行進朝向、周邊景物發(fā)生改變，原有參照就會失效，很容易混淆方位、偏離路線。而對于建立世界坐標系能力更強的人，無論身處場地哪個點位，都能錨定目標的全局方位，不會受自身轉(zhuǎn)向干擾。

具體到足球運動中，就會涉及兩種坐標系的快速轉(zhuǎn)換。球場上，不管是前鋒還是后衛(wèi)，都必須清楚地知道前后場有哪些隊友、大概在什么位置。哪怕不看隊友，球員也能把球傳到對應的區(qū)域，這就是世界坐標系在發(fā)揮作用。同時，球員也需要調(diào)用自我中心坐標系，要根據(jù)自身當前的跑動速度、身體朝向，調(diào)整傳球的姿勢、力度和角度。

足球場上的球員必須了解隊友所在的位置（圖片來源：Coaches’ Voice）

所以，空間感的形成是世界坐標系和自我中心坐標系共同作用的結(jié)果，空間感更好的人通常能在兩種坐標系之間進行快速轉(zhuǎn)換。

空間感的大腦結(jié)構(gòu)基礎

問

一個人建立空間坐標系的能力，是否對應于某些特定的人體結(jié)構(gòu)？

王亮：一個人的空間定位能力確實和大腦中的特定結(jié)構(gòu)有直接聯(lián)系，尤其是海馬體。這就要提到2014年的諾貝爾生理學或醫(yī)學獎，當時獎項授予了約翰·奧基夫和莫澤夫婦，表彰他們發(fā)現(xiàn)了大腦中構(gòu)成空間定位系統(tǒng)的神經(jīng)細胞。這一系統(tǒng)也被形象地稱為大腦的“內(nèi)置GPS”。

2014年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎得主約翰·奧基夫、梅-布里特·莫澤、愛德華·莫澤（圖片來源：nobelprize.org）

諾獎得主的成果表明，大腦對空間位置的感知和特定細胞直接相關，比如位置細胞：1971年，奧基夫在大鼠的海馬腦區(qū)發(fā)現(xiàn)，當大鼠處于環(huán)境中的特定位置或坐標時，對應的一類神經(jīng)細胞就會放電，和大鼠面朝哪個方向無關。這就是大腦識別世界坐標的基礎。

左圖為實驗中大鼠活動區(qū)域，當動物到達環(huán)境中的特定位置時，海馬體中的位置細胞就會放電。右圖示意位置細胞在海馬體中所處位置。（圖片來源：nobelprize.org）

2005年，莫澤夫婦在大鼠緊鄰海馬體的內(nèi)嗅皮層區(qū)域，發(fā)現(xiàn)了另一類關鍵神經(jīng)細胞——網(wǎng)格細胞。這類細胞會在大鼠經(jīng)過多個特定位置時規(guī)律放電，這些位置在空間中恰好構(gòu)成均勻的六邊形網(wǎng)格，從而獲取環(huán)境的尺度信息，實現(xiàn)路徑導航。網(wǎng)格細胞相當于大腦里的“標尺”，我們通過米、公里等距離單位來衡量長度，而大腦對空間距離的度量就是通過網(wǎng)格細胞實現(xiàn)的。

左圖中，當動物到達迷宮中的特定位置，單個網(wǎng)格細胞會放電，放電的位置呈六邊形排列。右圖示意網(wǎng)格細胞位于以藍色標出的內(nèi)嗅皮層中。（圖片來源：nobelprize.org）

前面提到的位置細胞、網(wǎng)格細胞主要負責構(gòu)建世界坐標系；與之對應，學界還發(fā)現(xiàn)了頭朝向細胞，這類細胞專門服務于自我中心坐標系的感知。只有當我們頭部對準特定方向時，該類神經(jīng)元才會激活放電，頭部一轉(zhuǎn)，細胞活動隨即停止。頭朝向細胞發(fā)現(xiàn)于上世紀 90 年代，對空間感知至關重要，但諾獎單次最多授予三位研究者，其發(fā)現(xiàn)者遺憾未能一同獲獎。

從腦區(qū)分工來看，自我中心坐標系則主要由大腦的頂葉（具體是后外側(cè)頂葉）負責加工，大腦后部的壓后皮層負責兩種坐標系之間的轉(zhuǎn)換。因此，人體的空間感是多類空間細胞協(xié)同工作、整合多通道信息后的綜合結(jié)果。

問

海馬體是如何具體調(diào)控空間感知的？

王亮：在人類海馬體中，不同部位的結(jié)構(gòu)是有分工的：前部的海馬頭主導大范圍粗略空間感知，后部的海馬尾負責高精度的精細空間編碼。

海馬體在大腦中的位置示意圖紅色表示海馬頭，藍色表示海馬尾（圖片來源：nataliespsychologyblog）

動物研究發(fā)現(xiàn)，海馬體的腹側(cè)（對應海馬頭）和背側(cè)（對應海馬尾）的放電特性差異很大：越靠近腹側(cè)的神經(jīng)元，單個細胞負責的空間范圍越大；而背側(cè)神經(jīng)元對應的空間范圍更小，編碼精度更高。

打個比方，腹側(cè)海馬的神經(jīng)元，大鼠只要進入一個比較大的區(qū)域內(nèi)就會激活，負責粗略的大范圍感知；而背側(cè)海馬的神經(jīng)元，只有大鼠進入很小的特定區(qū)域才會放電，負責精細定位，二者的空間編碼精度相差好幾倍。

對應到足球賽場，這套腦功能邏輯完全適用。球員在場上既要快速把握全場隊友大致分布，完成大范圍空間判斷；又要精準把控傳球落點、跑動點位，實現(xiàn)精細空間把控。一粗一細兩套空間編碼同步運轉(zhuǎn)，正是依靠海馬腹側(cè)、背側(cè)分區(qū)協(xié)同工作。

問

是否有相關研究顯示，足球或者其他領域的運動員，負責空間感知的海馬體等腦區(qū)會比普通人更發(fā)達？

王亮：針對職業(yè)足球運動員的這類研究，可能目前還沒有特別相關的成果。但十幾年前有一項非常經(jīng)典的研究，對象是倫敦的出租車司機：倫敦的道路系統(tǒng)極其復雜，在導航普及之前，司機全靠記憶認路。研究發(fā)現(xiàn)，在長期的職業(yè)記憶訓練下，倫敦出租車司機的海馬體積更大。

除了出租車司機，在很多需要較強空間能力的行業(yè)，長期的專業(yè)訓練都會讓從業(yè)者的相關腦區(qū)得到強化。像梅西這種頂尖足球運動員，理論上空間感表現(xiàn)應該存在對應的大腦結(jié)構(gòu)基礎，只是目前可能還沒有針對他們相關腦區(qū)的系統(tǒng)研究。

倫敦復雜的道路系統(tǒng)對出租車司機的路線記憶能力提出了巨大的挑戰(zhàn)

空間感可以培養(yǎng)嗎？

問

很多人尤其是家長都很關心：空間感可以后天培養(yǎng)嗎？有什么推薦的方法能夠提升空間感知能力？

王亮：空間感完全可以后天培養(yǎng)。尤其對于兒童來說，空間感的發(fā)展和訓練，對后續(xù)很多能力的發(fā)展都有幫助。比如小學數(shù)學里常見的幾何應用題，本質(zhì)上就是在考察空間能力。

最常見也有效的訓練方式是建構(gòu)類游戲，比如樂高、積木等等，能很好地鍛煉空間建構(gòu)能力。除此之外，心理學上的心理旋轉(zhuǎn)任務，不僅能有效提升空間能力，還會對數(shù)理推理、語言理解都有幫助，因為語言理解過程中同樣會涉及空間信息加工，比如上下文的邏輯順序排布。

心理旋轉(zhuǎn)任務能夠培養(yǎng)空間感你能看出右邊哪些選項和左邊模塊相同嗎？（圖片來源：ProProfs）

問

空間能力培養(yǎng)有沒有特定的黃金年齡段？是不是青少年時期培養(yǎng)效果更好，成年后就很難提升了？

王亮：一般來說，無論處在哪個年齡段，只要堅持系統(tǒng)訓練，空間感基本都能得到不同程度的提升。不過，空間感的培養(yǎng)確實存在敏感期，其中18歲之前是空間能力訓練的黃金期。無論是運動能力還是認知能力，18歲以前大腦的可塑性都是最強的。成年后海馬體依然保留可塑性，但提升的效果會弱很多。因此，想要培養(yǎng)空間感，訓練開始得越早越好。

在一項年齡段覆蓋10歲到60歲人群的研究中，科學家通過心理旋轉(zhuǎn)測試來測量研究對象的空間能力，并安排了長期訓練計劃，在訓練后間隔一段時間再復測。結(jié)果顯示，在敏感期年齡段內(nèi)進行訓練，投入同樣的時間，獲得的能力提升效果遠好于其他年齡段。因此，要培養(yǎng)良好的空間感，最好是從小時候就開始，這也是全世界的足球人才培養(yǎng)都非常注重青訓的原因之一。

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來源：科學大院

編輯：測不準的小陽

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