本文述說并評論，大約70多年前的1948年，一位教父輩級的認知行為學家-- 愛德華·托爾曼 (Edward C. Tolman)-- 在美國《心理學評論》期刊 (Psychological Review) 上，發表了一篇題為〈老鼠和人的認知地圖〉(Cognitive maps in rats and men) 的論文 [1]。
如今，可能已經很少人-- 包括專業的心理學家們-- 讀過或知道這篇論文的存在了，盡管論文提出了兩點其后影響深遠的心理學觀點：
一 在現代心理學的范疇內，首次提出「認知地圖」(cognitive maps) 這個重要的認知心理學概念；
二 在論文的結末處，托爾曼在心理健康墻上，寫下一道建言，對個體心理健康，與及對半個世紀以后的世局和地緣政治，作出了驚人的超前確切分析。
1886年，愛德華·托爾曼出生距離美國馬薩諸塞州首府波士頓市中心以西約11公里的西牛頓市 (West Newton, Massachusetts)。父親詹姆斯·派克·托爾曼 (James Pike Tolman) 是一家制造廠的總裁，母親瑪麗·伊麗莎白·蔡斯 (Mary Elizabeth Chace) 是一位具有堅定的貴格會 (Quaker ) 背景的婦女。
1911 年，愛德華·托爾曼在麻省理工學院取得電化學 (electrochemistry) 理學士學位。稍后，愛德華在閱讀了有 ''美國心理學之父'' 之稱的威廉·詹姆斯 (William James, 1842-1910) 所著的《心理學原理》(Principles of Psychology) 一書，大受啟發，決定放棄物理、化學和數學，轉而學習哲學和心理學。詹姆斯對托爾曼的影響，可從托爾曼其后在其學術生涯抱著勇敢的態度，和他愿意應對引起爭議，與及反對當時流行觀點等問題上看出來。
在哈佛讀完第一年的那個夏天，托爾曼去了德國吉森 (Giessen) ，為的是要滿足準備攻讀博士學位的語言要求-- 多年來，美國博士學位的要求之一，是熟悉法語和 / 或德語。在那里，他接觸到格式塔心理學 (Gestalt psychology)。托爾曼后來從不諱言，自己深受庫爾特·勒溫 (Kurt Lewin, 1890-1947) 和 庫爾特·卡夫卡 (Kurt Koffka, 1886-1941) 兩位德國格式塔心理學家的重大影響。
格式塔心理學的其中一項特色，是致力于將組成心智生活 (mental life) 的成分，理解為結構化的整體 (structured wholes)。這點特色，托爾曼在其新行為主義 (亦可讀作認知行為理論) 建構過程中，頗可一見。
期后，托爾曼返回美國，并于 1915 年，獲得哈佛大學博士學位。
1918 年，愛德華·托爾曼開始在美國加州大學伯克利分校 (University of California, Berkeley) 教授心理學，直到1954退休為止，前后合共36年。
在伯克利，愛德華開展研究大鼠走迷宮學習的研究。他進行了大量實驗結果，成積顯著，讓伯克利的心理學系，一舉聞名于世。
托爾曼的一些早期研究，屬于行為遺傳學的早期發展。他會根據老鼠的迷宮表現，選擇性地繁殖和培育不同血統的老鼠，以便經過進一步的訓練后，這些老鼠，能夠按照他的意愿 (又可讀作操控)，學習他建造的各種類型的迷宮，從而檢視老鼠迷宮學習的遺傳基礎。
20世紀的30年代至世紀的中期，美國動物心理學有三位重要領航人，以出生年份先后排序，他們分別是克拉克·萊昂納多·赫爾 (Clark Leonard Hull, 1884 - 1952)、愛德華·蔡斯·托爾曼 (Edward Chace Tolman, 1886 - 1959) 和伯魯斯·弗雷德里克·斯金納 (Burrhus Frederic Skinner, 1904 - 1990)。
大江東去，浪淘盡。如今，三人中，只有托爾曼的理論，在學術研究方面，仍保有強勁的生命力。
托爾曼是現代心理學的主要貢獻者，他對古典行為主義者 (classical behaviorist) -- 可讀作激進的， 比如約翰·沃森 (John B. Watson, 1878 – 1958) 和斯金納等人-- 的思想和理論，作出重要修改 [2]。
通過老鼠走迷宮的實驗，托爾曼證明，學習，既可以在沒有獎勵的情況下發生，也可以在沒有明顯的行為反應的情況下發生。托爾曼稱此為「潛在學習」 (latent learning)。
「潛在學習」這個現象的被發現，一方面徹底顛覆了行為主義，因為當時流行的理論是，動物只能通過強化來學習。 托爾曼的發現，率先將認知引入動物行為研究的范疇，此舉永遠改變了該領域的面貌 [3]。另一方面，「潛在學習」這個概念，也讓托爾曼，開始聞名于學術界。
有論者認為，托爾曼在他的方法論上，是個堅定的行為主義者。但亦有其他論者指出，在學術尤其是方法論上，托爾曼并非是個教條主義者，他有著海納百川的胸懷和視野，能夠吸收不同流派的觀點和研究方法-- 特別是源自歐陸心理學界的格式塔心理學-- 為我所用。
舉個例子，美國動物心理學三位重要領航人之一的赫爾，采用的便是古典行為主義的 ''S-R'' (刺激反應) 強化驅動觀點，而托爾曼則是一個用當時的語言來說， ''S-S'' (刺激-刺激)、非強化理論家。
托爾曼透過實驗觀察，發現老鼠可以不在強化驅動 (reinforcement) 的情況下，學習外在環境的事實，但他并沒有簡單地認同，學習是由環境刺激引發的自動反應，卻以靈活的方式，采用了格式塔心理學的觀念，論證在學習的過程中，受試老鼠可以找出刺激與刺激之間的關聯，而毋需靠要任何明確的生物學意義事件，來制造學習的發生。
此學習觀點，是以沃森為代表的古典行為主義者們，所不能接受的。
上文提到過，青年時期的托爾曼，一度赴德國吉森 (Giessen) 短暫修讀博士學位的外語要求期間，曾接觸過格式塔心理學 (Gestalt psychology)，自己受到庫爾特·勒溫的格式塔心理學思想的強烈影響，因此在闡釋老鼠走迷宮的現象時，用上了勒溫的場論 (field theory)。
然而，赫爾和他的追隨者，對托爾曼的發現，提出不同的解釋，使行為心理學派的 S-S 和 S-R 學習理論之間的爭論，變得越來越復雜。
1950 年，斯金納發表了題為〈學習理論是否必要 ?〉的論文 [4]，主張研究人員，應該把研究的注意力，集中在行為本身，而不是用它來對心理狀態 (mental state) 做出假設，這樣將會更有成效。
斯金納批評心智心理學家 (mentalistic psychologist)-- 即那些引用一些 "心理" 事件 ( "mental" events)，諸如 "發現了令人愉快的事情" 或因為它 "期望某事發生"，說成是有機體，學會以某種方式行事的原因。斯金納認為，心智心理學家們這種解釋性事件，只是理論性的，暗指后者的研究，不具科學性。
斯金納雖然并未開列心智心理學家的名單，可托爾曼肯定會出現在斯金納心中的名列之上。
斯金納舉著科學性的大纛，隨即說服了許多對動物學習感興趣的心理學家，導致托爾曼思想的影響，一度在 1950 年代后期和 1960 年代，暫時退潮。
然而，托爾曼的學術建構，是深遠而扎實的，它預示后來的認知心理學的發展，并為此奠定了基礎，從而直接地或間接地為至少兩屆諾貝爾獎的頒發-- 2002 年丹尼爾·卡尼曼 (Daniel Kahneman) 的應用決策理論，與及2014年諾貝爾生理學或醫學獎，授予研究老鼠大腦 ''內部的GPS'' 定位系統的「師徒三人組」-- 扯上關系。
現代心理學的學習理論，在20 世紀上半葉，被關于動物學習和記憶機制的兩種廣泛對立的觀點-- 刺激-反應和認知-- 所主導 [5]。其中，大量的老鼠走迷宮實驗的觀察與數據，提供重要的觀察窗口作用。
根據刺激-反應 (S-R) 觀點，老鼠在學習環境中，得靠刺激 (S) 和反應 (R) 之間的關聯。
例如，在迷宮學習情境中，老鼠學會穿越迷宮，以從一以貫之的目標位置，取得食物的獎賞。學習環境中的視覺或觸覺刺激，可能獲得激活一系列動覺轉向的反應 (kinesthetic turning responses) 能力-- 即上文提到過的 ''生物學意義事件''，從而成為引導行為尋獲食物獎賞的強化劑 (reinforcer)。
相比之下，另一種競爭的學習理論，稱為「目的行為主義」-- Purposive Behaviorism，不同的論者，有時又會以「認知學習理論」或 S-O-R 稱呼此學派。認知學習理論認為，老鼠在學習環境中的刺激之間，獲取有意義的關聯，從而形成「認知期望」。這些獲取的期望，驅使老鼠能夠推斷出，需要做出哪些行為反應，以獲取食物獎賞。
因此，根據認知觀點，老鼠不是 S-R 自動機，而是基于期望、理性和目的這些認知中介因素，對在走迷宮過程中，面臨大量的信息刺激，做出理性的選擇。
采用S-R 觀點建構學習理論的代表人物為愛德華·桑代克 (Edward Lee Thorndike, 1874 - 1949) 和上文提到過的克拉克·赫爾兩位。
羅伯特·伍德沃斯和托爾曼兩人，是 S-O-R 學派的領軍人物，后者在他的《動物和人的目的性行為》這本具影響力的書中，詳細地闡述了他的認知學習觀。
作為解決 ''S-R'' 和 ''S-O-R'' 爭辯的一種手段，托爾曼與及他的研究伙伴里奇 (Ritchie) 和卡利什 (Kalish)，設計了兩款不同形狀的老鼠走迷宮任務-- 一個需要使用 ''S-R'' 學習的 ''反應學習'' (response learning) 任務，和一個需要使用 '' S-O-R '' 認知學習的 ''位置學習'' (place learning，又譯作地方學習) 任務 [6] (分別見下圖左和下圖右)。
近年，位置和反應學習任務的研究，再度興起，成為探索不同類型記憶的行為和神經生物學機制的重要工具。此乃后話，下文另述，此處暫且不表。
是項研究分兩步驟進行。步驟一，受試老鼠從圖左比較簡單的迷宮開始，進行實驗。這是一個高架迷宮。老鼠從入口 A ，跑過開放的圓桌，穿過兩邊有小巷墻的 CD通道 (此通道的設計，起著其后實驗中同樣環境刺激元素的作用)，再通過E和F兩個拐點的通道，最后達至食物盒 G。
研究團隊合共訓練了 56 只此前曾接受過走迷宮基本訓練的雌性大鼠，進行是次實驗。
經過四個晚上，每晚進行 3 次學習后，老鼠學會了從入口 A ，毫不猶豫地直奔食物盒G。
步驟二，研究員把老鼠放進圖右的太陽輻射形 (sun-burst) 的迷宮中，進行觀察。在新的迷宮里，起始路徑和中間開放的圓桌保持不變，只是把兩邊有小巷墻的 CD通道的D端堵塞上，并且在圓周添加了一系列輻射路徑 (最多18條)，每條路徑，如圖右所示，均以數目字予以編碼。
在太陽輻射形的迷宮中，初始的一輪學習，受試老鼠仍舊從入口 A ，穿過圓桌進入 CD通道，發現通道的出口端被擋住了。 然后他們退回到圓桌里，啟動探索幾乎所有其它的輻射路徑的過程。在任何一條路徑上，受試老鼠只嘗試跑幾英寸，然后會選擇其中一條路徑跑出圓桌，尋找食物盒去。
實驗的統計數字顯示，受測試的老鼠，對選擇 6 號路徑，似乎有一種優勢傾向。當原始路徑 CD 被阻擋，并在 18 條不同路徑中進行選擇時，這批實驗老鼠中，36 % 選擇了直接指向目標食物盒的6 號路徑。該路徑的出口，距離擺放食物盒約 4 英寸的地方，是最為接近食物盒的路徑。
剩下64% 的老鼠，則以一種偶然的方式，選擇其余的路徑。 第二條較多選擇的是1號路徑-- 即指向迷宮內，擺放食物側的垂直路徑。
這些結果似乎表明，該實驗中的受試老鼠，不僅學會了沿著原來的環回路線 (roundabout route) 快速奔跑，而一旦當它被阻塞而有其它輻射路徑可供選擇，它們學會選取一條直接指向食物所在位置的路徑，或至少選擇一條指向迷宮內擺放食物側的垂直路徑。
三位研究員作結論時指出，將食物放在迷宮的某個點上，受試老鼠可以在沒有強化的情況下，自由探索，認知四周環境。經過若干輪試錯學習，受試老鼠會第一時間跑到那個點去。
受試老鼠確實學會了迷宮的布局，并在特定位置，期待盡快達至目標獎賞。
如果不是簡單的 ''S-R'' 學習方法，使學習走迷宮的老鼠，找到食物獎賞，那么，到底是什么的心理機制，讓在太陽輻射形迷宮中學習尋找食物盒的受試老鼠，經過若干次試錯學習后，很快就能選擇并認定，某一條直接指向食物所在位置的路徑的呢 ?
我們得要回顧一下行為主義的學習理論，才能找到這個問題的答案。
上個世紀的上半期，打從1900 年代初期開始，現代心理學的學習理論和研究，日漸被美國以科學主義為首所謂的古典行為主義 (classical psychology) 心理學派把持，主要是為了回應并反擊，當時其它流行的、以歐陸弗洛伊德心理學派強調無意識思想和沖動的重要性的思想流派。
早期的行為主義者，旨在希望將心理學，轉變為更客觀的科學學科，就像生物學或化學一樣，專注于可測量、可觀察的現象，而不是弗洛伊德和他同時代人優先考慮的不可觀察的心理內部現象。
古典行為主義者并不否認，人類是有思想和情感。 相反，他們爭辯說，由于無法測量或記錄此類心理內部建構 (包括認知、情緒、意義等)，因此，它們與人類行為研究無關。
古典行為主義者構想，行為只是沖著刺激和反應而來的，故其基本目標，是描述刺激和反應之間的功能關系-- 即操縱刺激 (stimulus，以英文字母 S 代稱) 并觀察其反應 (response，以英文字母 R 代稱)。因此，古典行為主義有時又被稱為 ''S-R心理學''。
''S-R'' 這樣看似簡單利落研究行為的方法，似無法解釋一些較為復雜的行為，包括托爾曼的老鼠走迷宮的諸種現象。
此情況一直為此到1920年代，有部分心理學家開始質疑古典行為主義的S-R心理學，箇
中尤以美國哥倫比亞大學心理學系的羅伯特·塞申斯·伍德沃斯 (Robert Sessions Woodworth, 1869-1962) 的系統性的質疑和參與建構 S-O-R替代方案，最為見著。
S-O-R，即「刺激 - 機體 - 反應」(stimulus-organism-response) 心理學派的英文縮寫，是古典行為主義者 S-R 心理學派的延伸，結合了伍德沃斯有關機體的內因素 (factors within the organism) 的理念，形成研究學習一道新的方法和觀點-- ''S-O-R學習模式''。
這些內因素，有助于確定有機體，對哪些刺激敏感，以及可能發生哪些反應。 O 因素可能是生物學的，或心理的。
其實，托爾曼并沒有認真跟隨其他行為主義派的成員，使用 ''S-O-R學習模式''，他反倒提出一個相對于 ''S-O-R學習模式'' 更易于操作的平行方案-- ''三變量模式''，以取代伍德沃斯的 O 因素那既可以是生物學的又可以是心理的模棱兩可狀況。
為了彌補古典行為主義者諸如華生 、桑代克等人將行為簡化為較小的學習刺激和反應單元-- 即 ''刺激-反應'' (S-R) 公式的不足，1932年，托爾曼在《動物和人的目的性行為》(Purposive behavior in animals and men) 這本書里，倡議「目的行為主義」。目的行為主義融合了勒溫格式塔學派的場論 (field theory) 概念，主張行為有一個目標或目的，它選擇、指導和決定行為序列，直到達到目標或目的。
托爾曼觀察到，受試的老鼠一旦被放進迷宮，就抱著一個明確的目的：即盡快從入口 A，以最省勁的速度，達至食物盒。
這現象，就不是簡單的S-R 公式，所能解釋得來的了。
1937 年，托爾曼獲選為美國心理學會會長。是年9 月 3 日，他在美國明尼阿波利斯 (Minneapolis) 市，出席美國心理學會會長就任儀式，并發表就任演講。講稿其后于翌年，以〈選擇點行為的決定因素〉(The determiners of behavior at a choice point) 的標題，發表在學術期刊《心理學評論》 (Psychological Review) [7]。
托爾曼分析說，他對走迷宮老鼠的右轉或左轉行為，其所依賴的復雜的因果決定因素的分析表明，有三大類不同的決定因素 (托爾曼稱之為「變量」，variables) 。
托爾曼在他的 ''三變量模式'' 里，提出了近似伍德沃斯的有機體內因素的「中介變量」這個概念，強調應注意有機體 (老鼠) 內部因素在行為中的作用。「中介變量」不屬于可預先操縱和控制的自變量，同時也不屬于可觀察測量的因變量，而是一種假設型的心理建構 [8]。
''三變量模式'' 的三大類變量，分別為：
一 「自變量」(independent variables，又譯作獨立變量)，包括「環境變量」(environmental variables) 和「個體差異變量」(individual difference variables) 兩種，前者諸如安排喂食老鼠的時間表 (maintenance schedule)、不同的實驗目標、提供的刺激類型、測試次數的多寡、選擇測試之前和之后的迷宮模式、強化 (reinforcement) 量的大小、獎勵延遲的時長等等；后者諸如遺傳、年齡、以前的訓練以及特殊的內分泌等相關個體差異條件。
二 「干預變量」(intervening variables，又譯作「中介變量」) ，以取代桑代克的「刺激、聯系和反應傾向」，以及赫爾的附加 「條件、目標梯度和預期目標反應」等，理由是這些觀念都是古典行為主義派過分強調聯想主義-- 即學習、思想或意義的主要基礎，是觀念或感覺的簡單關聯或同時出現的結果。托爾曼認為，聯想主義的學習觀，過于把問題簡單化。
相反，托爾曼引用了經驗證的研究結果，提出了(1) 「稟賦」 (traits)，受遺傳影響包括個人的基本氣質和智力等先天因素；(2) 「需要」(needs)；(3) 「信念值矩陣」(belief-value matrix)，指個人的思想類別、認知技能、信仰和價值觀，此類中介變項，允許當事人在體驗到各種需求時，對其進行區分，根據它們的重要性，對其進行評估，并掃描或分析外部環境，以滿足需求；(4) 「行為空間」(behavior space)，取決于前三個干預變量，加上來自外部環境的刺激等四大類中介變量。
托爾曼指稱，這些中介變量，不是以代數方式相加 (指由一些由規則定義)，而是以更復雜的方式相加，其中一些只能采用勒溫 (Kurt Lewin) 的矢量分析法-- 比如正負效價 (valences) 予以闡明。
三 「因變量」(dependent variables)，諸如達至食物盒的速度、走錯路徑的次數等等。
研究員可以操控「自變量」-- 也是研究員專門選擇的主體因素。選擇不同的「自變量」，會影響「中介變量」，而「因變量」則允許研究員測量「干預變量」的強度。
托爾曼的中介 / 干預變量中，以「認知地圖」(cognitive map) 這個心理建構，讓后來的研究者，最為矚目，并且給其后發展迅猛的認知心理學帶來深遠的影響。
在后續的研究里，托爾曼特別強調「中介變量」里的「認知地圖」的構造和功能。這個心理建構經托爾曼重新提出，并使之發揚光大，是托爾曼給現代心理學，特別是認知行為心理學的重要貢獻之一。
認知地圖這個概念，源于17、18世紀歐洲啟蒙運動的幾位重要思想家--伯克利 (Berkeley)、牛頓 (Newton)、萊布尼茨 (Leibniz) 和康德 (Kant) -- 對物理空間的探討 [9]。因此，有部分論者會把「認知地圖」等同「空間地圖」般互用。
康德是歐洲啟蒙運動四人中的集大成者，限于篇幅，這里只討論康德的觀點。
伊曼紐爾·康德 (Immanuel Kant，1724-1804) 是一位熱情的地理學家 [10]。 康德認為，人類和動物，天生就有處理感官信息的感知方案，而幾何空間框架，就是其中之一。
約一個世紀多以后，托爾曼秉承康德此概念，經過一連串老鼠走迷宮的實驗，提出老鼠和其他動物，都具有允許靈活有效導航的認知地圖的說法 [11]。
托爾曼認為，在學習過程中，環境地圖之類的東西，會在老鼠的大腦中，建立起來。但托爾曼并沒有完全排除正統行為學派的觀點-- 即受試老鼠受到迷宮環境的刺激，最終基于這些刺激，被引導到實際發生反應的結果，不過，其間有個中介機制 / 中介變量在起著重要的干預作用 [12]。
然而，與刺激反應 (S R) 心理學派的觀點相比，托爾曼認為，大腦的干預過程，更復雜、更有規律，而且從務實的角度看，通常更自主。盡管受試老鼠會受到迷宮環境內大量不同的刺激信息的轟炸，但受試老鼠的神經系統，對于在任何給定時間，會允許哪些刺激，最終會成為產生反應的刺激，具有驚人的自主選擇性的能力。
托爾曼舉了個比喻，斷言老鼠腦子里，有好像一個地圖控制室 (map control room) 似的中央辦公室 (central office)，而非其它行為學派所說的老式電話接駁機房， 允許進入的刺激，不只是通過簡單的一對一切換連接到傳出的響應 (S R)。 相反，傳入的刺激脈沖，通常在地圖控制室中，經過處理和細化，形成一個試探性的、類似于認知的環境地圖 (cognitive-like map of the environment)。
正是這張試探性的認知地圖，標明了認知路線和路徑，以及四周環境的關系，決定受試老鼠最終會釋放什么的反應。
托爾曼特別設計了一項他稱之為 ''尋找刺激'' (''Searching for the Stimulus'') 的老鼠走迷宮實驗。實驗結果加強了受試老鼠在建構認知地圖的過程中，主要活躍的選擇性特征的概念。為了建構地圖，受試老鼠經常不得不積極地尋找重要的相關刺激信息，而非對物理環境存在的所有刺激信息，照單全收，被動地做出反應。
托爾曼一連串不同測試的結果表明，受試老鼠確實發展出更廣泛的空間地圖，其中包括的，不僅僅是經過訓練的特定路徑。用今天的語言來說，這些測試結果顯示，受試老鼠在建構認知地圖的過程中，顯示主觀能動性。
托爾曼通過對老鼠的實驗，證明受試老鼠，可以在迷宮中使用新的路徑創造達至食物盒的捷徑。這表明，它們不僅使用運動記憶 (例如總是在叉口處左轉)，而且對食物獎勵的位置，具有心理表征。他們可以根據不同的起點，調整行走路徑的方法。 受試老鼠，在實現學習目標的方法中，表現出靈活性。
在一連串的經典實驗中，托爾曼首次演示動物認知地圖的存在，并且令人信服地證明，研究人員需要一個像心理 / 認知地圖這樣的心理表征概念，來解釋受試老鼠的行為。
這個想法，挑戰了古典行為主義的教條，同時激發了動物行為研究的一個新領域，為日后的認知心理學，鋪平了道路，雖然該領域，至今仍然爭議不休 [13]。
[待續]
