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伟大的哲学家伊曼努尔·康德认为，对我们的存在来说，没有比空间更重要的了。我们所经历的每一件事——从头脑中的思想到我们看到的在天空中旋转的星星——只有当我们能够为其分配一个位置时才有意义。“我们永远无法想象或给自己一个空间不存在的表象，”他在 1781 年写道。
空间不存在固然难以想象。但对一些人来说，这是日常生活的一部分。中风会剥夺我们的空间感。脑损伤和肿瘤也是如此。1941 年，神经学家 Andrew Paterson 和 O. L. Zangwill 在苏格兰爱丁堡工作时，发表了一篇报告，讲述了一名 34 岁的病人，他的头部被一枚迫击炮弹片击中。这次损伤剥夺了他对世界左半边的感觉。Paterson 和 Zangwill 描述了这名男子“即使意识到它们的存在，也总是无法注意到自己左侧的门和转弯”。他“还忽略了图画的左侧或书的左侧页面，尽管他一直被提醒注意这个疏忽”。病人可以玩跳棋，但却忽略了棋盘左侧的棋子。“当他的注意力被引到这一侧的棋子时，”医生写道，“他能辨认出它们，但随后立即就忘记了它们。”
这种被称为空间忽略的状况，挑战了我们对如何理解世界的直观认识。但通过描绘人们如何失去部分空间感，神经科学家们正在获得关于我们如何从头开始建立这种感觉的新见解。
当科学家们在 20 世纪中叶开始研究导致空间忽略的损伤时，结果还很粗糙。例如，他们发现许多患有这种疾病的人都曾遭受顶叶损伤，顶叶是位于头部顶端附近的一块皮层脑组织，对从注意力到制定计划的许多精神任务都很重要。但顶叶是一大块神经区域。说损害顶叶会导致空间忽略，就像说轰炸纽约市会破坏金融市场一样没有意义。
更复杂的是，空间忽略可以有几种形式——正如英格兰伯明翰大学的实验心理学家 Glyn Humphreys 和他的同事们最近在一项研究中所记录的那样。Glyn Humphreys。他们对 41 名遭受脑损伤的病人进行了考试。每名受试者都收到一张纸，上面有 150 张苹果的线条图，其中只有 50 张有完整的轮廓。50 个苹果的右侧有缺口。其余 50 个苹果的左侧有缺口。Humphreys 和他的同事告诉受试者划掉所有完整的苹果，忽略不完整的苹果。
受试者有五分钟的时间完成测试。这对一些人来说已经绰绰有余。但 Humphreys 和他的同事发现，11 名受试者忽略了页面左侧的许多苹果。另外两人忽略了右侧的苹果。还有十名受试者犯了一个根本性的错误：他们划掉了页面两侧的苹果，但有时他们却划掉了有缺口的苹果，错误地认为这些形状是完整的。八名受试者划掉了左侧有缺口的苹果，两名受试者划掉了右侧有缺口的苹果。
受试者犯的两类错误表明了两种不同的空间忽略形式。第一组患有自主性忽略（egocentric neglect），对身体一侧的空间没有意识。第二组患有异方性忽略（allocentric neglect），对他们所看物体的某一边空间没有意识。
一旦 Humphreys 确定了患有自主性忽略和异方性忽略的病人，他和他的同事就捕捉了受试者大脑的高分辨率图像。他们发现，患有自主性忽略的病人往往在一侧大脑的一组区域（包括部分顶叶）有损伤。患有异方性忽略的病人则在大脑不同的区域网络中有损伤。其中一些区域与自主性区域重叠；另一些则延伸到大脑更靠后的位置。
为了更深入地探究我们对空间的感知，现在加州拉霍亚索尔克生物研究所的研究员 Lee Lovejoy Lee Lovejoy 想要研究上丘，这是脑干深处的一个区域。研究人员早已知道大脑的这一部分与我们的眼球运动有关。Lovejoy 怀疑它也可能对我们对周围空间的意识很重要。
在这种情况下，只有少数患有该区域损伤的在世病人。上丘位于脑干中维持心跳和其他维持生命作用的区域旁边。导致上丘消失的中风或其他损伤，通常也会导致这些区域的消失。大多数情况下，它们不仅会让人无法玩跳棋——而是会让人死亡。因此，Lovejoy 和他的同事使用了猴子和一种叫做莫西莫尔（muscimol）的药物，这种药物通过抑制注射部位的神经元来安全地关闭大脑的部分区域。从而可以在不造成任何永久性损伤的情况下调节健康大脑的活动。
先前的研究表明，在上丘中，来自眼睛的信号被扩散成一个二维地图，该地图相对于视野是左右翻转的。例如，如果一只猴子在其视野的左上角看到一个光点，放置在上丘地图的右上方的电极就会 firing。因此，Lovejoy 和他的同事只需选择注射莫西莫尔的位置，就可以选择性地关闭视觉地图的特定部分。
Lovejoy 开始实验，训练了两只猴子执行一个简单的视觉任务。动物们盯着电脑屏幕的中心点。四个圆环出现在屏幕的四个角落。三个是绿色的，一个是红色的。然后圆环消失，取而代之的是四组点。红色圆环所在角落的点开始一起移动。如果猴子朝着同一个方向移动眼睛，它就会得到一小口果汁作为奖励。这个任务的棘手之处在于 Lovejoy 添加的干扰。与红色圆环相对的角落的点朝着相反的方向移动，而另外两组点则朝着随机方向移动。猴子必须注意红色圆环的角落，而不是被其他点分心。
在正常情况下，猴子几乎每次都能学会完成测试。然后，科学家们将莫西莫尔注射到上丘接收红色圆环角落眼睛信号的部分。突然间，猴子朝着相反的方向移动了眼睛。Lovejoy 让猴子暂时患上了空间忽略。
Lovejoy 在上丘进行的实验，以及对顶叶脑损伤的研究，向我们表明这两个区域都对我们对空间的感知做出了贡献。一个大型的脑区网络似乎对此负责——考虑到任务的复杂性，这并不令人惊讶。但识别该网络的部分只是第一步。神经科学家们必须弄清楚这些部分到底做什么，以及它们如何协同工作，以便我们能够感知周围的空间。
Humphreys 和他的同事通过开发一个空间感知计算机模型，朝着这个方向迈出了重要一步。他们将模型建立在神经科学对大脑工作原理最深刻的认识之一之上。当我们环顾四周时，我们似乎只是感知到进入我们眼睛的图像的完美再现。实际发生的情况要复杂得多。来自我们眼睛的信号传输到大脑后部的视觉皮层，然后向前移动到其他区域。在此过程中，我们视觉场中重要特征的信号——强烈的轮廓、面孔、明亮的光点——会增加某些神经元的放电，而不太重要的特征会减少其他神经元的放电。大脑中的这种交流可能需要十分之一秒才能产生我们对周围空间的感知。
在 Humphreys 的模型中，来自模拟眼睛的信号传输到几个不同的神经元簇。在每个簇中，神经元像地图上的点一样排列，每个点对应我们视野中的一个点。这些地图中的每一张都对我们所看到事物的特定特征敏感：颜色、形状等等。然后，每张地图中的神经元向一种主地图发送信号，主地图会整合信息并发送反馈。在接收到强信号的点上，它会指示较低地图中的神经元变得更敏感——例如，更多地关注强烈的颜色。在输入较弱的地方，主地图可能会降低神经元的活动。
然后，研究人员用真实的大脑测试了他们的模型。他们让受试者看一个充满蓝色脸部、蓝色房屋和红色房屋的电脑屏幕。在每次试验中，人们必须说屏幕上是否有蓝色房屋。Humphreys 测量了受试者对不同组合做出反应所需的时间，然后向计算机模型提出了相同的挑战。
该模型在很多方面都与人类行为相似。当 Humphreys 和他的同事将一个蓝色房屋置于一片红色房屋的海洋中时，模型和人类都迅速做出了反应。当研究人员将一个蓝色房屋置于红色房屋和蓝色脸部的组合中间时，计算机模型和人类的反应都变慢了。当他们增加更多的红色房屋和蓝色脸部时，反应速度进一步减慢。
Humphreys 想知道，如果他的模型真的展示了我们大脑的工作方式，他能否确定主地图的位置。他的团队在人类受试者寻找蓝色房屋时进行了 fMRI 扫描。在这些扫描中，大脑的一个点显示出与计算机模型中的主地图相同的活动模式。这个区域是右顶叶边缘的一小块神经元，称为右颞顶联合区，这一发现与最初的空间忽略研究联系起来。
右颞顶联合区是经常在失去部分空间感的人身上受损的脑区之一。通过聚焦于该区域——并继续解构空间网络的整体运作——神经科学家们可能最终能够解释康德的哲学，以及我们感知周围世界的基本原理。
