Spędzamy ponad 90% życia w budynkach. Pracujemy w nich, śpimy, wychowujemy dzieci, leczymy się i odpoczywamy. Do tej pory projektowaliśmy te przestrzenie głównie na podstawie estetyki, tradycji i intuicji architekta. Dziś nauka daje nam narzędzia do tego, żeby mierzyć, jak człowiek naprawdę doświadcza przestrzeni, i to zmienia fundamentalne podejście do projektowania.

Neuroarchitektura jako spotkanie dyscyplin

Neuroarchitektura wyrosła na przecięciu trzech dyscyplin: neuronauki, kognitywistyki i architektury. Jej cel polega na zrozumieniu tego, jak środowisko zbudowane wpływa na mózg, emocje i zachowanie człowieka. Kluczowa zmiana myślenia, którą przyniosła ta dziedzina, polega na przejściu od postrzegania budynków jako statycznych obiektów formalnych do rozumienia ich jako dynamicznych środowisk, które aktywnie kształtują doświadczenie użytkownika. Harry F. Mallgrave opisał tę transformację jako przejście „od obiektu do doświadczenia” (Mallgrave, 2011).

Strategiczne znaczenie tej perspektywy wynika z prostego faktu: jeśli przestrzeń, w której człowiek spędza osiem godzin dziennie, generuje nieustanny niski poziom stresu, nawet nieświadomego, wpływ na zdrowie i produktywność jest istotny i skumulowany w czasie. Eye tracking i inne metody biometryczne umożliwiają po raz pierwszy empiryczne mierzenie tego doświadczenia, a nie jedynie jego subiektywną rekonstrukcję po fakcie.

Fundamenty teoretyczne

Ucieleśnione poznanie

Tradycyjne podejście do architektury traktowało człowieka jako biernego obserwatora, który patrzy na przestrzeń i formułuje opinię na podstawie refleksji. Ucieleśnione poznanie (embodied cognition) odrzuca to założenie, wskazując, że poznanie nie jest procesem zachodzącym wyłącznie w mózgu, lecz wynika z aktywnej interakcji całego ciała z otoczeniem. Choć nurt ten ukształtował się w obrębie współczesnej kognitywistyki, jego filozoficzne podstawy sięgają pragmatyzmu Johna Deweya i jego zasady learning by doing, a także fenomenologii Maurice’a Merleau-Ponty’ego.

Merleau-Ponty ugruntował tę perspektywę na poziomie fenomenologicznym, wprowadzając rozróżnienie między ciałem-obiektem (Körper) a ciałem przeżywanym (Leib) – tym żywym, reagującym podmiotem, zawsze osadzonym w kontekście przestrzennym (Merleau-Ponty, 1945). Z tej perspektywy przestrzeń nie jest neutralnym tłem dla działań człowieka, lecz aktywnie współtworzy doświadczenie poprzez oddziaływanie na percepcję, postawę ciała i orientację w świecie.

Gdy człowiek wchodzi do pomieszczenia, uruchamiane są równocześnie liczne procesy poznawcze i cielesne: od przetwarzania bodźców wzrokowych, przez regulację postawy i napięcia mięśniowego, po budowanie dynamicznego modelu przestrzeni w pamięci roboczej. Ciało przeżywane wyczuwa rozmiary, proporcje, temperaturę i akustykę przestrzeni, zanim pojawi się świadoma refleksja. Zmiany w postawie, rytmie oddechu czy poziomie pobudzenia stanowią przejaw tego ucieleśnionego doświadczenia.

Enakcja

Koncepcja enakcji, sformułowana przez Varelę, Thompsona i Rosch (1991), rozwija założenia poznania ucieleśnionego, postulując, że poznanie nie polega na wewnętrznym reprezentowaniu świata, lecz wyłania się w procesie ciągłego sprzężenia zwrotnego między działaniem żywego ciała a otoczeniem. Percepcja i działanie nie są odrębnymi etapami, lecz stanowią jeden, nierozdzielny proces.

Konsekwencją tego stanowiska jest uznanie, że świat doświadczany percepcyjnie nie jest dany w sposób obiektywny i identyczny dla wszystkich, lecz współkonstytuowany przez organizm oraz jego historię cielesnych interakcji z otoczeniem. W kontekście architektury oznacza to, że te same przestrzenie mogą wywoływać istotnie odmienne reakcje w zależności od wcześniejszych doświadczeń użytkowników, ich schematów ruchowych oraz nawyków percepcyjnych.

Neurofenomenologia

Neurofenomenologia, zaproponowana przez Varelę (1999) jako metodologia badawcza, stanowi próbę zamknięcia pętli między doświadczeniem w pierwszej osobie a danymi empirycznymi pozyskiwanymi z perspektywy trzecioosobowej. Varela argumentował, że tradycyjne metody neuronauki, oparte wyłącznie na pomiarach neuronalnych, są niewystarczające do zrozumienia natury świadomego doświadczenia. Zaproponował więc włączenie precyzyjnego opisu fenomenologicznego jako integralnego elementu procesu badawczego, uzupełniającego, a nie zastępującego dane neurofizjologiczne.

W kontekście neuroarchitektonicznym perspektywa ta ma istotne implikacje. Oznacza, że obiektywne pomiary biometryczne – takie jak reakcje fizjologiczne czy aktywność neuronalna – nie mogą zastąpić subiektywnego doświadczenia przestrzeni, lecz mogą je kontekstualizować i pogłębiać jego interpretację. Holistyczne podejście do projektowania i analizy przestrzeni wymaga zatem integracji obu poziomów: przeżywanego doświadczenia oraz danych empirycznych.

Atmosfery przestrzeni

W ramach Nowej Fenomenologii Hermann Schmitz oraz w swoich pracach Gernot Böhme i Tonino Griffero rozwinęli pojęcie atmosfer, opisywanych jako „cieliśnie odczuwane przestrzenie obecności” (bodily felt spaces of presence). Atmosfery to całościowe, afektywne jakości przestrzeni, które wywołują określone nastroje, przygnębiający, podniosły, pogodny czy niepokojący. Doświadczamy ich w sposób przedrefleksyjny, zanim analitycznie zauważamy poszczególne elementy otoczenia (Böhme, 2017; Griffero, 2014).

Teorie ewolucyjne

Wiele mechanizmów kształtujących nasze doświadczenie przestrzeni ma korzenie ewolucyjne. Hipoteza Biofilii, sформулowana przez Wilsona (1984), zakłada wrodzoną ludzką skłonność do łączenia się z naturą i innymi formami życia. Teoria Perspektywy-Schronienia Appleiona (1996) postuluje ewolucyjną preferencję dla przestrzeni oferujących jednocześnie możliwość obserwacji otoczenia i poczucie ochrony. Ulrich (1984) wykazał natomiast empirycznie, że wizualny kontakt z elementami naturalnymi znacząco redukuje stres na poziomie fizjologicznym, co potwierdzono w badaniu pacjentów po operacji chirurgicznej.

Neuronalne mechanizmy percepcji architektury

Okolica miejsca parahipokampalnego (PPA)

Okolica miejsca parahipokampalnego (parahippocampal place area, PPA) to wyspecjalizowany rejon mózgu, który aktywuje się w odpowiedzi na złożone sceny wizualne, takie jak pokoje, krajobraz miejski, fasady budynków i korytarze. PPA jest odpowiedzialny za rozpoznawanie i kategoryzację miejsc w sensie holistycznym, nie jako zbioru obiektów, lecz jako spójnych środowisk o określonym typie. Odkrycie tego mechanizmu przez Epstein i Kanwisher (1998) było przełomowe dla zrozumienia neuronalnego podłoża percepcji architektonicznej.

Przedni zakręt kory obręczy (anterior cingulate cortex, ACC) uczestniczy natomiast w przetwarzaniu kognitywnych i emocjonalnych aspektów przestrzeni. Badania wykazały jego szczególną aktywację w odpowiedzi na formy krzywoliniowe w porównaniu z geometrią prostokątną, co sugeruje jego rolę w afektywnej ocenie architektury.

Neurony lustrzane i ucieleśniona symulacja

Neurony lustrzane aktywują się zarówno podczas wykonywania określonej czynności, jak i podczas obserwowania tej czynności u kogoś innego. Vittorio Gallese opisał ten mechanizm jako ucieleśnioną symulację (Gallese, 2005; Gallese & Rizzolatti, 1999). Dzięki niemu człowiek nie tylko obserwuje przestrzeń, ale wewnętrzne odgrywamy jej dynamikę, czując rytm kolumnad, napięcie wysokich sklepień czy ciężar masywnych ścian, bez żadnego wysiłku intelektualnego z strony podmiotu.

Mapy poznawcze i hipokamp

Zdolność do orientacji i poruszania się w przestrzeni jest zakorzeniona w działaniu hipokampu. Neurony miejsca (place cells), zidentyfikowane przez O’Keefe i Nadela (1978), to komórki, które aktywują się w momencie, gdy człowiek znajduje się w określonej lokalizacji, tworząc neuronalne reprezentacje otoczenia zwane mapami poznawczymi. Mechanizmy te stanowią biologiczny fundament techniki mnemotechnicznej znane jako Method of Loci, w której struktura architektoniczna wykorzystywana jest jako rusztowanie dla pamięci.

Eye tracking w neuroarchitekturze

Eye tracking (okulografia) to jedna z najskuteczniejszych metod badania tego, jak człowiek doświadcza przestrzeni w procesie jej aktywnego eksplorowania. Technologia śledzi ruch gałek ocznych z milisekundową dokładnością, ujawniając wzorce alokacji uwagi, sekwencje skanowania przestrzeni i trudności z orientacją wzrokową, które nie są dostępne tradycyjnym metodoliom opartym na samoraportowaniu.

W kontekście neuroarchitektoniczny eye tracking umożliwia identyfikację elementów orientacyjnych, punktów w przestrzeni, które ludzie naturalne wykorzystują jako drogowskazy, jak również wykrywanie sytuacji, w których architektura zawodzi, gdy przestrzeń jest tak zaprojektowana, że wzrok nie ma punktu odniesienia, a wayfinding wymaga dodatkowych wskazówek. Przewaga nad tradycyjnym podejściem polega na tym, że problemy z nawigacją identyfikujemy na etapie weryfikacji projektu, a nie po zasiedleniu budynku (Ding, Rahman & Liu, 2020).

Pomiary multimodalne

Eye tracking w neuroarchitekturze stosuje się w kombinacji z innymi metodami biometrycznymi, tworząc tak zwane pomiary multimodalne. Metodologia prowadzenia badań eye-trackingowych w kontekście architektonicznym wymaga specyficznych warunków ekspozycji i protokołów pomiarowych. Jednoczesna rejestracja danych z wielu czujników pozwala na holisticzny pomiar doświadczenia przestrzeni:

Technologia Co mierzy Znaczenie dla architektury
Eye Tracking Punkty fiksacji, czas patrzenia, sekwencje skanowania Alokacja uwagi, nawigacja wzrokowa, wayfinding
GSR / EDA Zmiany przewodnictwa elektrycznego skóry Obiektywny wskaźnik pobudzenia emocjonalnego i reakcji stresowej
HRV Zmienność odstępów między uderzeniami serca Równowaga autonomicznego układu nerwowego, poziom stresu lub relaksacji
EEG mobilne Aktywność elektryczna mózgu w czasie rzeczywistym Korelaty neuronalne doświadczenia w ruchu
sEMG (Facial EMG) Aktywność mięśni mimicznych twarzy Walencja emocjonalna w odpowiedzi na element przestrzeni

Kombinacja tych metod pozwala jednocześnie rejestrować to, co człowiek widzi, jak na to reaguje emocjonalnie i jak to wpływa na jego stan fizjologiczny. Jest to fundamentalna przewaga nad podejściem opartym wyłącznie na ankietach, które rejestrują jedynie subiektywną rekonstrukcję doświadczenia po fakcie.

Wirtualna rzeczywistość jako narzędzie badawcze

VR umożliwia po raz pierwszy empiryczne badanie aktywnego doświadczenia przestrzeni w kontrolowanych warunkach. Dotychczas architekturę badano albo w laboratorium, na podstawie zdjęć i filmów, bez pełnego doświadczenia przestrzeni, albo w terenie, bez kontroli nad zmiennymi. VR daje trzecią opcję, w pełni kontrolowane i powtarzalne środowisko immersyjne, w którym każdy element jest weryfikowalny (Bergkamp & van der Wal, 2019).

Badania neuroobrazowe potwierdzają, że wirtualne przestrzenie aktywują te same obszary mózgu co ich rzeczywiste odpowiedniki, co oznacza wysoką trafność ekologiczną VR jako narzędzia badawczego. Kluczową zaleta jest możliwość testowania dziesiątek wariantów projektowych, od geometrii, przez oświetlenie, po materiały i kolorystykę, przy jednoczesnym zachowaniu wysokego poczucia obecności u uczestników.

Pętla sprzężenia zwrotnego

Połączenie VR z AI tworzy pętlę sprzężenia zwrotnego dla procesu projektowego:

  1. Architekt tworzy prototyp w środowisku VR na podstawie wstępnego projektu.
  2. Użytkownik doświadcza przestrzeni, a systemy eye tracking i biometryczne jednocześnie rejestrują dane.
  3. Algorytmy uczenia maszynowego przetwarzają dane multimodalne w czasie rzeczywistym, identyfikując wzorce i anomalie.
  4. System dostarcza projektantowi obiektywne wskaźniki, obejmujące lokalizacje pobudzenia emocjonalnego, stresu i trudności z orientacją.
  5. Projekt jest iteracyjnie ulepszany na podstawie danych, a cykl powtarzany.

Taki system umożliwia przejście od ankiet przeprowadzanych po zasiedleniu budynku do biometrycznej walidacji projektu przed jego budową.

AI w analizie danych neuroarchitektonicznych

Sztuczna Inteligencja pełni kluczową rolę w przyspieszaniu rozwoju neuroarchitektury, umożliwiając syntezę złożonych zbiorów danych pochodzących z wielu źródeł jednocześnie i przekształcanie ich w predykcyjne modele doświadczenia użytkownika (Zeigler, 2018).

Kluczową zdolnością AI w tym kontekście jest identyfikacja subtelnych wzorców w sygnałach fizjologicznych. Rozpoznawanie stanów emocjonalnych, w tym walencji (pozytywna/negatywna) i pobudzenia (spokój/ekscytacja), w czasie rzeczywistym na podstawie kombinacji danych z EEG, GSR, HRV i eye tracking, jest zadaniem zbyt złożonym dla tradycyjnej analizy statystycznej.

W ten sposób technologia AI stanowi empiryczną próbę kwantyfikacji tych samych jakości przestrzennych, które fenomenolodzy tacy jak Schmitz i Böhme opisywali jako atmosfery. Zamyka pętlę między teorią a mierzalną aplikacją, przekształcając subiektywne doświadczenie w dane poddające się analizie.

Model SPEC

Shemesh i współpracownicy zaproponowali zintegrowaną ramę badawczą znianą jako model SPEC, dzielący ludzkie doświadczenie przestrzeni na cztery wzajemnie powiązane wymiary (Shemesh, Pushkar & Marder, 2016):

  • S — Somatyczny: Mierzalne reakcje fizjologiczne i neuronalne, w tym aktywność mózgu (EEG, fMRI), tętno (HRV) i reakcja skórno-galwaniczna (GSR/EDA). Wymiar ten jest rejestrowany bez świadomej kontroli uczestnika i ujawnia procesy zachodzące poniżej progu świadomości.
  • P — Psychologiczny: Obserwowalne zachowania i wzorce nawigacyjne, obejmujące sposób poruszania się w przestrzeni, eksplorowanie i orientację. Eye tracking jest jednym z kluczowych narzędzi do badania tego wymiary bez ingerencji w naturalne zachowanie uczestnika.
  • E — Emocjonalny: Stany afektywne, subiektywnie odczuwane i obiektywnie mierzone, w tym emocje, nastrój i poziom stresu lub relaksacji. Facial EMG i GSR umożliwiają pomiar walencji emocjonalnej bez potrzeby deklarowania jej przez uczestnika.
  • C — Poznawczy: Procesy poznawcze, obejmujące uwagę, pamięć przestrzenną, podejmowanie decyzji i orientację. Kombinacja eye tracking z EEG pozwala jednocześnie rejestrować to, co człowiek widzi, i jak jego mózg to przetwara.

Model SPEC pozwala na holistyczne ujęcie doświadczenia przestrzeni, zgodnie z empirją, w której procesy somatyczne, psychologiczne, emocjonalne i poznawcze zachodzą jednocześnie jako jeden zintegrowany proces.

Zastosowania w praktyce

Przestrzenie szpitalne

Ulrich (1984) wykazał, że pacjenci po operacji, którzy mieli widok na naturę z okna, gojili się szybciej, zażywali mniej leków przeciwbólowych i spędzali mniej dni w szpitalu. Mechanizm ten działa na poziomie autonomicznego układu nerwowego i został potwierdzony w kolejnych badaniach (Ulrich, Siegel & Walch, 2008). Neuroarchitektura dostarcza narzędzia do projektowania przestrzeni szpitalnych tak, żeby aktywnie wspierały procesy gojenia, a nie jedynie nie przeszkadzały.

Google Engineering Hub, Zürich

Google Engineering Hub w Zurychu stanowi udokumentowane studium przypadku integracji zasad neuroarchitektury w projekcie komercyjnym:

  • Biofilna integracja: Rośliny, zielone ściany i widoki na naturę przyczyniły się do redukcji stresu i stymulacji kreatywności wśród pracowników.
  • Otwartość przestrzenna: Otwarte plany i transparentne przegród wspierają spontaniczną współpracę, przy jednoczesnym zachowaniu stref do skupienia się.
  • Elastyczne strefy pracy: Zróżnicowane środowiska, takie jak „dżungla” (przestrzeń stymulująca) i „arktyka” (przestrzeń wyciszona), dają pracownikom kontrolę nad otoczeniem i respektują neuroróżnorodność w populacji.

Populacje o specyficznych potrzebach neurologicznych

Neuroarchitektura ma szczególne znaczenie w tworzeniu środowisk dla populacji o specyficznych potrzebach. W przypadku seniorów z demencją, projektowanie z wyraźnymi punktami orientacyjnymi, spójną kolorystyką i intuicyjnym layoutem znacząco poprawia samodzielność i bezpieczeństwo, przy czym eye tracking umożliwia weryfikację tego, czy te elementy są faktycznie wykorzystywane w procesie nawigacji. Dla osób neuroatypowych, w tym z zaburzeniami ze spektrum autyzmu i ADHD, wiedza o przetwarzaniu sensorycznym pozwala projektować przestrzenie o kontrolowanej stymulacji, z wydzielonymi strefami wyciszenia i redukcją bodźców przytłaczających.

Ograniczenia i wyzwania

Neuroarchitektura jako dziedzina napotyka na kilka istotnych ograniczeń. Po pierwsze, wiele fundamentalnych hipotez wymaga rygorystycznych testów na zróżniconych populacjach, żeby przejść od obiecujących studiów przypadku do powszechnie akceptowanych zasad projektowych. Po drugie, zaawansowane technologie badawcze, w tym mobilne EEG, eye-trackery i systemy VR z integracją biometryczną, są kosztowne, co ogranicza ich dostępność w projektach o ograniczonym budżecie. Po trzecie, reakcje na architekturę są silnie uwarunkowane kulturowo i indywidualnie, co sprawia, że stworzenie rozwiązań o realnie powszechnym zastosowaniu pozostaje głębokim wyzwaniem (Sussman & Hollander, 2015).

Perspektywy

Neuroarchitektura reprezentuje fundamentalną ewolucję w paradygmacie projektowania architektury, od postrzegania budynków jako formy estetycznej do rozumienia przestrzeni jako ucieleśnionego doświadczenia kształtującego umysły i ciała. Przyszłość dziedziny rysuje się wokół modelu neuro-informatywnego projektowania, w którym biometryczna walidacja projektu zastąpi tradycyjne ankiety posprzedażowe, a eye tracking stanie się standardowym elementem weryfikacji. Dalszy rozwój wymaga pogłębiania zrozumienia tego, jak neuroróżnorodność wpływa na doświadczenie przestrzeni, oraz tego, jak projektować środowiska inkluzywne na poziomie neurobiologiczny.

Źródła i literatura

  1. Mallgrave, H. F. (2011). Architecture and Embodiment: The New Science of Human Experience. Routledge, New York.
  2. Merleau-Ponty, M. (1945). Phénoménologie de la perception. Gallimard, Paris. [Wydanie polskie: Fenomenologia percepcji, Philosophical Library, 2001.]
  3. Varela, F. J., Thompson, E., & Rosch, E. (1991). The Embodied Mind: Cognitive Science and Human Experience. MIT Press, Cambridge.
  4. Varela, F. J. (1999). Neurophenomenology: A Methodological Remedy for the Hard Problem. Journal of Consciousness Studies, 4(5–6), 3–28.
  5. Schmitz, H. (2007). Der Leib. De Gruyter, Berlin.
  6. Böhme, G. (2017). The Aesthetics of Atmosphere. Bloomsbury Academic, London.
  7. Griffero, T. (2014). Atmospheres: Aesthetics of the Affective. Ashgate, Surrey.
  8. Wilson, E. O. (1984). Biophilia: The Human Bond with Other Species. Harvard University Press, Cambridge.
  9. Appleton, J. (1996). The Experience of Landscape (2nd ed.). Wiley, Chichester.
  10. Ulrich, R. S. (1984). View Through a Window May Influence Recovery from Surgery. Science, 224(4630), 984–987.
  11. Ulrich, R. S., Siegel, R., & Walch, D. (2008). Toward evidence-based design. Journal of the American College of Radiology, 5(5), 325–335.
  12. Gallese, V. (2005). Embodied Simulation: From Neurons to Culture. Cognitive Studies, 12(2), 187–208.
  13. Gallese, V., & Rizzolatti, G. (1999). Mirror neurons and the simulation theory of mind-reading. Trends in Cognitive Sciences, 3(12), 439–446.
  14. O’Keefe, J., & Nadel, L. (1978). The Hippocampus as a Cognitive Map. Oxford University Press.
  15. Epstein, R., & Kanwisher, N. (1998). A neuroanatomical basis for the visual representation of spatial scenes. Nature, 392(6663), 598–601.
  16. Shemesh, A., Pushkar, S., & Marder, G. (2016). Spatial Experiences, Perception and Cognition (SPEC): A Framework for Studying the Built Environment. Journal of Building Engineering, 7, 265–276.
  17. Sussman, E. D., & Hollander, K. (2015). Measuring the Effects of the Urban Environment on Psychiatric Health. Journal of Urban Design, 20(3), 387–406.
  18. Dewey, J. (1934). Art as Experience. Minton, Balch & Company, New York.
  19. Ding, C., Rahman, S., & Liu, J. (2020). Eye tracking and environmental perception. Environment and Behavior, 52(6), 614–638.
  20. Bergkamp, L., & van der Wal, A. (2019). Virtual reality in architectural design: a review. Journal of Architectural Sciences and Design, 6(1), 12–28.
  21. Zeigler, D. (2018). AI and biometric integration in architectural research. Architectural Research Quarterly, 22(4), 301–315.