1.認知地圖的形成（位置細胞）
導航（navigation）是一種朝正確目的地前進，過程中不斷進行修 正的行為過程(Franz & Mallot, 2000)。認知心理學與神經科學，定義
空 間 記 憶 （spatial memory）為紀錄該生物生存環境與空間定位
（orientation）的一種記憶型態。例如人類生活在城市中需要空間記 憶來穿梭於街道巷弄間(Hartley, Maguire, Spiers, & Burgess, 2003)；如 同實驗中的大白鼠需要此能力，來尋找並記憶食物位在迷宮的位置一 般。動物具有空間定位的能力，使其能夠記憶並往返於特定位置間，
如獲取食物、水源，躲避掠奪者或尋找同伴(Alves, Chichery, Boal, &
Dickel, 2007)。總結過去研究發現，形成空間學習所需的構造，廣泛 地存在哺乳類動物、鳥類、硬骨魚類與非脊椎動物的中樞神經系統內 (Adolf, et al., 2006; Alves, Chichery, Boal, & Dickel, 2007; Hartley, Maguire, Spiers, & Burgess, 2003; Salas, Broglio, & Rodriguez, 2003)。
1932 年 Tolman 在實驗中證實，大白鼠能夠在迷宮中找到通往食 物的路徑；且會另闢新的路徑，大白鼠會使用捷徑，而非原先習得的 路徑，改以繞道方式抵達目標所在地，此為導航能力的展現。此外，
他認為大白鼠可藉由腦內的地圖，將環境在大腦中重現，並據此定位 出迷宮的終點，但卻因為缺乏神經機轉相關證實而備受質疑(Tolman,
1932)。
後續的科學家以神經心理學與電生理學方式進行動物實驗，研究 海馬迴的訊息處理過程，發現海馬迴能以神經活動方式，將物理性空 間表現出來，也就是目前公認的認知地圖（cognitive map）觀念。他 們發現大白鼠於進入某特定位置時，其海馬迴的部分神經元動作電位 會增加，而能夠產生神經元最大反應的位置稱為神經元之位置域
（place field），不同海馬迴神經元具有不同的位置域，這些神經元為 位置細胞（place cell）(Eichenbaum, Dudchenko, Wood, Shapiro, &
Tanila, 1999; O'Keefe & Dostrovsky, 1971; O'keefe, 1978)。
2.迷宮學習 (maze learning)
科學家為了研究動物在處理空間性任務時的活動型態，發展出許 多種評估空間記憶與表現的模式迷宮。1978 年 O’Keefe 與 Conway 以十字形迷宮（plus maze）研究發現，大白鼠的海馬迴細胞能夠接受 線索引導而表現出一種位置辨識力（place discrimination）。即使將部 分線索移除後，大部分的位置細胞仍可以維持空間所引發的動作電位 型態。這可能是因為剩餘的線索引發的神經元活動，已足夠用來定義 空間配置(O'Keefe & Conway, 1978)。1996 年 O’Keefe 年與 Burgess 更 以矩形空箱證實位置域的形狀與位置，會被空箱壁與空間的關連性影 響，也就是會隨著空箱的直徑改變(O'Keefe & Burgess, 1996)。
其他許多以迷宮訓練空間記憶習得與表現的時間發現，由於抵達 目的地使用的策略不同，習得的空間記憶可被分為幾類：反應性策略
（response strategy）是以迷宮或路線中出現的視覺等相關線索作為導 航依據以抵達目的地，而位置性策略（place strategy）則是應地應時
習得目的地與獎賞之間的關連性(Alves, Chichery, Boal, & Dickel, 2007)。將目的地設計為實驗動物偏好棲息的環境可作為一種獎賞。
實驗者設計依據實驗條件發展出空間性迷宮，使動物在迷宮中作出空 間定位後，往返於起點與目的地，並經由訓練找出捷徑或花費最少的 時間抵達標的。過去以大白鼠所進行的空間記憶實驗結果顯示，原先 對於向左或向右轉彎的偏好，使得動物在T 字型迷宮的學習過程當中 出現天花板效應(ceiling effect)，即實驗動物原有的喜好，會干擾其學 習效果。當目的地方向與動物原先偏好的方向相同時，便能輕易地訓 練動物前往目的地，而目的地方向與偏好方向相反時，空間學習的訓 練過程會較難達成(Andrade, Alwarshetty, Sudha, & Suresh Chandra, 2001)。近期以烏賊作空間學習的研究，採用轉向偏好（side-turning preference）的設計，作為烏賊於空間記憶訓練前的前測，故意選取 與偏好相反的方向作為目的地進行訓練，以釐清動物除了使用反應性 與 位 置 性 策 略 外 ， 原 先 的 偏 好 是 否 會 影 響 空 間 學 習 效 果(Alves, Chichery, Boal, & Dickel, 2007)。