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ワーキングメモリに関する基本的なこと

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ワーキングメモリに関して勉強した内容をまとめていきます。頭の良い人がまとめてくれた参考論文は以下のとおり。

ぶっさん
ぶっさん

論文読むのは面倒だけど、ワーキングメモリについて知りたい、というくらいの方におすすめの難易度です。

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ワーキングメモリのシステムを学ぶ

ちなみに、私も現在進行形のワーキングメモリ学習者なので、間違っていることもあると思います。私の学習深度が深まることで、情報もより正確なものになっていくと思います。

ワーキングメモリの全体像

まず、ワーキングメモリは、俗に言うところの「短期記憶」にあたる役割をもっています。短期記憶とは、一時的に情報が保管されるだけで、必要な情報だけが長期記憶に移行し、他は忘れる、というのが記憶の基本構造です。


http://www.ikomaiin.com/index.php?QBlog-20150719-1

その短期記憶は、「音の情報」を管理する「音韻ループ」と、「映像情報」を取り扱う「視覚的空間スケッチパッド」という二つの方法での記憶処理があります。

そして、これらの情報と、長期記憶に保存した情報を複合させるのが「エピソードバッファ」という部分になります。この働きによって情報が複合化し、より厚みのある情報として再現されます。しかし、この働きにも容量の制約があります。

エピソードバッファを有効化するために、必要な情報をコントロールするのが「中央実行部」の役割になります。情報に優劣をつけないと刺激に対してすべての情報を記憶処理にかけることになり、ワーキングメモリはパンクします。これにある程度の「注意」を向けることで、優先度をつけて記憶の処理を効率化させます。

ぶっさん
ぶっさん

この中央実行部には「情報貯蔵成分」と「認知処理過程群」が存在します。情報貯蔵部に入れられた情報を優先的に処理するように仕向けることで、情報過多となってパンクしそうなときに、必要な情報の処理に集中できるようになっています。

これらワーキングメモリは、思考と行動の制御に関わる「実行系機能(Effective functions)」のひとつとされています。このサイトでは主にADHDについて取り扱っていますが、ADHDを含めた発達障害全般、ダウン症、ウィリアムズ症候群などとの関連も検討されています。

らいおん
らいおん

脳科学的には、「前頭葉」あたりの活動ではないかと考えられています。

これらの役割で、「ワーキングメモリ」としての全体的な働きがなされています。

ここからは、さらに細かい部分の役割を解説していきます。大丈夫です、私もさっぱりわかりません。

ワーキングメモリの要素を掘り下げる

ワーキングメモリと諸要因の関係図
https://www.jstage.jst.go.jp/article/sjpr/54/1/54_76/_pdf

ワーキングメモリにもそれぞれ独立した役割を持った場所があり、それらが複合して良い感じに処理していることがわかりました。

ここからは、それぞれの役割について理解し、ざっくりとどんな働きがあって「障害されるとどんな悪いことが起きるのか」くらいを理解していきたいと思います。

音韻ループ

音韻ループは二つの成分からなります。

  1. 音韻貯蔵部 (phonological store)
  2. 調音リハーサル部 (articulatory control Process)

1音韻貯蔵部(phonological store)は、数秒間だけ音の特徴を覚えておくもの。調音リハーサル部(articulately rehearsal)は、音韻貯蔵部に保持されている内容をリハーサルし、再調音して記憶痕跡をリフレッシ ュすることができる。

https://eprints.lib.hokudai.ac.jp/dspace/bitstream/2115/42649/1/murohashi_JJLD18.pdf
音として記憶する

音韻ループというのは、「頭の中の声」のことだと思っていただければ分かりやすいと思います。

まず、普通に何かの音、例えば自分の母親の声を聞いた時。頭の中で再生するときは「母親の音声そのまま」情報として保持されていれば、音声はその声のまま再生することができます。

ただ、記憶として保持する際に、音声情報だけを残して微妙な調子までは情報として保持しない場合があります。この場合、言語的な「音の内容」だけ保持されたりします。

視覚情報を音声化する

ものを見た時に、音声があるとは限りませんが、思考過程では「犬がいるな」と考えたりします。「構音コントロール過程」で音声化することで音韻貯蔵庫に保存できるようになります。

また、記憶する際には、音声で複数回再現したりします。例えば、先ほどの犬を記憶する際には、「犬」という音声に変換して記憶の貯蔵庫に入れたりします。

さらに抽象的な言語概念の場合、も然り。首輪に「ハナコ、令和元年生まれ、雑種」など書いてある首輪があったとします。

この情報を記憶に落とし込む際に、映像以外にも「ハナコ、令和元年生まれ、雑種」などと音声で復唱したりします。こうすることで、記憶の定着に役立ったり、「ハで始まる」などのヒントを受けると「ハナコ」というワードが復活したりします。

覚えやすい言葉と、覚えにくい言葉

新しい言葉を覚える際には、頭の中で発語できると記憶の定着によく、全く知らない外国語だと記憶の定着が難しいとされています。すでに獲得した言語体系の場合だと、ある程度自動化して処理されるため、記憶の再現が簡単になると考えられています。

視空間スケッチパッド

視覚的空間スケッチパッドは、視覚的、空間的情報の維持と操作に役立つとされています。空間情報と視覚情報を扱う2つの部分が存在すると考えられています。

視覚ワーキングメモリ

視覚ワーキングメモリーは、通常3つから4つの特徴を扱うことができるが、単純なものであればそれ以上の特徴を扱うことも可能。「特徴」は統合された対象(object)のかたちで処理されることで、たくさんの情報を保持することができると考えられています。

空間ワーキングメモリ

少し勉強不足の項目です。

たぶん、ものや自分の位置との空間的な関係性を記憶として保持する際の情報で、手や足の位置感覚も同時に記憶処理されます。さらに、動きの「想像」によっても活性化することから、動作のリハーサルなどにも関連するとされています。

言語学習には視覚も大事

学習を開始する際には、「書記言語」を獲得する必要があります。文字を認識して音声と組み合わせて言語が完成していきます。また、音読などの際には文章の中で注目するべきものを目で追っていく作業が必要であり、文章理解にはワーキングメモリおよび視空間スケッチパッドが重要な役割を果たすと考えられています。

また、空間を思い描く際には、空間ワーキングメモリをフル活用する必要があります。

中央実行部

注意のコントロールをしているとされるのが中央実行部。つまり、処理する情報の選定を行っていると言い換えられます。受けた刺激に対して、長期記憶から関連する情報を結びつける役割もあるとされています。

一度に処理できる記憶容量を決める

ワーキングメモリスパン(どれくらい一度に覚えられるか)を決定する要因のひとつとされています。言語の復唱(聞いたことを一定時間置いてから、記憶した通りに再生する)にはワーキングメモリが深く関与しており、ここが弱いと、「聞いたことがスルッと抜け出る」ため、言語習得の障害となりえます。

生活レベルだと、「先生の言っていることが理解できない」ということに繋がりかねませんね。

エピソードバッファ

エピソードバッファは、音韻ループや視空間スケッチパッド、それに長期記憶から、当該事象に関連する視覚・聴覚など異種の情報を集めて、ひとつの多次元表象を創り出す“場所”である。 

https://eprints.lib.hokudai.ac.jp/dspace/bitstream/2115/42649/1/murohashi_JJLD18.pd
ぶっさん
ぶっさん

私の頭の中は、中央実行部とエピソードバッファが理解できず、ごちゃごちゃになります。

似たような感じもしますが、中央実行部とは独立したものであり、他のネットワーク群から情報を引っ張り出してくる時もあれば、中央実行部と協同で情報処理する場合もあるようです。

実行系機能とは

ワーキングメモリとは、実行系機能の一要因だとお話ししました。ただ、そもそもこの「実行系機能」というのがよくわからないので補足しておきます。

思考と行動の橋渡し

ワーキングメモリと実行系機能の図
https://www.jstage.jst.go.jp/article/sjpr/54/1/54_76/_pdf

実行系機能は思考と行動の制御を行うプロセスです。行動の制御ということで、根本的には「抑制」という機能について着目しています。

しかし、以下の機能にも関連しているものとして研究が進められています。

実行系機能の諸要因
  • プランニング
  • 概念形成
  • 抽象的思考
  • 判断
  • 認知的柔軟性
  • フィードバックの活用
  • 自己の行動に対するモニタリング
実行系機能の潜在変数

実行系機能の潜在変数として、抑制 (inhibition),更新 (updating),シフト (shifting) の3つに着目して構造の解明を目指した研究があります。これら3つの変数は相関を示すものの独立したものであると考えられ、各実行系の独自性が示されています。

ワーキングメモリと実行系「更新」の類似

実行系とワーキングメモリの類似する点として、実行系の「更新」がワーキングメモリの概念に重複しているとされています。更新は、新しい情報の置換という変数であり、情報の処理と保持を同時に行う機能があります。更新は、「知能」との関連が強いとされている研究結果もあります。加えて、ワーキングメモリは学業成績にも因果的な影響があるとされています。

ワーキングメモリの発達・成長

この辺りで基礎知識の勉強は終了。お疲れ様でした。きっとこのページを検索して調べに来られる方は、自分の子供の子育てなどに悩まれているパターンで、「ワーキングメモリと教育」なんかが気になるのではないかと。私も然り。

ぶっさん
ぶっさん

子供の成長と、ワーキングメモリの関連について説明していきたいと思います。

ワーキングメモリの発達

では、まずはどのようにしてワーキングメモリが発達して、子供達の中に馴染んでいくのかを解説します。

4歳には確立、15歳まで成長

ワーキングメモリの3つの構成要素に関しては、4歳児で基礎的な認知システムとして機能しているとされています。15歳まで漸次的に増大しますが、「ワーキングメモリの容量が増える」というよりは、「処理が効率化する」という感じです。

ワーキングメモリと個人差

ワーキングメモリは個人差があります。基本的にこの個人差は先天的なもので、生まれつき、短期記憶の容量が小さいこどもたち、というのが一定数は存在します。

ただ、環境などによってこれらの記憶メカニズムが障害を受けたり、減退する可能性はあるかもしれません。また、高齢になるにつれて記憶力が衰えるように、ワーキングメモリの性能も劣化するようです。

親の影響は受けにくい

この個人差は、「親の社会的地位」や「教育歴」には相関しないものとされています。なんというか、少し安心しました。ただ、親がこどもに与える環境は、学習には大きく影響するのでワーキングメモリだけに囚われて一喜一憂している場合ではないのですが。

ワーキングメモリ格差は将来的に大きくなる

ワーキングメモリのそれぞれの要素によって得意・不得意な分野(科目)はあるものの、ワーキングメモリが学業成績に何らかの形で影響は出るとされています。この差は年々広がっていく(蓄積される)とも考えられるため、ワーキングメモリを活用する方法がないか、各分野での研究が進められています。

ワーキングメモリは鍛えられるのか

まず、ワーキングメモリの改善・成長に関してはどれも研究段階ということもあって、確定的なことは言えないというのが現状です。

世の中の注目度は今後高まる

ただ、「発達障害」がそれなりに着目されるようになって、年々、発達障害と診断される、あるいは発達支援を必要とする児童数は増えています。

ぶっさん
ぶっさん

ここに、何となく耳障りのいい「ワーキングメモリ」という単語が「子供の教育に良い」とされれば、おそらく商業的に大きなチャンスになりうると考えられます。

たぬき
たぬき

つまり、平たく言えば、ワーキングメモリを開放する学習システムが、どこかの時点で大ヒットしそう、ということですね。

以下はまだ研究段階ですが、すでにタッチパネルなどの操作で「ゲームのように」取り組むことができる支援ソフトが開発されています。脳トレ系は流行りやすく、さらに教育系は安定して利益が取れるので、各企業は水面下でもう動いているはずです。

ワーキングメモリ自体に変化はないか

まず、基本的にはワーキングメモリの容量・質は変化しないと考えられています。

先天的に個人差があるのは研究結果から読み取れるので、基本的には「ワーキングメモリ」という部分においては、能力の差を埋めることは難しいと考えられます。

大事なのは、能力を把握して「必要な支援」を見極めること

ただ、ワーキングメモリを「正しく測定」することは、児童の得意・不得意を知る上では必要なことですし、ワーキングメモリの特徴に合わせて教育支援方法を工夫することは、その児童にとってのQoLをよりよくするものだと想像できます。

ワーキングメモリ側への働きよりは、発達支援が必要だとされる児童を早期に見極めた上で、「メモリが少ない児童にとって分かりやすい授業」などが提供されることが効果的ではないか、という指摘もあります。

劣化した機能の一部改善は可能

近年,高齢者 (80 歳) を対象とした研究において,視空間的なワーキングメモリのトレーニング (2 回/1 週間,3 か月間実施) の効果が確認され (Buschkuehl et al., 2008),ワーキングメモリは改善可能であることが示されるようになってきた。 

あくまでも部分的な解釈とも言えそうですが、高齢者の低下したワーキングメモリに関しては、改善可能と言えるような研究結果も出てきています。

きつね
きつね

これは高齢者が増える日本にとっては大きなビジネスチャンスに変換できそうな事例です。

ワーキングメモリのトレーニング

ここの部分は、もう少し研究が進んで、商品として売り出されたら拡充していこうかと思います。とりあえず、現時点の研究成果だけ。

ブレイントレーニング

これはKlingberg らの研究が一番有名ですが、ADHDの障害を軽減するためのプログラムが開発されています。

効果はあるが活用できるかは課題

ざっくり言えば、ワーキングメモリを改善するためのコンピュータプログラムで、結果として効果がある、とされています。ただ、トレーニング効果が実生活に役立つ効果だったか、と言われると疑問が残るようで、効果の持続性や学習・教育・知能訓練への活用には至らないのではないか、とも考えられています。

ただ、これらはADHDの「抑制」課題に対する解決法として考えられたもの。ワーキングメモリが改善することで、ADHDの衝動性・注意欠陥を抑えることにつながれば良いのですが、ワーキングメモリや実行系機能に関してもまだ不明な点が多く、今後の研究課題となっているようです。

コグメドジャパンのワーキングメモリトレーニング

やはり、この辺りは商用化されやすいので、研究に使われたコグメドのソフトウェア(RoboMemo)はトレーニングプログラムとして販売されています。

トレーニング費用はこども、成人ともに89,800円(消費税込)です。コーチング、ドキュメント・資料、トレーニング管理システムとプログラムの使用など、すべてを含みます。

https://www.cogmed-japan.com

ということで、9万円の出費は、こどもの成長を鑑みれば安いとは思いますが、効果の実証が難しい現段階では手痛い出費でもあります。本来なら私が人柱となればいいのですが、流石にこんな大金はないのでお金のある方はぜひ。

https://www.cogmed-japan.com

https://adhd.cogmed-japan.com/panfuretto

効果的な学習支援方法

前述の通り、ワーキングメモリは「発達障害」とも大きく関わる上に、今後の学習理解へ大きな障害となりうる問題です。

授業のあり方は間違いなく変わる

余談ですが、執筆現在はコロナの影響で児童は自宅待機、大人は在宅ワークという時。コロナの終息は「特効薬」の開発に依存しつつ、さらにコロナ自体が変異しないという綱渡りをやってのけないと難しいと考えられています。

仮に日本で感染が落ち着いても、コロナを持ち込む要因はワールドワイドな現代では阻止しきれないので、いずれにせよ、withコロナ時代として新しい生活様式に変化する必要があります。

既に子供のリモート講義を一部では取り入れられたようではありますが、現実問題はいまだ学校の授業に依存しているのが日本の教育です。ただ、子供の発達の個別性に応じて教育することを考えると、「みんなを同じ箱に集めて同じ授業をする」という学校教育のあり方は変えていく必要があります。

できる子は無限に伸びる

ざっくり言えば、リモートで勉強できた子供は、もう放っておいてもどんどん勉強できる。教育リソース自体は世界各国からかき集められる時代なので、知りたいことを解決するための方法は、本当にたくさんある。

できる子はほとんどいない

ただ、実際に学校が休みになって勉強できた生徒は「発達障害の有無に関係なく」一握りであったのが事実。仮に「ほとんどの授業がリモート講義型」になった場合、学習理解には大きな差がつくようになります。

環境でも差がつく

生徒の「理解度」や、学習進捗状況だけでなく、シンプルに「やる気」であったり「興味」の影響を受けるようになるので、とにかく差がつきますね。

さらに、「親の援助」があるかどうかも、こどもの学習環境に影響しますね。シンプルに「機材」の問題もあるけど、授業を「親が理解して」解説できる環境なら子供は伸びる。でも、一般家庭は共働きで子供の勉強は見てやれない。シンプルに親が頭悪いと子供も理解できない。親や小さい子供がテレビ見ちゃったら、子供も集中できない。

言い換えると「お金がある」家なら、親は比較的余裕があって家で子供の勉強も見てやれる。塾などで学習時間の確保もできる。本来なら「ネットとパソコンさえあれば勉強環境が整う」という一発逆転の状況なのに、結局、親の貧富の差で子供の将来まで奪われる可能性もあるということですね。

余談でした。

授業でワーキングメモリをサポートする

というわけで、個人的にはできる子供は着々と自分で勉強して飛び級して高校・大学などに入ればいいと思います。授業に行かなくても、リモート講義なら生徒・学生間でそれほどギスギスはしないでしょう。世界が舞台になるので、人種や言語のことなども気にしなくていいはずです。

では、何のために学校の授業があるかと言えば、個別のサポートにもっと力を入れて「わからない生徒がわかりやすくする」ための授業を主体的に行なっていけばいいと思います。リモート講義は、変な話ビデオ学習で一度撮影してしまえば再生するだけですから、マンパワーは割けるようになると思います。

ワーキングメモリの小さい子供のための授業

では、ワーキングメモリの活用に課題のある子供たちに対してはどのような授業をしたらいいのでしょうか。Gathercole and Alloway (2008) は以下を提案しています。

  1. 情報の量を減らす
  2. 情報に意味を持たせ慣れ親しませる
  3. 心的な処理を単純化する
  4. 複雑な課題の構造を変える
  5. 記憶補助ツールを使用する
  6. 【進んで繰り返し(リハーサル)を行う】

最後のものだけはGathercole and Alloway が付け足したのです。

ワーキングメモリの小さい子供が参加しやすい授業

さらに、ワーキングメモリの小さい子供は、教師から生徒への指示よりも、さらに子供の意見に注意を向けることができない、とされています。ワーキングメモリの小さい子供でも参加しやすい授業には以下のような特徴がありました。

  1. 発問の前に自動に考える時間を与えてから発問する
  2. 発問をもう一度繰り返す
  3. いくつかの具体的な選択肢を教師が提示した上で発問する

さて、実際問題、教師にこのような発問をする余裕があるかと言えば、「経験」によるところもあるだろうし、ワーキングメモリに格差がある状態で集められた教室なら、一部の生徒にとっては「退屈で間延びする」授業とも言えます。

ぶっさん
ぶっさん

子供時代の私なら、答えが分かった時点で叫び出してるところ。他の子が考えている時間なんてない。この辺り、みんな同じ授業でいいのかな、とは思うところで。

先ほどの余談に戻れば、授業は平等に機会が与えられるべきではありますが、生徒それぞれの理解度に合わせて、ゴールはそれぞれ別に儲けられて然るべきかと思います。つまり、本当に平等な教育機会を得られるようにするには、生徒のレベルに合わせて、理解しやすいように授業形態が工夫されるのが平等だと思います。

今の現状は、「同じ授業を提供する」ことで、大部分のわかる子供は教育の機会を得られているけど、「わかったつもりで全くわかっていない子供」も含めて、授業についていけない子供たちに教育が与えられているかと言えば、それは違いますよね。

個別支援を工夫する

ただ、授業は全体で画一したものを行い、個別にサポートするという手段は日本でも取りやすいと思います。ほとんどの場合は「塾」ということになりますが、地域やネット授業も取り入れれば、いろいろなマンパワーを使って必要な支援を「生徒や家庭単位」で選択することができるようになるかもしれません。

個別支援は確実に成果を上げる

ちなみに、ワーキングメモリの個別学習支援に関する研究では、LD(学習障害)の支援として、優れているワーキングメモリ領域を活かした学習支援を実施することで学習の定着率がよかったというものがあります。

「何が得意か」を、まずは発達レベルでしっかりと評価できることが大前提にはなりますが、支援方法を工夫することで、その子なりの学習成果が得られることは人生を有意義にする体験だと思います。現状、親が工夫して取り組むしかありませんが、今回、記事としてこのページをまとめたのは、親もそうですし、塾や学校の先生、保育士や保健師が、子供の発達課題を見極めてアセスメントできるのがいいのかな、と思っています。

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