“空间感”背后藏着什么科学原理？科学大院
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？
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。
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
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
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）
