認知マップ

認知マップとは、個人が日常的または比喩的な空間環境とその構成要素の関係に関する個人的な情報を整理するために使用する一種の精神的表現である。この概念は、1948 年にエドワード・トルマンによって提唱された。 ^{[ 1 ]}彼は、迷路の空間配置を学習しているように見えるラットの行動を説明しようとし、その後、この概念は人間を含む他の動物にも適用された。^{[ 2 ]}この用語は後に、特にオペレーションズ・リサーチの分野の研究者によって、個人の個人的な知識やスキーマを表す一種の意味ネットワークを指すように一般化された。^{[ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]}

認知マップは、心理学、教育、考古学、計画、地理学、地図作成、建築、ランドスケープアーキテクチャ、都市計画、経営、歴史など、さまざまな分野で研究されてきました。^{[ 6 ]}認知マップは広く使用され研究されているため、ほとんどすべての精神的表現やモデルの口語表現となっています。^{[ 6 ]}その結果、これらの精神的モデルは、認知マップ、メンタルマップ、スクリプト、スキーマ、参照枠など、さまざまな名称で呼ばれることがよくあります。

認知マップは空間知識の構築と蓄積に役立ち、「心の目」が画像を視覚化することで認知負荷を軽減し、情報の想起と学習を強化します。この種の空間的思考は、非空間的タスクのメタファーとしても使用できます。記憶やイメージを伴う非空間的タスクを実行する人々は、タスクの処理を助けるために空間知識を使用します。^{[ 7 ]}これらは、環境内のオブジェクト間の空間的関係に関する情報を含み、環境や空間内での方向付けと移動に役立ちます。

認知地図の神経相関は、海馬の場所細胞システム^{[ 8 ] [ 9 ]}と最近発見された内嗅皮質のグリッド細胞^{[ 10 ]}であると推測されている。

認知地図の概念は、エドワード・C・トルマンによって初めて提唱されました。初期の認知心理学者の一人であるトルマンは、ラットと迷路を使った実験でこの概念を紹介しました。トルマンの実験では、ラットを十字型の迷路に入れ、自由に探索させました。最初の探索の後、ラットを十字の一方の腕に置き、すぐ右隣の腕に餌を置きました。ラットはこの配置に慣れ、餌にたどり着くために交差点で右に曲がることを学習しました。しかし、十字型迷路の異なる腕に置かれても、ラットは迷路の最初の認知地図のおかげで、餌を得るための正しい方向に進みました。ラットは、迷路のどこに餌が置かれていても、交差点で右に曲がることを決めるのではなく、餌への正しい道筋を判断することができたのです。^{[ 11 ]}

残念ながら、当時の心理学の分野では行動主義的な観点が主流であったため、その後の研究は遅れた。^{[ 12 ]}後年、オキーフとネイデルはトルマンの研究を海馬に起因するものとし、海馬がラットの周囲の精神的表象の鍵であると述べた。この観察によりこの分野の研究が進展し、その結果、海馬の活動の多くは認知地図の作成によって説明されるようになった。^{[ 13 ]}

時が経つにつれ、認知地図は他の有望な分野でも研究され、その有用性が認められたため、より広範で多様な定義と応用が生まれた。

認知地図とは、外界の空間的表現であり、知覚された知識が実際に表現される（通常は図解される）まで、心の中に保持される。これがメンタルマップである。認知地図作成は暗黙的なプロセスであり、メンタルマップ作成は明示的なプロセスである。ほとんどの場合、認知地図はメンタルマップとは独立して存在するため、認知地図のみを扱う記事は理論的な考察にとどまるだろう。

メンタルマップは、実演される際には通常、ランドマーク、場所、地理に関連付けられます。メンタルマップの作成は、メディア、実生活、その他の情報源の影響を受けるかどうかに関わらず、個人とその認識に依存します。事実を記憶しているため、メンタルマップは道案内やナビゲーションに役立ちます。^{[ 14 ] [ 15 ]}前述のように、ほぼ同じ定義が提示されるとこの区別を識別するのは困難ですが、それでも区別は存在します。^{[ 16 ]}

メンタルマップとは、都市理論家が都市住民に記憶に基づいて自分の住む都市や場所の地図を描いてもらうという手法を指す場合もある。これにより、理論家は都市や住居のどの部分がより重要で想像しやすいかを把握することができる。そして、これは都市計画がどれだけうまく実施されてきたかという決定的な考えにつながる。^{[ 17 ]}

認知地図は、視覚系とその他の複数の情報源から生成されます。認知地図の大部分は、自己生成的な運動の手がかりによって作成されます。視覚、固有受容感覚、嗅覚、聴覚などの感覚からの入力はすべて、人が環境内を移動する際に、その環境内での自分の位置を推測するために使用されます。これにより、経路統合、つまり、以前の参照点と比較して、環境内での自分の位置と方向を表すベクトルの作成が可能になります。この結果として得られたベクトルは、海馬の場所細胞に渡され、そこで解釈されて、環境と認知地図のコンテキスト内での自分の位置に関するより多くの情報を提供します。^{[ 18 ]}

方向の手がかりと位置のランドマークも認知地図の作成に使用されます。方向の手がかりには、コンパスの目盛りのような明示的な手がかりと、陰影や磁場のようなグラデーションの両方が、認知地図を作成するための入力として使用されます。方向の手がかりは、人が環境を解釈する際に環境内で動かない場合の静的な方法と、グラデーションを通る動きが周囲の環境の性質に関する情報を提供する動的な方法の両方で使用できます。位置のランドマークは、特定のオブジェクトの相対的な位置を比較することによって環境に関する情報を提供しますが、方向の手がかりは環境自体の形状に関する情報を提供します。これらのランドマークは、相対的な位置を通じて環境のグラフを提供するために、海馬によって一緒に処理されます。^{[ 18 ] [ 9 ]}

アレックス・シーゲルとシェルドン・ホワイト（1975）は、異なるレベルに基づく空間知識の獲得モデルを提案した。プロセスの最初の段階は、新しい環境で利用可能なランドマークに限定されると言われている。次に、第2段階として、ランドマークを結ぶ経路に関する情報が、最初は非計量表現形式で符号化され、その後、距離、所要時間、角度偏差などの計量特性で拡張される。第3段階、最終段階では、観察者は他者中心の視点を使用して周囲の概観表現を使用できるようになる。^{[ 19 ]}

総じて言えば、認知地図の獲得は段階的な構築過程である。この種の知識は本質的にマルチモーダルであり、異なる情報源から得られる様々な情報が段階的に統合されていくことで構築される。

認知地図作成は主に海馬の機能であると考えられている。海馬は、空間情報と非空間情報の両方を統合するのに理想的な方法で脳の他の部分と接続されている。後嗅皮質と内側嗅内皮質からの接続は海馬に空間情報を提供する。周嗅皮質と外側嗅内皮質からの接続は非空間情報を提供する。海馬におけるこれらの情報の統合により、海馬は認知地図作成に適した場所となる。認知地図作成には、必然的に物体の位置とその他の特徴に関する情報を組み合わせることが含まれる。^{[ 20 ]}

オキーフとネイデルは、海馬と認知地図の関係を初めて概説した。^{[ 8 ]}多くの追加研究により、この結論を裏付ける追加的な証拠が示されている。^{[ 21 ]}具体的には、錐体細胞（場所細胞、境界細胞、グリッド細胞）が、海馬系内の認知地図の神経基盤として関与していることが示唆されている。

O'Keefeによる多数の研究は、場所細胞の関与を示唆している。海馬内の個々の場所細胞は環境内の別々の場所に対応しており、すべての細胞の合計が環境全体の単一の地図に寄与している。細胞間の接続の強さは、実際の環境における細胞間の距離を表す。同じ細胞を使用して複数の環境を構築できるが、個々の細胞間の関係は地図ごとに異なる可能性がある。^{[ 8 ]}場所細胞が認知地図作成に関与している可能性は、ラットやマカクザルを含む多くの哺乳類種で確認されている。^{[ 21 ]}さらに、MannsとEichenbaumによるラットの研究では、海馬内の錐体細胞も物体の位置と物体の識別を表すのに関与しており、認知地図の作成に関与していることが示唆されている。^{[ 20 ]}しかし、このような哺乳類種の研究が認知地図の存在を示しているのか、それとも環境を決定する別のより単純な方法を示しているのかについては議論がある。^{[ 22 ]}

海馬には位置していませんが、内側嗅内皮質内のグリッド細胞も経路統合のプロセスに関与しており、実際に経路統合器の役割を果たしており、場所細胞は経路統合によって得られた情報の出力を表示しています。^{[ 23 ]}経路統合の結果は、その後、海馬によって認知マップの生成に使用されます。^{[ 18 ]}認知マップは、主に海馬を基盤としているとしても、海馬だけではない回路上に存在している可能性が高いです。内側嗅内皮質の他に、前海馬傍回と頭頂皮質も認知マップの生成に関与していることが示唆されています。^{[ 21 ]}

O'KeefeとNadel（1978）によると、空間能力を必要とするのは人間だけではない。人間以外の動物も、食べ物、住処、そして配偶者や捕食者などの他の動物を見つけるために空間能力を必要とする。^{[ 25 ]}そのため、一部の動物はランドマーク間の関係を確立し、空間推論を行い、位置を検出できるようにする。^{[ 26 ]}

トルマン、リッチー、カリッシュ（1946）が行った迷路でのラットの最初の実験では、ラットが空間位置のメンタルマップを形成でき、それをよく理解できることが示されました。しかし、その後他の研究者（例えば、アイヒェンバウム、スチュワート、モリス、1990、シンガーら、2006）によって再び行われたこれらの実験では、そのような明確な結果は得られませんでした。一部の研究者は、ラットがどのように近道を使うことができるかを明らかにしようとしました。その結果、ほとんどの場合、ラットは、この近道ルートに事前にさらされていない限り、餌に手を伸ばすときに近道を使うことができないことが示されました。その場合、ラットは、事前にさらされていないラットよりも有意に速く、より頻繁にそのルートを使用します。さらに、ラットは、新しい近道ルートを取るなどの空間推論を行うのに困難を抱えています。^{[ 27 ]}

1987年、シャピュイとヴァルレは犬を使って近道を推測できるかどうかを調べる実験を行った。結論は彼らの仮説を裏付けた。実際、実験結果は、犬が食べ物を持って出発点からA地点まで行き、出発点に戻ることなく直接B地点まで行くことができたことを示した。しかし、アンドリューTDベネット（1996）によれば、これは単に犬がB地点の近くにある木や建物などの目印を見て、それらを食べ物と関連付けたためにそれらに向かって行ったことを意味するだけかもしれない。その後、1998年にチェンとスペッチはスナネズミで実験を行った。隠された食べ物（目標）を探すとき、スナネズミは目標と一度に1つの目印との関係を利用していた。食べ物が2つの目印から等距離にあると推測する代わりに、スナネズミは2つの独立した目印からの位置によって食べ物を探していた。これは、動物が位置を特定するために目印を使用するとしても、特定の方法でそれを行うことを意味する。^{[ 26 ]}

別の実験では、今度はハトも位置を特定するためにランドマークを使用していることが示されました。課題は、ハトがアリーナに隠された餌を見つけることでした。テストの一部は、ハトが餌を見つけるために嗅覚を使用していないことを確認することでした。これらの結果は、これらの動物において、1つまたは複数のランドマークと隠された餌との間に存在する関連性を示す他の証拠を示し、確認しています（Cheng and Spetch、1998、2001; Spetch and Mondloch、1993; Spetch et al.、1996、1997）。^{[ 25 ]}

魚がナビゲーション認知マップを形成するという証拠が増えつつある。 ^{[ 28 ]}ある神経学的研究では、ワイヤレス神経記録システムを用いて金魚の神経活動を測定し、金魚が周囲の複雑な認知マップを形成している証拠を発見した。^{[ 29 ]}

レビューの中で、Andrew TD Bennett は「認知地図」という用語の主な定義を 2 つ挙げている。1 つ目は、Tolman、O'Keefe、Nadel によると、ランドマークを精力的に記憶することで新しい近道を作り出す能力を意味する。2 つ目は、Gallistel によると、認知地図を「動物が保持する空間のあらゆる表現」とみなす。^{[ 22 ]}この適切な定義の欠如は、Thinus-Blanc (1996) も共有しており、定義が十分に明確ではないと述べている。そのため、さらなる実験の結論を出すことが難しくなる。^{[ 25 ]}

しかし、ベネットは、非ヒト動物における認知地図（すなわち、トルマンの定義による認知地図）の明確な証拠はないと主張した。この主張は、より単純な説明で実験結果を説明できることがわかった研究の分析に基づいている。ベネットは、非ヒト動物の認知地図のテストで排除できない3つのより単純な代替案を強調している。「これらの代替案は、（1）一見新しい近道が実際には新しいものではないこと、（2）経路統合が使用されていること、（3）馴染みのあるランドマークが新しい角度から認識され、それに向かって移動していることである。」^{[ 22 ]}この見解は、ラットを用いた実験（上記で簡単に紹介）で、これらの動物は認知地図を使用して空間推論を行うことができないことを示したグリーブスとドゥドチェンコ（2013）も共有している。^{[ 27 ]}

認知マップの操作と作成にはヒューリスティックが使用されていることがわかった。 ^{[ 30 ]}これらの内部表現は、外部環境におけるガイドとして私たちの記憶によって使用される。マップのイメージング、距離などについて質問されたとき、人々は一般的に画像に歪みを生じさせていることがわかった。これらの歪みは、画像の規則化（つまり、画像は不規則な形状であるにもかかわらず、より純粋な抽象幾何学的画像のように表現される）という形で現れた。

人間が認知地図を形成し利用する方法はいくつかあり、視覚的な情報入力は地図作成において特に重要な役割を果たします。1つ目はランドマークを利用する方法で、人は心象イメージを使って2つの物体間の関係（通常は距離）を推定します。2つ目は経路・道路知識で、これは一般的に人が何らかの作業を行い、その情報を他の人に伝える際に形成されます。3つ目は調査で、人は心象イメージに基づいて距離を推定します。この心象イメージは、本人にとっては実際の地図のように見えるかもしれません。このイメージは、一般的に人の脳が画像修正を開始したときに作成されます。これらは5つの方法で表現されます。

1. 直角バイアス：交差点の地図を作成するなど、画像をまっすぐにしようとすると、実際にはそうではない場合でも、すべてを90度の角度で捉えてしまうこと。
2. 対称性ヒューリスティック：人々が形状や建物を実際よりも対称的だと考えがちであること。
3. 回転ヒューリスティック：人が自然に（現実的に）歪んだ画像を、自分の心象風景に合わせてまっすぐに修正すること。
4. 位置合わせヒューリスティック：前述のものと同様で、人々は実際よりもまっすぐに見えるように、頭の中で物体の位置を合わせます。
5. 相対位置ヒューリスティック：人々は、記憶の正確さに基づいて、心象風景の中のランドマーク間の距離を正確に判断するわけではない。

認知地図を作成するもう1つの方法は、言語による説明に基づく聴覚情報を用いることです。視覚情報に基づく地図を使用することで、別の人が特定の場所への道順などの心的イメージを作成できます。^{[ 31 ]}

• 認知地理学は、地理学だけでなく空間や環境の認識にも重点を置いている点で特徴的である。^{[ 32 ]}
• ファジー認知マップは、概念と実際の出来事の間に重要なつながりを確立します。^{[ 33 ]}
• 運動知覚は速度と方向の処理に直接関係している。^{[ 34 ]}
• レパートリーグリッドは意味を特定するための手法である。^{[ 35 ]}
• マインドマップは、特定の主題を物理的な図を用いて展開することと直接関係している。^{[ 14 ]}

• ウィキメディア・コモンズにある認知地図関連のメディア