全球定位系統(tǒng)（GPS）發(fā)明之后，人們開車、駕駛飛機、甚至在都市中行走的能力都發(fā)生了巨大的變化。但是在GPS發(fā)明之前，我們如何定位導航？神經(jīng)科學的研究發(fā)現(xiàn)，我們哺乳類的大腦使用一套和GPS系統(tǒng)十分類似的精密追蹤系統(tǒng)，以引導我們在空間中穿梭行動。

就像行動電話和車子內裝設的GPS一樣，我們的大腦也會根據(jù)我們過去的位置、經(jīng)過的時間等各種訊息，來判斷我們現(xiàn)在的位置以及前進的目標方位。大腦通常毫不費力就可進行這些運算，所以我們幾乎不會意識到這個認知歷程。只有當我們迷路了，或因為腦傷或神經(jīng)退化疾病導致定位導航能力受損時，我們才有機會體認到腦中這套定位導航系統(tǒng)對生存有多重要。

知道自己身在何處、要去何方，是生存的關鍵能力。要是沒有這種認知能力，人類與其他動物都無法找到食物或繁衍后代，事實上，所有的個體以及整個物種都會因此滅亡。如果把哺乳類和其他動物相比較，我們會發(fā)現(xiàn)哺乳類的定位導航系統(tǒng)相當精巧。以線蟲這種只有302顆神經(jīng)細胞的簡單生物為例，其定位導航能力幾乎完全依賴嗅覺訊號，也就是只能依靠沿途增強或減弱的氣味濃度行進。

有些動物擁有較精巧的神經(jīng)系統(tǒng)，例如沙漠螞蟻或蜜蜂，則會透過額外的方法來定位導航。其中一種方法是稱為“路徑整合“的類GPS機制：神經(jīng)細胞會不斷更新個體相對于起始點的前進方向與速度，來計算目前的所在位置。這種計算方式不需要外界的任何線索做為參考點（例如地標）。以嵴椎動物來說，特別是哺乳類，能夠協(xié)助個體在環(huán)境中定位導航的能力，就更多元了。

與其他嵴椎動物相比，哺乳類動物特別倚賴在腦中建構神經(jīng)地圖的能力：透過成群神經(jīng)細胞的電生理活動型態(tài)來反映周圍環(huán)境的樣貌，并確認自己的位置。一般認為，這種心智地圖是由大腦皮質建構，而皮質是演化上最晚才于大腦最上層出現(xiàn)的皺摺結構。

過去幾十年來，研究人員已經(jīng)越來越清楚大腦如何在個體位置改變時產(chǎn)生并修改這些神經(jīng)地圖。最近許多嚙齒類動物的研究顯示，腦中的定位導航系統(tǒng)是由一些特化的神經(jīng)細胞所組成，這些特化的神經(jīng)細胞會持續(xù)計算個體的位置、已行走的距離、移動的方向以及速度。不同的特化細胞會整合形成一幅反應周遭環(huán)境的動態(tài)神經(jīng)地圖，這種腦中地圖不但當下即時運作，更可儲存于記憶中，以供未來使用。

腦中地圖浮現(xiàn)

關于腦中空間地圖的研究，最早始于1918~1954年美國加州大學柏克萊分校心理學教授托曼（Edward C. Tolman）的實驗。在那之前，一些大鼠實驗顯示，它們藉由判斷并記憶行進路徑上的連續(xù)刺激來尋找正確的路徑。