为什么梅西总能找到空间进球？

编者按：

2026年美加墨世界杯激战正酣，在今早刚刚结束的焦点对决中，阿根廷队以3比2险胜佛得角，晋级16强。梅西在比赛中打入一球，刷新个人世界杯进球纪录至20球。

梅西等顶级球员的犀利突破和精准传球常常让观众惊叹不已。在足球界也一直流传着一种说法：有些球员拥有惊人的“空间感”，最为擅长在重重包围中找到突破和传球的线路。

这种足球场上的空间感，背后藏着什么科学原理？我们为此采访了中国科学院心理研究所的王亮研究员。作为神经科学领域的专家，王亮长期从事空间认知与导航神经机制研究。他结合大脑定位系统的相关研究，解读了足球空间感的科学原理，以及它和大脑结构之间的密切联系。

梅西在对阵佛得角的比赛中破门

“空间感”到底是什么？

问

我们经常说一个运动员的“空间感”“位置感”很好，能发现别人意识不到的突破或传球线路。这种“空间感”在科学上有定义吗？

王亮：日常语境里所说的 “空间感”，是一种笼统的主观感受，指代人对自身所处方位、周遭环境形成的整体感知。而在神经科学领域，学界现已形成统一规范定义：空间感是大脑整合视觉、听觉、前庭觉（身体平衡感知）等多感官传入信号，解析自身与环境间的位置、距离、运动关联，并依托这套感知完成行为规划的核心神经能力。

从赛场传球跑位，到日常出行认路导航，一切带有目的性的空间行动，都依托这套感知系统实现精准调控。

问

空间感更好的人，在球场上或者日常生活中会有哪些具体表现吗？

王亮：具备优秀空间感知能力的人群，对距离、边界、相对位置的判断精度显著更高。以球类运动为例，足球运动员可在瞬息万变的赛场中快速捕捉全场局势，无需持续紧盯队友，便能预判对方跑动路线与皮球落点，精准把控传球力度与出球角度；落实到日常生活，驾车、泊车过程中，他们能精准预判车身与各类障碍物的间距，大幅减少剐蹭、磕碰等事故的发生。

2022年世界杯，梅西送出精妙直塞，助攻莫利纳破门

问

说到空间感，很多人的第一反应可能是认路。有人觉得自己是分不清方向的“路痴”，其他人走一遍就能记住路线。这和足球运动员的空间感是同一回事吗？

王亮：二者本质上是相关的，只是大脑调用空间坐标系的方式存在明显区别。人脑会为周遭环境构建两套截然不同的空间表征体系：

第一种是世界坐标系（allocentric reference），也通俗叫作 “上帝视角”。这套系统独立于人的身体朝向，能够确立所有物体在全局空间里的固定坐标，无论我们转向哪个方向，都能准确判断物体在整体环境中的相对位置。

第二种为自我中心坐标系（egocentric frame），所有空间判断均以自身身体作为参照原点，前后、左右、远近等方位，全部依托自身朝向进行界定。

世界坐标系和自我中心坐标系对于物体位置表征的区别（图片来源:DOI:10.3389/fpsyg.2016.00064）

我们平时所说的“路痴”，空间感知大多高度依赖自我中心坐标系，记忆路线只停留在 “左转、右转” 这类以自身为基准的局部方位提示。一旦行进朝向、周边景物发生改变，原有参照就会失效，很容易混淆方位、偏离路线。而对于建立世界坐标系能力更强的人，无论身处场地哪个点位，都能锚定目标的全局方位，不会受自身转向干扰。

具体到足球运动中，就会涉及两种坐标系的快速转换。球场上，不管是前锋还是后卫，都必须清楚地知道前后场有哪些队友、大概在什么位置。哪怕不看队友，球员也能把球传到对应的区域，这就是世界坐标系在发挥作用。同时，球员也需要调用自我中心坐标系，要根据自身当前的跑动速度、身体朝向，调整传球的姿势、力度和角度。

足球场上的球员必须了解队友所在的位置（图片来源：Coaches’ Voice）

所以，空间感的形成是世界坐标系和自我中心坐标系共同作用的结果，空间感更好的人通常能在两种坐标系之间进行快速转换。

空间感的大脑结构基础

问

一个人建立空间坐标系的能力，是否对应于某些特定的人体结构？

王亮：一个人的空间定位能力确实和大脑中的特定结构有直接联系，尤其是海马体。这就要提到2014年的诺贝尔生理学或医学奖，当时奖项授予了约翰·奥基夫和莫泽夫妇，表彰他们发现了大脑中构成空间定位系统的神经细胞。这一系统也被形象地称为大脑的“内置GPS”。

2014年诺贝尔生理学或医学奖得主约翰·奥基夫、梅-布里特·莫泽、爱德华·莫泽（图片来源：nobelprize.org）

诺奖得主的成果表明，大脑对空间位置的感知和特定细胞直接相关，比如位置细胞：1971年，奥基夫在大鼠的海马脑区发现，当大鼠处于环境中的特定位置或坐标时，对应的一类神经细胞就会放电，和大鼠面朝哪个方向无关。这就是大脑识别世界坐标的基础。

左图为实验中大鼠活动区域，当动物到达环境中的特定位置时，海马体中的位置细胞就会放电。右图示意位置细胞在海马体中所处位置。（图片来源：nobelprize.org）

2005年，莫泽夫妇在大鼠紧邻海马体的内嗅皮层区域，发现了另一类关键神经细胞——网格细胞。这类细胞会在大鼠经过多个特定位置时规律放电，这些位置在空间中恰好构成均匀的六边形网格，从而获取环境的尺度信息，实现路径导航。网格细胞相当于大脑里的“标尺”，我们通过米、公里等距离单位来衡量长度，而大脑对空间距离的度量就是通过网格细胞实现的。

左图中，当动物到达迷宫中的特定位置，单个网格细胞会放电，放电的位置呈六边形排列。右图示意网格细胞位于以蓝色标出的内嗅皮层中。（图片来源：nobelprize.org）

前面提到的位置细胞、网格细胞主要负责构建世界坐标系；与之对应，学界还发现了头朝向细胞，这类细胞专门服务于自我中心坐标系的感知。只有当我们头部对准特定方向时，该类神经元才会激活放电，头部一转，细胞活动随即停止。头朝向细胞发现于上世纪 90 年代，对空间感知至关重要，但诺奖单次最多授予三位研究者，其发现者遗憾未能一同获奖。

从脑区分工来看，自我中心坐标系则主要由大脑的顶叶（具体是后外侧顶叶）负责加工，大脑后部的压后皮层负责两种坐标系之间的转换。因此，人体的空间感是多类空间细胞协同工作、整合多通道信息后的综合结果。

问

海马体是如何具体调控空间感知的？

王亮：在人类海马体中，不同部位的结构是有分工的：前部的海马头主导大范围粗略空间感知，后部的海马尾负责高精度的精细空间编码。

海马体在大脑中的位置示意图红色表示海马头，蓝色表示海马尾（图片来源：nataliespsychologyblog）

动物研究发现，海马体的腹侧（对应海马头）和背侧（对应海马尾）的放电特性差异很大：越靠近腹侧的神经元，单个细胞负责的空间范围越大；而背侧神经元对应的空间范围更小，编码精度更高。

打个比方，腹侧海马的神经元，大鼠只要进入一个比较大的区域内就会激活，负责粗略的大范围感知；而背侧海马的神经元，只有大鼠进入很小的特定区域才会放电，负责精细定位，二者的空间编码精度相差好几倍。

对应到足球赛场，这套脑功能逻辑完全适用。球员在场上既要快速把握全场队友大致分布，完成大范围空间判断；又要精准把控传球落点、跑动点位，实现精细空间把控。一粗一细两套空间编码同步运转，正是依靠海马腹侧、背侧分区协同工作。

问

是否有相关研究显示，足球或者其他领域的运动员，负责空间感知的海马体等脑区会比普通人更发达？

王亮：针对职业足球运动员的这类研究，可能目前还没有特别相关的成果。但十几年前有一项非常经典的研究，对象是伦敦的出租车司机：伦敦的道路系统极其复杂，在导航普及之前，司机全靠记忆认路。研究发现，在长期的职业记忆训练下，伦敦出租车司机的海马体积更大。

除了出租车司机，在很多需要较强空间能力的行业，长期的专业训练都会让从业者的相关脑区得到强化。像梅西这种顶尖足球运动员，理论上空间感表现应该存在对应的大脑结构基础，只是目前可能还没有针对他们相关脑区的系统研究。

伦敦复杂的道路系统对出租车司机的路线记忆能力提出了巨大的挑战

空间感可以培养吗？

问

很多人尤其是家长都很关心：空间感可以后天培养吗？有什么推荐的方法能够提升空间感知能力？

王亮：空间感完全可以后天培养。尤其对于儿童来说，空间感的发展和训练，对后续很多能力的发展都有帮助。比如小学数学里常见的几何应用题，本质上就是在考察空间能力。

最常见也有效的训练方式是建构类游戏，比如乐高、积木等等，能很好地锻炼空间建构能力。除此之外，心理学上的心理旋转任务，不仅能有效提升空间能力，还会对数理推理、语言理解都有帮助，因为语言理解过程中同样会涉及空间信息加工，比如上下文的逻辑顺序排布。

心理旋转任务能够培养空间感你能看出右边哪些选项和左边模块相同吗？（图片来源：ProProfs）

问

空间能力培养有没有特定的黄金年龄段？是不是青少年时期培养效果更好，成年后就很难提升了？

王亮：一般来说，无论处在哪个年龄段，只要坚持系统训练，空间感基本都能得到不同程度的提升。不过，空间感的培养确实存在敏感期，其中18岁之前是空间能力训练的黄金期。无论是运动能力还是认知能力，18岁以前大脑的可塑性都是最强的。成年后海马体依然保留可塑性，但提升的效果会弱很多。因此，想要培养空间感，训练开始得越早越好。

在一项年龄段覆盖10岁到60岁人群的研究中，科学家通过心理旋转测试来测量研究对象的空间能力，并安排了长期训练计划，在训练后间隔一段时间再复测。结果显示，在敏感期年龄段内进行训练，投入同样的时间，获得的能力提升效果远好于其他年龄段。因此，要培养良好的空间感，最好是从小时候就开始，这也是全世界的足球人才培养都非常注重青训的原因之一。

中国队在U17男足亚洲杯中收获亚军

来源：科学大院

编辑：测不准的小阳

转载内容仅代表作者观点

不代表中科院物理所立场

如需转载请联系原公众号