作为整体性行为主义者的托尔曼（E.C.Tolman），接受了格式塔的学习观念。他认为，学习的结果不是S与R的直接联结。他主张把S-R公式改为S-O-R公式，O代表有机体（organism）的内部变化。为了探索动物在学习过程中的认知变化，托尔曼设计了一些巧妙的实验。
左图是白鼠学习方位的迷宫。实验时将白鼠置于箱内的出发点，然后让它们自由地在迷宫中探索，迷宫中有到达食物箱的三条长短不等的通道。当白鼠在迷宫内经过一段时间的探索后，被置于箱的出发点，研究者观察它们的行为，检[1]验它们的学习结果。结果是：若三条通道畅通，白鼠选择第一通道到达食物箱；若A处堵塞，白鼠选择走第二通道；若B处堵塞，则它们选择走第三条通道。根据这个实验以及其他许多实验，托尔曼认为，动物的学习并非是一连串的刺激与反应，它们学习的实质是脑内形成了认知地图（即现代认知心理学中的认知结构）。