雪莉·索尔比（Sheryl Sorby）是俄亥俄州立大学的工程教育学教授。读书的时候，她一直习惯于拿A。自有记忆以来，她从未觉得学术是什么难事。她尤其擅长数学和科学，但“从来没想过有什么学科是我做不了的”，她就事论事地说。所以，当她进入工程学院，发现有一门大部分同学都觉得简单，而她自己却苦苦挣扎的课程时，她感到很吃惊。这门课的名字是“工程制图”。这是一门大一的课，在非工程师听来像是高级版的美术课。
最难的部分是正交投影，一项工科的基本功。给出一个物体的主视图、俯视图和侧视图，工程师应当能够在头脑中将这些二维的投影转化成一个三维的实体。这很简单——如果你擅长心理学家所谓的心理旋转的话。当时的索尔比并不擅长。面对挫败，她感到既震惊又疑惑。“这是我第一次在学习方面失败，”她说。“我当时没有意识到是我的空间能力不好。”索尔比绝不是一个人。
经过几十年的研究，空间认知已经被认为是女性表现不及男性的少数领域之一，女性不像男性那么善于心理旋转或“寻路”，即在空间中确定自己的方位。这一差异向来用于解释科技领域存在的性别失衡——伴随着很大的争议。在美国，每三位大学教授中有一位是女性，但科学和工程类的教授中只有五分之一是女性。然而，更新的研究澄清了这种空间能力差异。科学家说，这种差异很大程度上是文化因素塑造的，而且可以被克服。
大脑是有可塑性的，索尔比说，只要掌握了正确的工具，女性就可以改进和提升她们的空间能力。“这可能是促进更多女性进入工程领域的重要一步，”索尔比说。男女大脑确有不同，但并没有想象中的那么多。长久以来，心理学家一直理所当然地认为女性和男性的大脑从根本上是不同的。
但是在一本1974年出版的里程碑性著作中，斯坦福大学的发展心理学家艾莉诺·麦考比（Eleanor Maccoby）和卡罗尔·杰克林（Carol Jacklin）回顾了几千例研究，发现结果是相反的：总的来说，没多少数据支持传统的男女有别观点。的确，男性的大脑要大一些，但他们的身体也要大一些；除了尺寸以外，大脑之中没有明确的物理特征，可以证明它属于男性还是女性。
2015年，《美国国家科学院院刊》（PNAS）上的一项研究得出的结论是：“人类大脑无法分成‘男脑’和‘女脑’两类。”然而，历年研究也记录了男女在认知能力方面存在的差异，麦考比和杰克林也曾在1974年提到过。而空间能力，据犹他大学的人类学家伊丽莎白·卡什丹（Elizabeth Cashdan）说：“是已知最大的认知性别差异。”比如说，索尔比在工程制图课上感到吃力的投影问题。
要解决这类问题，需要在看到图像后从不同视角想象它。男性明显更善于心理旋转，特别是在三维中；他们在“瞄准”上也有显著的优势，根据一位研究者的解释，即“能够准确将轨迹定位到空间中任意一点的能力。”空间认知能力不同，是先天，后天还是偏见？那么，该如何解释这种差异呢？显然，空间认知上的差异十分普遍，在全世界各类测试中都有所体现。这种差异遍布各个文化，以致不能简单地用西方的抚养或教育模式来解释。
“如果只是纯文化问题，那么在有些文化中应该会有不同。一定是因为某种生物因素，不管是激素还是演化上的，”索尔比说。“也许它最开始只是生物学上一个很小的差异，受环境影响越来越大。”心理学家曾对患先天性肾上腺皮质增生症（CAH）的女童进行过研究，这种先天基因缺陷会导致肾上腺异常分泌高水平的激素，比如睾酮等。
尽管通常能在出生之后得到治疗，在子宫里接触过高水平睾酮的女性已被作为某种天然实验加以研究，以观察激素是否能解释性别间的认知差距。结果显示，患有先天性肾上腺皮质增生症的女性，在心理旋转测试中比她们未患病的姐妹表现得更好，这意味着即使控制了抚养过程的差异，激素仍然可能是空间能力的影响因素。然而，因果关系是很难厘清的。这种差异可能意味着睾酮会对海马体的发育造成影响，这一器官与空间能力关系最大。
但患有先天性肾上腺皮质增生症的女孩也表现出了对积木之类的“男孩玩具”的偏爱。也许，激素让孩子们产生了一系列偏好，这些偏好更偏向于发展他们在某些方面的能力，这样的现象又被社会放大和鼓励。卡什丹说，性别差异可能有其演化基础。她对世界各国的文化进行过调查，并考虑了对其他物种行为的研究，对象包括从牛鹂到乌贼的各种动物。她得出的结论是，男性在一生中会旅行到更遥远、更陌生的地域，比女性的足迹更远。
卡什丹的基本假设是，男性演化出了四处游荡的倾向，既为了搜寻食物，也为了寻找配偶。跑得更多更远的男性拥有生殖优势——离家更近、专注于保护抚养后代的女性也是。对传统和现代人类社会的研究已经证实，旅行足迹更远与更好的空间认知能力相关，包括心理旋转和寻路，即找路和认路的能力。目前尚不清楚，喜爱游荡的倾向是否帮助了男性发展出更好的空间认知能力——或者说是较好的空间认知能力使他们的远行成为了可能。
“我们不知道谁是原因，谁是结果，”卡什丹说。可以肯定的是，文化偏见起到了一定作用。几乎从出生开始，女孩就被有意或无意地带离能帮助她们提升空间能力的活动。在她们的成长过程中，父母会对孩子的兴趣做出回应，使一开始只是小偏见的差异迅速变大。“父母们对性别差异确信不疑，儿子和女儿之间的任何不同都往往被归因于性别。
” 罗莎琳德·富兰克林医科大学芝加哥医学院的神经科学家丽泽·艾略特（Lise Eliot）这样说道。艾略特是《粉色大脑，蓝色大脑》一书的作者。随着时间的推移，“男孩”玩具巩固了那些被证实能够增强空间认知能力的技能。玩乐高和积木、中学时选劳技课，以及花在三维电脑游戏上的时间都被指出能够提高心理旋转测试的分数。从根本上说，将先天和后天区分开也许是不可能的。
但索尔比和其他研究性别差异的科学家表示，这没有关系。天普大学的认知与发展心理学家，曾研究过空间认知性别差异的诺拉·S·纽康姆（Nora S. Newcombe）对“科学界缺乏女性是因为女性的先天条件不行”这个观念感到愤怒。“我认为这其中可能有生理机制的影响，但对人类潜能来说，这根本没那么重要，”她说。“这听起来像是一种借口。”逃避要改进我们还做得不够好的地方，所必须付出的努力的借口。
此外，虽然比较男性和女性的认知表现也许会得到明显的差异，但平均值并不能说明一切。“许多女性具有比许多男性强得多的空间能力，”普度大学的化学教育学教授乔治·M·博德纳（George M. Bodner）解释说。博德纳设计了用于衡量空间认知能力的常用测试之一。博德纳强调，很重要的一点是，不能认为性别差异意味着所有男性比所有女性都更善于进行空间认知工作。有关空间能力的成见可能存在潜在的危害。
“当女性听到诸如她们‘空间能力比男性差’这样的谣言，她们常常会相信这在她们自己身上也是成立的，但通常这不是真的。”博德纳说。差异存在，但并非无法改变。如果索尔比当时没有那么固执，她可能已经放弃工程专业了。相反，她继续在密歇根科技大学拿到了机械工程的本科和博士学位，并被聘为教职人员。
随着索尔比选修更多工程课程，她在空间认知上也表现得越来越好，后来，索尔比自己成了工程制图课的教师，这门在本科时险些击败她的课程。“在空间能力方面，大脑的可塑性是很强的，”索尔比说。“作为一个成年人，我大大提高了我的空间能力。”然而，她从未忘记制图课上最初的体验。作为一位教授，她注意到一些有天赋的年轻女性也像她当年一样，在相同的问题上挣扎。所以她开始寻找解决方案。
“有这些性别差异存在是一个挑战，但并不是死刑判决，”她说。“我知道我们能做出改变。”她和同事贝弗利·J·巴特曼斯（Beverly J. Baartmans）一起开发了一门空间可视化课程，帮助她的学生发展空间认知能力。这个课时15小时的项目使用了积木、素描、软件，以及有许多习题的练习册，使选过这门课的女性在基础空间认知测试中达到了男性同等水平的分数，并将女性工科学生的留存率提高了20-30%。
“如果一开始有100名女学生，可能只有50人拿工科学位毕业，”索尔比说。“但如果我们为她们提供了这项课程，100个人里有80个人可以拿到工科学位。”将动作和手势与可视化联系在一起的练习——比如调整积木，从不同角度给它们画素描——的帮助似乎是最大的，与此同时，纯进行电脑练习没有任何作用。“素描似乎真的很有帮助，”索尔比说。“做手势以及运用双手能帮助你进行视觉想象。
”纽康姆指出，像索尔比这样的项目可能会在亚细胞水平改变我们大脑工作的方式。“可塑性与有效连接有关，或者说你用你的大脑做了些什么，”她说。“单个神经元可以得到或丢失输入与输出，也可以在突触水平发生化学变化。”重要的是，尽管在空间认知上确实存在性别差异，但这种差异并不是不能改变的。“对大多数认知能力来说，可塑期都很长——甚至可能是无限的，”纽康姆说。“每个人都能变得更好。”这里的每个人也包括男人。
比如索尔比的项目，它也改善了男性工科学生的空间能力，提高了他们在测试中的分数。由于他们一开始比女性同学表现得更好，课程之后，他们在空间认知测验中的成绩通常也更好。然而，索尔比说，这项课程让男性工科学生的留存率改变了一点点，“但女性的留存率改变却非常大。”索尔比仍然不清楚大脑中到底发生了什么。她刚展开了一项实验，通过核磁共振大脑扫描图片来衡量她的项目有没有在大脑中造成改变。
“知道为什么很重要，而不能只知道该怎么做，”她承认。但目前为止，她对她已经知道的东西感到很满意。“我们有了一种干预手段，而且我们知道它是有效的，”她说。“我们知道，有了15小时的指导，女孩们从工科专业毕业的几率大大增加了。”