全球定位系统（GPS）发明之后，人们开车、驾驶飞机、甚至在都市中行走的能力都发生了巨大的变化。但是在GPS发明之前，我们如何定位导航？神经科学的研究发现，我们哺乳类的大脑使用一套和GPS系统十分类似的精密追踪系统，以引导我们在空间中穿梭行动。

就像行动电话和车子内装设的GPS一样，我们的大脑也会根据我们过去的位置、经过的时间等各种讯息，来判断我们现在的位置以及前进的目标方位。大脑通常毫不费力就可进行这些运算，所以我们几乎不会意识到这个认知历程。只有当我们迷路了，或因为脑伤或神经退化疾病导致定位导航能力受损时，我们才有机会体认到脑中这套定位导航系统对生存有多重要。

知道自己身在何处、要去何方，是生存的关键能力。要是没有这种认知能力，人类与其他动物都无法找到食物或繁衍后代，事实上，所有的个体以及整个物种都会因此灭亡。如果把哺乳类和其他动物相比较，我们会发现哺乳类的定位导航系统相当精巧。以线虫这种只有302颗神经细胞的简单生物为例，其定位导航能力几乎完全依赖嗅觉讯号，也就是只能依靠沿途增强或减弱的气味浓度行进。

有些动物拥有较精巧的神经系统，例如沙漠蚂蚁或蜜蜂，则会透过额外的方法来定位导航。其中一种方法是称为“路径整合“的类GPS机制：神经细胞会不断更新个体相对于起始点的前进方向与速度，来计算目前的所在位置。这种计算方式不需要外界的任何线索做为参考点（例如地标）。以嵴椎动物来说，特别是哺乳类，能够协助个体在环境中定位导航的能力，就更多元了。

与其他嵴椎动物相比，哺乳类动物特别倚赖在脑中建构神经地图的能力：透过成群神经细胞的电生理活动型态来反映周围环境的样貌，并确认自己的位置。一般认为，这种心智地图是由大脑皮质建构，而皮质是演化上最晚才于大脑最上层出现的皱摺结构。

过去几十年来，研究人员已经越来越清楚大脑如何在个体位置改变时产生并修改这些神经地图。最近许多啮齿类动物的研究显示，脑中的定位导航系统是由一些特化的神经细胞所组成，这些特化的神经细胞会持续计算个体的位置、已行走的距离、移动的方向以及速度。不同的特化细胞会整合形成一幅反应周遭环境的动态神经地图，这种脑中地图不但当下即时运作，更可储存于记忆中，以供未来使用。

脑中地图浮现

关于脑中空间地图的研究，最早始于1918~1954年美国加州大学柏克莱分校心理学教授托曼（Edward C. Tolman）的实验。在那之前，一些大鼠实验显示，它们藉由判断并记忆行进路径上的连续刺激来寻找正确的路径。