認知マップ

認知マップは、個人が日常的または比喩的な空間環境に関する情報の個人的な蓄積とその構成要素の関係を整理するために使用する一種の精神的表現です。この概念は、1948年にエドワード・トールマンによって導入されました。 ^[1]彼は、迷路の空間レイアウトを学習しているように見えるネズミ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適用されました。^{[2]この用語は、後に一部の研究者、特に}オペレーションズ・リサーチの分野で、個人の個人的な知識またはスキーマを表す一種の意味ネットワークを指すために一般化されました。^{[3] [4] [5]}

認知マップは心理学、教育、考古学、都市計画、地理学、地図作成、建築、景観設計、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]認知マップは幅広く利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を指す俗語となっています。^{[6]その結果、これらのメンタルモデルは、認知マップ、}メンタルマップ、スクリプト、スキーマ、参照フレームなど、さまざまな名前で呼ばれることがよくあります。

認知マップは、人間や動物が新しい環境で移動するために使用する脳の機能です。認知マップは、場所を認識したり、方向や距離を計算したり、近道を批判的に考えたりするのに役立ちます。認知マップは、環境内での道案内をサポートし、新しいテクノロジーの青写真として機能します。

認知マップは空間知識の構築と蓄積に役立ち、「心の目」が画像を視覚化できるようにすることで、認知負荷を軽減し、情報の想起と学習を強化します。このタイプの空間思考は、非空間タスクのメタファーとしても使用できます。非空間タスクを実行する人々は、記憶とイメージングを含む非空間タスクを処理しやすくするために空間知識を使用します。^[7]認知マップには、環境内でのオブジェクト間の空間関係に関する情報が含まれており、設定や空間内での方向付けや移動に役立ちます。

これらは内部表現であり、固定されたイメージではなく、むしろ動的で柔軟性があり、ある程度の個人レベルを持つ図式です。空間マップは、参照フレームに従って取得する必要があります。これは観察者の視点から独立しているため、オブジェクト間の関係を持つ、他者中心の参照システムに基づいています。これは、世界中心のコーディング システムを使用して、構成情報をコード化します。

認知地図の神経的対応物は、海馬の場所細胞システム^[8]と、最近発見された嗅内皮質のグリッド細胞^[9]であると推測されています。

認知マップの考え方は、エドワード・C・トールマンによって初めて考案されました。初期の認知心理学者の一人であるトールマンは、ラットと迷路に関する実験を行う際にこの考え方を導入しました。トールマンの実験では、ラットを十字形の迷路に入れ、迷路を探索させました。この最初の探索の後、ラットは十字の片方の腕に置かれ、餌はすぐ右の次の腕に置かれました。ラットはこのレイアウトに慣れ、餌にたどり着くために交差点で右に曲がることを学びました。しかし、十字迷路の別の腕に置かれたとき、ラットは迷路の初期の認知マップのおかげで、餌を得るために正しい方向に進みました。ラットは、何があろうと交差点で右に曲がることを決めるのではなく、迷路のどこに餌が置かれていても、餌への正しい道を決定することができました。^[10]

残念なことに、当時の心理学の分野では行動主義的な観点が優勢であったため、さらなる研究は遅れました。^[11]後年、オキーフとネーデルはトールマンの研究は海馬によるものだとし、海馬がラットの周囲の状況を精神的に表す鍵であると述べました。この観察によりこの分野の研究が進み、結果として海馬の活動の多くは認知マップの作成を通じて説明されるようになりました。^[12]

時が経つにつれ、認知マップは有用であると認められた他の有望な分野でも研究され、より幅広く差別化された定義と応用が生まれました。

認知マップとは、外界の空間表現であり、この認識された知識の実際の表現（通常は描画）が生成されるまで、心の中に保持されます。認知マッピングは暗黙的であり、メンタルマッピングは同じプロセスの明示的な部分です。ほとんどの場合、認知マップはメンタルマップとは独立して存在するため、認知マップだけを扱う記事は理論的な考察に限定されます。

メンタルマッピングは、通常、ランドマーク、場所、地理に関連付けられて示されます。メンタルマップの作成は、個人とその認識、メディア、実生活、またはその他の情報源の影響を受けるかどうかによって異なります。事実の保存のため、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。^{[13] [14]}前述のように、ほぼ同じ定義が提示されるとこの違いを識別するのは困難ですが、それでも違いはあります。^[15]

メンタルマップとは、都市理論家が都市住民に記憶から都市や居住地の地図を描かせるという手法を指す場合もある。これにより、都市理論家は都市や住居のどの部分がより実質的または想像しやすいかを把握することができる。これは、都市計画がどの程度うまく実施されているかの決定的なアイデアにつながる。^[16]

認知マップは、視覚系やその他のさまざまなソースから生成されます。認知マップの多くは、自己生成された動きの手がかりによって作成されます。視覚、固有受容覚、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環境内での位置を推測するために使用されます。これにより、パス統合、つまり環境内での位置と方向を表すベクトルの作成が可能になります。具体的には、以前の参照ポイントと比較します。この結果のベクトルは海馬の場所細胞に渡され、そこで解釈されて、認知マップのコンテキスト内での環境と自分の位置に関する詳細情報が提供されます。^[17]

方向の手がかりと位置のランドマークも認知マップの作成に使用されます。方向の手がかりでは、コンパスのマークのような明示的な手がかりと、陰影や磁場のような勾配の両方が、認知マップ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を移動しない場合は静的に、勾配を通る移動が周囲の環境の性質に関する情報を提供する場合は動的に使用できます。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で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海馬によって一緒に処理され、相対的な位置を通じて環境のグラフを提供します。^[17]

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いた空間知識の獲得モデルを提案した。プロセスの第1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、ランドマークを接続するルートに関する情報が、最初は非計量表現形式でエンコードされ、その後、距離、期間、角度偏差などの計量特性で拡張されます。第3段階と最終段階では、観察者は、他者中心の視点を使用して、周囲の調査表現を使用できるようになります。^[18]

全体として、認知マップの獲得は段階的な構築です。この種の知識は本質的にマルチモーダルであり、さまざまな情報源から得られるさまざまな情報を段階的に統合して構築されます。

認知マッピングは主に海馬の機能であると考えられています。海馬は脳の他の部分とつながっており、空間情報と非空間情報の両方を統合するのに理想的です。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します。嗅周囲皮質と外側嗅内皮質からの接続は非空間情報を提供します。この情報が海馬に統合されるため、海馬は認知マッピングの実用的な場所となり、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になります。^[19]

オキーフとネイデルは、海馬と認知マッピングの関係を初めて概説した。^[8]多くの追加研究がこの結論を裏付ける追加の証拠を示している。^[20]具体的には、錐体細胞（場所細胞、境界細胞、グリッド細胞）が海馬系内の認知マップの神経基盤として関与していることが示唆されている。

オキーフによる数多くの研究は、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、すべての細胞の合計は環境全体の単一の地図に寄与する。細胞間の接続の強さは、実際の環境におけるそれらの間の距離を表す。同じ細胞を複数の環境の構築に使用できるが、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]場所細胞が認知マッピングに関与する可能性は、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。^[20]さらに、マンズとアイヘンバウム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アイデンティティを表すことに関与しており、認知マップの作成に関与していることが示唆されている。^[19]しかし、哺乳類種のこのような研究が認知マップの存在を示し、環境を決定する別のより単純な方法を示していないかどうかについては議論がある。^[21]

海馬には存在しないが、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いることが示唆されており、場所細胞が経路統合を通じて得られた情報の出力を表示するのに対し、実際には経路統合器の役割を果たしている。^[22]経路統合の結果は、その後、海馬によって認知マップを生成するために使用される。^[17]認知マップは、主に海馬を拠点としているとしても、海馬だけでなく、はるかに多くの領域を含む回路上に存在する可能性が高い。内側嗅内皮質以外にも、前海馬台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る。^[20]

認知マップは海馬内で 2 つの別々のマップによって表されるという考え方には、いくつかの証拠があります。1 つ目はベアリング マップで、自己運動の手がかりと勾配の手がかりを通じて環境を表します。これらのベクトルベースの手がかりを使用すると、環境の大まかな 2D マップが作成されます。2 つ目のマップは、位置の手がかりに基づいて機能するスケッチ マップです。2 つ目のマップは、特定のオブジェクトまたはランドマークとそれらの相対的な位置を統合して、環境の 2D マップを作成します。したがって、認知マップは、これら 2 つの別々のマップを統合することによって得られます。^[17]これにより、この精神プロセスを作成するのに役立つのは 1 つのマップではなく 3 つのマップであるという理解が生まれます。並列マップ理論がまだ発展途上にあることは明らかです。スケッチ マップは以前の神経生物学的プロセスと説明に基礎を置いていますが、ベアリング マップにはその証拠を裏付ける研究がほとんどありません。^[23]

オキーフとネイデル（1978）によると、空間認識能力が必要なのは人間だけではない。人間以外の動物も、食物や避難所、仲間や捕食者など他の動物を見つけるために空間認識能力を必要とする。^[24]そのために、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している。^[25]

トールマン、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、ラットは空間的な位置のメンタルマップをしっかりと理解して作成できることが示されました。しかし、後に他の研究者 (たとえば、アイヘンバウム、スチュワート、モリス、1990 年、シンガーら、2006 年) が主導したこれらの実験では、それほど明確な結果は得られませんでした。一部の研究者は、ラットが近道を取れる方法を明らかにしようとしました。その結果、ほとんどの場合、ラットは近道を事前に知らされていない限り、餌に手を伸ばすときに近道を使わないことが示されました。その場合、ラットは事前に知らされていないラットよりも大幅に速く、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を取るなどの空間推論を行うのが困難です。^[26]

1987 年、シャピュイとヴァルレットは犬を対象に、近道を推測できるかどうかを調べる実験を行いました。その結論は彼らの仮説を裏付けるものでした。確かに、犬は出発点から餌を持って A 地点まで行き、その後出発点に戻ることなく B 地点まで直接行くことができることが実験結果から明らかになりました。しかし、アンドリュー TD ベネット (1996) は、犬が B 地点付近の木や建物などのランドマークを見て、餌と関連付けてそこへ向かっただけかもしれないとしています。その後、1998 年にチェンとスペッチはスナネズミを対象に実験を行いました。スナネズミは、隠された餌 (目標) を探す際に、目標と 1 つのランドマークの関係を 1 つずつ利用していました。餌が 2 つのランドマークから等距離にあると推測するのではなく、スナネズミは 2 つの独立したランドマークからの位置で餌を探していました。つまり、動物はランドマークを使用して位置を特定しますが、特定の方法でそれを行います。^[25]

もう一つの実験では、今度はハトが対象となり、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。この実験では、ハトにアリーナに隠された餌を見つけてもらうという課題が与えられました。テストの一環として、ハトが餌を見つけるために匂いを使っていないか確認しました。これらの結果は、1つまたは複数のランドマークと隠された餌の間に、これらの動物に存在する関連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)。^[24]

魚がナビゲーション認知地図を形成しているという証拠が増えています。^[27]そのような神経学的研究の1つでは、ワイヤレス神経記録システムが金魚の神経活動を測定し、金魚が周囲の複雑な認知地図を形成しているという証拠を発見しました。^[28]

アンドリュー・TD・ベネットはレビューで、「認知マップ」という用語には2つの主要な定義があると指摘している。トルマン、オキーフ、ネイデルによると、最初の定義は、ランドマークを熱心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。ガリステルによると、2番目の定義は、認知マップを「動物が保持する空間の表現」とみなしている。^[21]この適切な定義の欠如は、定義が十分に明確ではないと述べたティヌス・ブラン（1996）にも共通している。そのため、さらなる実験で結論を出すことは困難である。^[24]

しかし、ベネットは、人間以外の動物に認知マップ（つまり、トールマンの定義による認知マップ）が存在するという明確な証拠はないと主張した。この主張は、より単純な説明が実験結果を説明できることが判明した研究の分析に基づいている。ベネットは、人間以外の動物の認知マップ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。「これらの代替案とは、（1）一見新しい近道が実際には新しいものではない、（2）経路統合が使用されている、（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、である。」^[21]この観点は、ラットの実験（上記で簡単に紹介）でこれらの動物が認知マップ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ダドチェンコ（2013）にも共有されている。^[26]

ヒューリスティックは認知マップの操作と作成に使用されていることがわかった。^[29]これらの内部表現は、外部環境のガイドとして記憶によって使用されます。マップのイメージング、距離などについて質問されると、人々は一般的にイメージを歪めることがわかりました。これらの歪みは、イメージの正規化（つまり、イメージは不規則な形をしているものの、 純粋に抽象的な幾何学的イメージのように表現される）で形作られました。

人間が認知地図を形成および使用する方法はいくつかありますが、視覚的な情報取り込みは地図作成において特に重要な部分です。1 つ目はランドマークを使用する方法で、この場合、人は心の中のイメージを使用して 2 つの物体の関係 (通常は距離) を推定します。2 つ目はルートと道路に関する知識で、通常、人がタスクを実行し、そのタスクの情報を他の人に伝えた後に開発されます。3 つ目は調査で、この場合、人は実際の地図のように見える心の中のイメージに基づいて距離を推定します。このイメージは通常、人の脳がイメージ修正を開始すると作成されます。これらは 5 つの方法で表されます。

1. 直角バイアス: 交差点をマッピングするなど、人がイメージをまっすぐにし、すべてに90 度の角度を与え始めるが、実際にはそうではない可能性がある場合。
2. 対称性ヒューリスティック: 人々が形や建物を実際よりも対称的であると考える傾向がある場合。
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の中のイメージに合わせてまっすぐにすること。
4. アライメント ヒューリスティック: 前述のものと同様、人々は物体を実際よりも真っ直ぐになるように頭の中でアライメントします。
5. 相対位置ヒューリスティック: 人々は、ランドマークをどれだけよく覚えているかに基づいて、心の中のイメージの中でランドマークまでの距離を正確に測るわけではありません。

認知マップを作成するもう一つの方法は、言葉による説明に基づいた聴覚的な取り込みによるものです。ある人の視覚的な取り込みに基づくマッピングを使用して、別の人は特定の場所への道順などの精神的なイメージを作成することができます。^[30]

• 認知地理学は、地理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す。^[31]
• 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。^[32]
• 運動知覚は速度と方向の処理とより直接的に関係している。^[33]
• レパートリーグリッドは意味を識別するための技術である。^[34]
• マインドマップは、特定の主題を物理的な図表で展開することに直接関係しています。^[13]

• ウィキメディア・コモンズの認知マップに関連するメディア