為什么梅西總能找到空間進球？

來源：科學大院微信公眾號（中國科學院的官方科普微平臺，歡迎關注！）

編者按：

2026年美加墨世界杯激戰正酣，在今早剛剛結束的焦點對決中，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？我們為此采訪了中國科學院心理研究所的王亮研究員。作為神經科學領域的專家，王亮長期從事空間認知與導航神經機制研究。他結合大腦定位系統的相關研究，解讀了足球空間感的科學原理，以及它和大腦結構之間的密切聯系。

梅西在對陣佛得角的比賽中破門

“空間感”到底是什么？

問：我們經常說一個運動員的“空間感”“位置感”很好，能發現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”，是一種籠統的主觀感受，指代人對自身所處方位、周遭環境形成的整體感知。而在神經科學領域，學界現已形成統一規范定義：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，解析自身與環境間的位置、距離、運動關聯，并依托這套感知完成行為規劃的核心神經能力。

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實現精準調控。

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嗎？

王亮：具備優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、磕碰等事故的發生。

2022年世界杯，梅西送出精妙直塞，助攻莫利納破門

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：二者本質上是相關的，只是大腦調用空間坐標系的方式存在明顯區別。人腦會為周遭環境構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，無論我們轉向哪個方向，都能準確判斷物體在整體環境中的相對位置。

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、右轉” 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，不會受自身轉向干擾。

具體到足球運動中，就會涉及兩種坐標系的快速轉換。球場上，不管是前鋒還是后衛，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域，這就是世界坐標系在發揮作用。同時，球員也需要調用自我中心坐標系，要根據自身當前的跑動速度、身體朝向，調整傳球的姿勢、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果，空間感更好的人通常能在兩種坐標系之間進行快速轉換。

空間感的大腦結構基礎

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構？

王亮：一個人的空間定位能力確實和大腦中的特定結構有直接聯系，尤其是海馬體。這就要提到2014年的諾貝爾生理學或醫學獎，當時獎項授予了約翰·奧基夫和莫澤夫婦，表彰他們發現了大腦中構成空間定位系統的神經細胞。這一系統也被形象地稱為大腦的“內置GPS”。

2014年諾貝爾生理學或醫學獎得主

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發現，當大鼠處于環境中的特定位置或坐標時，對應的一類神經細胞就會放電，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域，當動物到達環境中的特定位置時，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嗅皮層區域，發現了另一類關鍵神經細胞——網格細胞。這類細胞會在大鼠經過多個特定位置時規律放電，這些位置在空間中恰好構成均勻的六邊形網格，從而獲取環境的尺度信息，實現路徑導航。網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格細胞實現的。

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

前面提到的位置細胞、網格細胞主要負責構建世界坐標系；與之對應，學界還發現了頭朝向細胞，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，該類神經元才會激活放電，頭部一轉，細胞活動隨即停止。頭朝向細胞發現于上世紀 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，其發現者遺憾未能一同獲獎。

從腦區分工來看，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換。因此，人體的空間感是多類空間細胞協同工作、整合多通道信息后的綜合結果。

問：海馬體是如何具體調控空間感知的？

王亮：在人類海馬體中，不同部位的結構是有分工的：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）

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

打個比方，腹側海馬的神經元，大鼠只要進入一個比較大的區域內就會激活，負責粗略的大范圍感知；而背側海馬的神經元，只有大鼠進入很小的特定區域才會放電，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，實現精細空間把控。一粗一細兩套空間編碼同步運轉，正是依靠海馬腹側、背側分區協同工作。

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會比普通人更發達？

王亮：針對職業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典的研究，對象是倫敦的出租車司機：倫敦的道路系統極其復雜，在導航普及之前，司機全靠記憶認路。研究發現，在長期的職業記憶訓練下，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，長期的專業訓練都會讓從業者的相關腦區得到強化。像梅西這種頂尖足球運動員，理論上空間感表現應該存在對應的大腦結構基礎，只是目前可能還沒有針對他們相關腦區的系統研究。

倫敦復雜的道路系統對出租車司機的路線記憶能力提出了巨大的挑戰

空間感可以培養嗎？

問：很多人尤其是家長都很關心：空間感可以后天培養嗎？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。尤其對于兒童來說，空間感的發展和訓練，對后續很多能力的發展都有幫助。比如小學數學里常見的幾何應用題，本質上就是在考察空間能力。

最常見也有效的訓練方式是建構類游戲，比如樂高、積木等等，能很好地鍛煉空間建構能力。除此之外，心理學上的心理旋轉任務，不僅能有效提升空間能力，還會對數理推理、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。

心理旋轉任務能夠培養空間感

你能看出右邊哪些選項和左邊模塊相同嗎？

（圖片來源：ProProfs）

問：空間能力培養有沒有特定的黃金年齡段？是不是青少年時期培養效果更好，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。結果顯示，在敏感期年齡段內進行訓練，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都非常注重青訓的原因之一

中國隊在U17男足亞洲杯中收獲亞軍