基于神经建筑学方法论的室内空间设计应用研究

商墩江

神经建筑学作为神经科学与建筑学相融合的新研究领域，从神经建筑学方法论的角度分析对室内空间的神经影响，研究其室内空间感知、内部设置空间与记忆、情绪与室内空间感知等神经反应。确定其方法论的室内空间设计方法和原则，并将其应用到室内空间的规划流线与空间元素（形式、材料、色彩、照明）及自然特征等设计中。科学系统指导室内空间设计的原则与方法，促进室内空间设计领域的人性化、科学化发展。

神经建筑学；空间感知；室内空间；室内设计

1.前言

神经科学和建筑学是两门独立的学科，指导人们发现大脑对刺激做出反应，并不断地被我们生活的环境所塑造。在过去几十年中，功能性脑成像方法的迅速发展使神经科学能够解决心理学和社会科学中的开放问题。与此同时，神经科学研究的新见解开始影响各个学科，导致规划和建筑设计领域的认知转向。

神经科学开始让我们了解大脑如何控制我们所有的身体活动，并最终影响我们的思维、移动、感知、学习和记忆。神经科学家研究感觉和知觉以及大脑如何影响决策和情绪。在2003 年美国建筑师学会大会上，“Rusty”Gage 发表了以下观察，为大脑与建筑设计之间的关系奠定了前提：（1）大脑控制我们的行为；（2）基因控制大脑设计和结构的蓝图；（3）环境可以调节基因的功能，最终调节大脑的结构；（4）环境的变化改变大脑；（5）环境的变化改变了我们的行为；（6）建筑设计可以改变我们的大脑和行为[1]。

环境的变化会改变大脑，因此我们的行为也会改变。新神经元的生长通过不断变化的环境在大脑的一部分不断发生。因此，神经建筑学不仅仅是一种设计灵感或概念，它更是建筑设计和室内空间演变的一个设计工具。

2.神经建筑学概述

建筑设计和神经科学乍一看似乎是两个不同的领域，但它们有着共同的背景。神经建筑学是一门基于神经科学与建筑设计之间关系的学科，这些建筑结构构成了大多数人居住的人工空间环境。神经建筑学的前提是，人添加的空间及形式对大脑和神经系统的功能有显著的影响[3]。其根本目的是评估各种空间对人类神经系统和大脑的影响。更具体地说，神经建筑学解决了人类对这种建筑空间环境的组件的反应水平。

神经建筑学定义为用神经科学原理设计的建筑环境，它决定了培养记忆，提高认知能力，避免压力和刺激大脑的空间。通过将建筑设计和神经科学的两个领域结合起来，其科学目标是通过观察人们的反应和测量大脑的相关区域，包括大脑皮层（记录和表达情感），海马体（负责记忆）和下丘脑（接收来自身体其他部位的信息），更好地理解情感和设计之间的关系。

研究神经建筑学对于建筑设计实践具有重要意义。更具体地说，神经建筑学提供了大脑如何处理信息、身体对外部刺激的反应以及如何将这些信息转化为空间结构设计之间的联系。神经建筑学的引入为室内建筑设计提供了恢复感知和情感属性的机会。

本研究的目的是利用神经建筑学原理将其输入室内空间的设计中，科学系统指导室内空间设计的原则与方法，促进室内空间设计领域的人性化、科学化和系统化发展。因此，对于室内设计师来说，了解神经建筑学方法论在室内空间中对我们大脑情感的影响，最重要的是在设计过程中掌握这些行为认知影响。

3.神经建筑学方法论对室内空间的影响

3.1 室内空间感知

室内空间感知是一个复杂的过程。它包括体验、感觉和思考的过程。神经建筑学中的评估、决策、情感和影响以及互动、运动都在室内空间感知中发挥着重要作用。

布鲁斯·戈尔茨坦（Bruce Goldstein）明确指出，神经系统中神经元连接在一起的方式会影响我们的感知。在建筑和室内空间物体方面，视觉感知允许翻译和理解空间、大气和能见度。并利用视觉线索，形成对空间、形态、表面、纹理、颜色和光线的印象，最后在大脑中加工或翻译以提供对环境的理解。

1999 年，南希·坎维舍在《神经元》（Neuron）杂志上发表了一篇文章，将大脑与空间体验联系起来，奠定了神经建筑学的基础。PPA 被定义为海马体位置区内所有相邻体素的集合，这些体素在观看场景时的反应明显大于在观看人脸或物体时的反应。他们发现PPA 活动不受体验者对所描绘地点的熟悉程度的影响。当观看简单物体和重复场景时，PPA 活动的增加不高。但当体验者观看复杂场景时，例如有家具的房间、景观和城市街道等，PPA 明显比观看物体、面部、房屋（立面）或其他类型视觉刺激照片时更活跃[2]。

3.2 内部设置空间与记忆

在空间的体验中，人类通过大脑神经的视觉观看、身体移动、感受光影、聆听声音、触摸材料，以此使用感觉器官来认知事物，并将感知事物通过大脑海马体PPA 形成长期记忆。

在记忆的意识影响下，内部设置的空间给人们一种大脑所整合的认知感受，并影响人们的行为方式。从室内空间的规划、功能、材料、朝向、色彩等方面出发，建立自己的感知数据库。以后从构建的环境中感知到的任何东西，人的大脑都会检索到一个记忆，并被赋予大脑记忆所揭示的原有感受。

正如前面提到的，海马体PPA 在创造情景记忆中起着至关重要的作用。人们通过一系列的联系来体验或记忆空间。记忆通过空间记忆、感知记忆和情绪记忆提供理解和意义。而感知输入是形成记忆和相关大脑功能不可或缺的一部分。此外，主动情绪和被动情绪也是记忆的重要方面。记忆的强度或神经元之间联系的强度可以通过某些因素来增加，从而产生更容易的回忆和更深刻的意义和理解。内部设置的空间利用人们的记忆来帮助居住者“做”和“学”。空间环境所提供的意义、感觉和情感是居住者可能记得最多的。

3.3 情绪与室内空间感知

情绪的本质是大脑对身体反应的解释，表达形式是多种多样的，但重要的是情绪的产生是在环境领域中感知的多模态或多感官体验。

心理学家Lisa Barrett 指出，当一个有机体与环境刺激相结合时，身体首先会产生一种“核心效应”，一种最初的快乐或不快乐的状态。这种状态是由刺激的感官特性（室内感知）影响有机体的生命状态而产生的。情绪制约着我们对特定事件或感官领域（内部构建的环境）的反应。情绪反应过程还涉及大脑中身体运动和身体意识相关的感知运动区域，人的身体以直接和多感官的方式感受这个世界[3]。

人对刺激的反应与大脑中周围的自主神经系统相结合，也就是说，大脑中交感神经和副交感神经子系统调节体内平衡。这些神经子系统以相互和相反的方式工作。例如，交感神经系统可以对一种身体状况（如跑步）的反应中加速心率，而副交感神经子系统可以对另一种情况（如休息）的反应中减慢心率[4]。

设计师对情绪反应的认知理解非常重要，在室内空间可以与这两个极点对齐，这就是为什么不同的空间会以非常不同的方式影响我们。为了澄清这一事实，这里有两个例子：新国家美术馆在构思上是理性的，在执行上是极简主义的，并且高度关注它的细节，这是一个安静的建筑，允许艺术沉思的地方。相比之下，沙隆的爱乐厅设计是一个多感官的生产与丰富多彩的材料、纹理和形式，它是一个刺激性的环境。（图1）

图1 左图：柏林爱乐厅，右：路德维希·米斯·范德罗，新国家画廊，柏林。

4.基于神经建筑学方法论的室内空间设计应用

室内设计中的研究方法可以采用不同的方法，如文献检索、案例研究和后期入住观察。成功的设计将所有的研究方法结合并将它们结合在设计中。本研究，讨论空间体验的神经建筑学对室内设计的影响，因为人们花费大量时间的室内空间会影响大脑的基本结构，从而影响人的思想和行为。

4.1 基于神经建筑学的室内设计方法

这项研究的目的是研究神经建筑学的方法论，并促进其在室内设计中的应用，从而加深对人体与室内空间元素之间关系的理解。该方法遵循在循证设计(EBD)中使用的研究类型。EBD 是指关于物理空间的决定是基于研究和数据的。EBD 有三个主要组成部分：做研究、测试和查看结果。它类似于科学方法，其中的实验和结果要么支持要么反驳这个假设[5]。

方法论的三个组成部分是：第一部分是对人脑、感官和神经生物学的理解，这是确定身体对室内空间刺激的最初反应的基础。其次是对神经建筑学研究成果及其在空间设计中的应用的文献综述。确定神经建筑学方法论与室内空间设计过程的第三步，在这个过程中，连接并加强神经建筑学和室内设计之间的联系，以此生成有能力提升人类体验的室内空间设计。（图2）

图2 神经建筑学在室内设计的设计方法

4.2 基于神经建筑学的室内设计原则

将神经建筑学应用于室内空间设计的最佳方法是研究与室内空间相关的神经建筑学成果，以及实施这些成果的案例。设计过程从确定需要在室内空间中实现的不同的刺激物开始。重点在于理解不同的室内空间和关键特征基础上运用神经建筑学原理来激发灵感（图3）

图3 神经建筑学方法论下的室内空间设计过程

为了理解神经建筑学与室内空间设计的关系，可以从人们使用五种感官来感知环境的基本活动开始。人类大脑通过视觉、听觉、触摸和情绪等神经活动，感知室内空间设计中的形式、颜色、材料、照明、自然和声音等影响人类心理。神经建筑学解释了空间设计中物理环境如何影响我们的认知、解决问题的能力和情感。理解这些原则可以指导室内设计师创造空间、增强认知能力以及最大限度地减少情感和动机的负面影响。

有许多与室内空间相关的设计原则受到神经建筑学的影响。对这些原则进行分类，为神经建筑学方法论在室内设计过程提供更清晰的视角，这样室内设计师就可以在不同的空间中适应人的认知心理感受。（图4）

图4 神经建筑学方法论下的室内空间设计原则

4.2.1 功能规划与流线

良好的空间感知给居住者重要的情绪安全感。通常情况下，人不会迷失在自己习惯的环境空间中以及那些井然有序的设计里。清晰的功能规划应该是每一个医疗保健、公共建筑、工作空间的设计原则，居住者可以更快速找到他们的认知方式，以形成一个室内空间的精神地图。

正如前面所提到的，与记忆有关的海马体对于寻找认知方式和线路导航是非常重要的。人们如何记住自己在室内空间中的生活方式，要么是从以前参观过类似室内空间的记忆中，要么是通过回忆视觉标识来学习彻底的空间规划[6]。视觉标识的优势在于，当人们在不同的空间环境（如房间或走廊）中或在不同的环境之间移动时，它们可以帮助人们保持“导向性”。这样做就为海马体内的空间记忆呈现提供了的稳定的位置感。通过提供明确的视觉标识，帮助建立独特的令人难忘的路线导航并增强环境的记忆能力。

室内空间设计中，具有高可见性和多点连接的空间设计有助于理解空间，并激发好奇心和空间互动性。神经建筑学研究表明，通过释放大脑中部分参与位置记忆的内啡肽能的鼓励学习的神经生物学系统探索空间[7]。因此，通过使用曲线来暗示隐藏信息的存在和可访问性的互动，实际上可以激发学习和增加空间环境体验。（图5）

图5 清晰和隐蔽的信息规划及其对室内空间的影响

4.2.2 室内空间元素

神经建筑学研究人脑与环境之间的科学联系，证明丰富的室内空间可以导致脑细胞的生长。大脑中负责记忆形成的区域与刺激室内空间相互作用。这种互动可以通过在设计中整合室内环境元素的必要组成部分来实现，因此室内空间环境设置可以改变情感过程，例如压力和记忆，也可以形成我们的行为和情绪。

(1)空间形式

神经建筑学引导我们理解人类感知不同空间的方式，以及空间的几何形状如何影响我们的感受。

我们对物体的偏好受到许多因素的影响，包括熟悉度、对称性、对比度、复杂性和感知流畅性。这意味着感知者处理室内空间的能力越强，他们的审美反应就越积极。

神经建筑学解释了人们更喜欢对称形状，因为它们包含的信息比不对称形状信息少。它还清楚地表明，折线或六边形不像圆线或圆那样令人愉快。圆形和弯曲的物体下意识地使我们感觉比尖或角的物体更安全[8]。（图6）

图6 具有不同空间形式的室内空间

空间体积也影响人们大脑的行为，体积中最主要的元素之一是天花板。天花板高度变化是一个重要的研究领域，高高的天花板显示出自由和独立思考。低矮的天花板意味着限制， 感知会强化对某些点的注意以增加注意力。室内空间高度的不同影响可以用来增强注意力或鼓励创造力。例如，设计较低天花板有助于聚集注意力。另一方面，当需要更多的创造力时，更高的室内空间容量可以支持更广泛的思考。

(2)材料

丰富室内空间的另一个关键概念是物质性的丰富表达。材料影响我们的触觉以及室内空间给我们留下的视觉印象。通过使用当地的材料，如木材和黏土砖，产生与用户密切联系在一起的地域认同感。不同材料之间的对比使人们能够感受到与空间的不同情感联系。在我们理解室内空间环境以及我们的心理状态方面，神经建筑学非常强调触觉的重要性，甚至超过了视觉。使用影响我们触觉的材料作为媒介，将人们与室内空间环境联系起来唤起情感，有时甚至可以治愈疾病。（图7）

图7 代表了丰富的物质性的表现形式

(3)色彩

色彩在室内空间设计中的运用影响着人们及其思想，它能给人留下持久的印象并传达信息，对营造氛围或心理情绪起着重要的作用。例如，在红色环境中合并可以提高面向细节的认知任务的性能，而蓝色空间则与增强的创造性思维相关。

感知颜色是基于神经节细胞的相对活性，其场中心接收来自红色、绿色、蓝色的输入。神经节细胞向大脑提供了一系列信息流，参与了三个相反过程的空间比较：光与暗、红与绿、蓝与黄[9]。

不同年龄的人对颜色的感知不同，对于丰富的室内环境来说，更常见的方法是根据颜色的亮度来确定颜色，而不是根据人的感知对颜色进行分组。颜色越鲜艳越容易辨认，大脑就越容易记住更显著的东西，因此颜色越鲜艳，就越能起到刺激作用。如果色彩在空间中的运用得当，可以加强在心理地图中的位置并刺激记忆。然而，并非每个功能都需要相同的刺激，例如明亮的颜色会吸引更多的注意力，如果在非注意的地方使用，注意力会被集中到错误的地方，更好的解决方案是使用中性色。（图8）

图8 色彩的鲜艳度及其对室内空间的影响

(4)照明

神经建筑学研究表明，光照对人的心理状态、认知功能、行为和身体健康都有重要影响。最近关于神经内分泌水平测量的研究揭示了褪黑激素（调节睡眠和清醒）每日波动与皮质醇水平升高之间的关系，后者为身体活动的神经刺激。

Edelstein 发现，当体验者暴露在红光下大于15 分钟时，在执行感知任务的过程中，心率变异性（HRV）与明亮的白色（有蓝色的峰值）的光相比有显著差异。在红光下，皮质醇水平升高造成HRV 数值上升，人的身体处于刺激活跃状态。相反，带有蓝色峰值的明亮白光则使持续活跃的心率平缓[10]。

因此，光照的设计应该包括揭示对人类健康和功能重要的光谱范围、强度和模式。照明设计应满足使用者的具体需求，除了空间的使用外，还应考虑到安全出口的照明策略，以及根据临床需求、功能任务和使用者状态调节控制光照。

自然照明也能影响使用者的情绪。如果空间是直接对外开放，日光是一般空间照明的解决方案。然而，对于涉及注意力的活动，例如工作场所或教学活动，直接的日光照明也会带来眩光的问题。但是眩光可以通过使用低透光率的玻璃来防止，或者使用人工照明来增强注意力。（图9）

图9 自然光也能具有刺激更高认知脑活动的能力

4.2.3 自然特征

自然中的各种的颜色和几何形状是丰富的刺激源，人们常被自然编码刺激。换句话说，大自然提供了神经刺激的来源，相互作用的植物提供视觉的复杂性。同样，室内空间环境中的绿色植物和其他自然特征可以改善情绪，增强工作记忆，提高注意力，加速从压力和手术中恢复并激发学习能力。

神经建筑学研究表明，身处或观察大自然会触发大脑中与移情-爱相关的神经反应，使之变得更加活跃。例如，根据病人对自然的看法并比较不同房间的病人，研究自然对减少病人住院时间的影响。证明得出看到自然或与自然互动促进了我们的身心健康。（图10）

图10 大自然提供神经系统活动的来源

神经建筑学指出水在不同的层次上影响着我们的神经活动。它可以通过让我们重新接触自然的平衡与和谐，对心灵产生治疗作用。流水的声音，让我们联想到冥想和放松、抚慰心灵和身体。把水看作大自然的一个特征并唤起喜悦和宁静的感觉。

此外，绘画或陈设艺术品中体现自然元素，也能对室内空间设计产生积极的神经影响。

4.3 研究讨论

通过基于神经建筑学方法论在室内空间设计的研究，可以帮助设计师在设计过程中将神经建筑学的结果应用于各种室内空间设计，并根据下表定义主要的室内空间设计原则。如表1 所示。

表1 基于神经建筑学方法论的室内空间设计应用原则

5.结语

这项研究有助于理解人类大脑是如何受到外部刺激的影响，也有助于理解神经建筑学收集到的信息如何用于指导室内空间设计。本研究可以作为室内设计师通过神经建筑学方法论获得科学设计知识的催化剂，最终更好地理解室内空间的每个元素是如何影响使用者的。它将使设计师能够将有关人体的知识应用到未来的设计中，努力创造出更有意义、更符合我们需求、能改善我们整体幸福感的室内空间。

将神经建筑学与室内空间设计联系起来，绝不会妨碍技术进步或创造性思维。事实上，新的方法论将为室内设计师提供一种重新思考其任务的方法，并为设计提供更可靠的科学理论基础。因为了解自己将有助于我们更好地了解我们为之创造设计的人。

注释：

[1]Semiha Ergan,Ahmed Radwan,Zhengbo Zou,Huaan Tseng,Xue Han,Quantifying Human Experience in Architectural Spaces with Integrated Virtual Reality and Body Sensor Networks,“Journal of Computing in Civil Engineering”,2019,2.

[2]Semiha Ergan,Zhuoya Shi,Xinran Yu,Towards Quantifying Human Experience in the Built Environment: A Crowdsourcing Based Experiment to Identify Influential Architectural Design Features,“Journal of Building Engineering”,2018.

[3]高郡：《室内空间设计中的人性化设计研究》，《戏剧之家》2019 年第1 期，第153 页。

[4]刘国华：《“有温度”的人性化室内空间设计研究》，《中国建筑装饰装修》2020 年第8 期，第114-115 页。

[5]罗希远：《建筑审美体验的神经机制研究》，《新建筑》2021年第1 期，第141-145 页。

[6]王玉杰：《心理学在幼儿园室内设计中的应用》，《建筑科学》2020 年第1 期，第160-162 页。

[7]罗希远：《神经科学视角下的建筑声光环境对人类健康影响》，《城市建筑》2020 年第33 期，第76-78 页。

[8]高泽阳：《基于认知心理学的哈尔滨历史街区建筑色彩设计策略研究》，硕士学位论文，哈尔滨工业大学，2020 年。

[9]陈启新：《基于空间理性化设计理念的室内空间设计》，《建筑经济》2021 年第1 期，第127-128 页。

[10]李明德：《室内设计中视觉艺术的发展与人心理的内在联系》，《大众文艺》2020 年第24 期，第45-46 页。