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  多個領域都對認知地圖有所研究,如心理學、教育、考古學、規劃、地理、製圖、建築、景觀建築、城市規劃、管理及歷史。 這些心智模式通常有不同的稱呼,如認知地圖、心理地圖、行為指令碼、基模、參考框架 。  認知地圖提供關於空間知識的構建和積累,允許「 心靈之眼 」想像影象,以減少認知負荷,增強資訊的回憶和學習 。這種型別的空間思維也可以用作非空間任務的隱喻,像是涉及記憶和成像的非空間任務時,就會使用空間知識來幫助處理任務。  認知地圖的神經相關性推測是在海馬迴的位置細胞系統以及內嗅皮質的網格細胞 。

  通常認為認知地圖主要是海馬迴的功能。海馬迴與大腦的其他部分連線,使其成為整合空間和非空間資訊的理想選擇。後腦皮質和內側內嗅皮質(medial entorhinal cortex, MEC)的連線為海馬迴提供空間資訊。嗅緣皮質和外側內嗅皮質( lateral entorhinal cortex, LEC)的連線則提供非空間資訊。這些資訊在海馬迴被整合,使得海馬迴可組合目標的位置和其他特徵,成為認知地圖的實際位置,  奧基夫(O'Keefe)和納德爾(Nadel)首先勾勒出海馬迴和認知地圖之間的關係。並獲得許多研究證據支援。具體而言,海馬迴系統內的錐體細胞(位置細胞、邊界細胞、網格細胞)已被論斷為認知地圖的神經元基礎。  奧基夫的大量研究暗示了位置細胞的參與。海馬迴中的單個位置細胞對應於環境中的不同位置,而所有細胞的總和則構成了整個環境的地圖。細胞間連線的強度代表它們在實際環境中的距離。儘管細胞間的關係可能會因地圖不同而有所差異,但是同一個細胞可以構建多個環境。許多哺乳動物,包括老鼠和獼猴,都發現了位置細胞可能參與認知地圖的繪製。此外,在Manns和Eichenbaum對老鼠的研究中,海馬迴內的錐體細胞也參與了表示物體位置和身份的過程,這表明它們也參與了認知地圖的建立。然而,對哺乳動物的研究是否代表「哺乳動物存在認知地圖」,而非另一種更簡單的確定環境的方法,仍存在著爭議。  雖然不位於海馬迴中,但來自內側內嗅皮質的網格細胞也參與了路徑整合的過程。藉由路徑整合,然後位置細胞顯示輸出資訊的同時,內側內嗅皮質的網格細胞實際上扮演著路徑整合者的角色。路徑整合的結果隨後被海馬迴用來生成認知地圖。認知地圖很可能存在於一個迴路中,而它所涉及的部分,主要是海馬迴但遠不只是海馬迴。除了內側內嗅皮質,前岬下腳(presubiculum)和頂葉皮層也參與了認知地圖的生成。

  一些證據表明,認知地圖由在海馬迴的兩張分開的地圖表示。第一張是方點陣圖,藉由自我運動線索和梯度線索來表示環境。使用基於向量的線索,建立了一張粗略的二維環境地圖。第二張地圖是根據位置線索繪製的草圖,整合特定目標(或地標)及其相對位置,以建立二維環境地圖。將這兩張圖整合後,即獲得了認知地圖。

  認知地圖由多個來源產生,包括視覺系統和其他地方。 大部分認知地圖是通過自我生成的運動線索建立。藉由視覺、本體感覺 、嗅覺及聽覺等感官的輸入,推斷一個人在環境中的位置。認知地圖允許路徑整合建立一個向量,藉此表示一個人在環境中的位置和方向,特別是與之前的參考點相比較。所產生的向量會送到海馬迴位置細胞進行解讀,提供更多關於認知地圖的環境資訊及位置資訊。  「方向線索」和「位置標誌」也用於建立認知地圖。在方向線索內,會輸入兩個明確的線索以建立認知地圖,如指南針上的標記以及變化的梯度(如陰影或磁場)。方向線索可以被靜態或動態地使用。當不在那個環境移動時,可以靜態地使用方向線索;當在梯度中移動,則動態地使用方向線索,以獲得周圍環境的性質。位置標誌藉由特定目標的相對位置提供環境的資訊,而方向提示則提供有關環境本身形狀的資訊。這些標誌由海馬體一起處理,藉由相對位置提供環境的圖。

  認知地圖的概念最初由一位早期認知心理學家愛德華·托爾曼(Edward C. Tolman),在做老鼠和迷宮實驗時引入。在托爾曼的實驗中,將一隻老鼠放入十字形的迷宮並讓它探索,經過初次探索之後,老鼠被放在十字架的某臂上,然後將食物放在下一個右臂。 接著老鼠適應了這種佈局,並學會在十字路口右轉,以便找到食物。當老鼠被放置在十字迷宮的不同手臂上時,由於在迷宮建立了最初的認知地圖,所以仍然會朝著正確的方向去獲取食物。無論食物放在何處,老鼠不會只是決定在十字路口右轉,而是能夠準確地確定食物的路徑。

  班尼特(Andrew T.D.Bennett)認為「沒有明確的證據證明非人類的動物也存在認知地圖(根據托爾曼的定義)。」 根據研究分析指出,有更簡單的解釋可符合實驗結果。 班尼特強調在非人類動物的認知地圖測試中,有三個不能排除的更簡單備案:(1)表面的新穎捷徑並非真正新穎。(2)使用路徑整合。(3)從一個新的角度識別出熟悉的地標,然後向它們移動。
認知地圖 (有時稱為心理地圖或心理模型 )是一種心理表徵,提供現象的相對位置和屬性,使個人可以在日常或隱喻空間環境獲取、編碼、儲存、呼叫及解碼。由愛德華托爾曼於1948年提出。 該術語後來被一些研究者推廣(特別是在運籌學領域),指的是一種代表個人知識或基模的語義網路 。