Nバックの基礎：Nバックテストによる学習と記憶

海馬機能の喪失により、新しい記憶がどのように形成されるか、また重度の健忘症にもかかわらずなぜ作業記憶が損なわれないのかが明らかになったヘンリー・モレイソン（H.M.）の事例を通じて、記憶の仕組みを探ります。作業記憶や認知負荷を測定する方法としてのNバック課題の開発と活用について理解し、流動性知能や脳トレーニングの研究におけるその役割についても学びます。 EEG、アイトラッキング、生理学的測定といった手法を組み合わせることで、学習や精神的な努力をリアルタイムで研究することができ、記憶や認知がどのように機能しているかについて、より深い洞察を得ることができます。

記憶がどのように機能するかを解明することは、神経科学における最大の課題の一つであり、その謎をヘンリー・モレイソンの事例ほどよく示している例はほとんどない。7歳の頃、小さなヘンリー・モレイソンが自転車に乗って出かけたとき、彼はきっと、自分が神経科学の中心的な存在になる未来など想像もしていなかっただろう。彼は他の7歳の子供たちと同じように自転車に乗っていたが、その日は事故で終わった。 その後20年間、彼はてんかんに苦しむことになった。最初は軽度だったが、次第に悪化し、さらに悪化していった。

27歳になったヘンリーは、もはや整備士としての仕事を続けることができなくなり、発作を止めるための手術が計画された。担当外科医のウィリアム・スコヴィルは、内側側頭葉を切除した――文字通り、銀のストローを使って吸い出すようにして。この切除により、最終的に海馬組織は完全に破壊されてしまった。

当初、手術は成功したように見え、てんかんも治まったかに思われた。しかし、その代わりにさらに恐ろしい事態が待ち受けていた――ヘンリーは、それ以降、新しいことを一切覚えられなくなってしまったのだ。

もちろん、現在では記憶の形成において海馬が果たす役割の重要性が明らかになっており、今日ではこのような手術が行われることはまずない。しかし、これはまさにヘンリー（通称H.M.）の症例から得られた教訓によるものである。これはまさに科学のための犠牲であった。

H.M.の悲劇的な運命は決まっていたものの、海馬が記憶に関与していることをほぼ完璧に実証したことで、心理学と神経科学の分野は多大な恩恵を受けた。

損傷を受けたにもかかわらず、唯一残っていたのは、H.M.の作業記憶――つまり、情報を一時的に（約20～30秒間）保持し、操作する能力――であった。 このことから、ワーキングメモリは精神機能において不可欠でありながら、分離可能なプロセスであることが明らかになった。したがって、これを鋭く、かつ制御された方法で検証する手段を持つことは、人間の脳を理解する上で極めて重要である。これが、Nバック課題へとつながる。

H.M.の手術からわずか5年後、ウェイン・カーチナーは「N-バック課題」の最初の検証結果を発表した。これは、参加者が過去の情報を一時的に記憶し、それを現在の判断に役立てるという課題である。

仕事、仕事、ワーキングメモリ

実験の手順は以下の通りである。被験者には文字列が提示され（情報はどのような形式でもよいが、この例では文字に限定する）、同じ文字が繰り返されたときにそれを報告するよう指示される。最も単純な形式である「1-N」では、被験者は直後に同じ情報が提示されたとき（例えば「A」の後に「A」が続く場合など）に報告を行う。

「1-N」の「1」は、参加者が注目すべき文字の位置、つまりリストのどの位置まで遡って記憶する必要があるかを示しています。各文字は個別に提示されるため、参加者は順番を頭の中に留めておき、次に提示される文字に対して適切に反応しなければなりません。もし次のようなリストが提示された場合、参加者は太字で表示されている文字を指定する必要があります。

B B O L D D I P R R

テストが2-Nに変更された場合、示す文字は異なり（2文字分間隔を空けて）、以下のように太字で表示されます。

L S L D A Q F P E P 

覚えるべき要素の数が増えるにつれて、この作業はますます困難になり、認知処理の量も増加します。

人間の認知について深く掘り下げようとする者にとって、こうした認知的負荷を理解することは不可欠です。これらのプロセスが歴史的にどのように研究されてきたかをさらに詳しく知りたい方は、記憶と視覚的注意を明らかにする、いくつかの基礎的なアイトラッキング実験を参照してみてください。

N-バックとの対決

Nバック課題は、心理学的研究だけでなく、脳トレーニングの分野でも活用されてきた。脳トレーニングについては依然として賛否両論があるものの、Nバック課題を応用した手法は、非侵襲的な方法で知能を向上させるための、現時点では最も有望な手段と言えるだろう。

2008年、スザンヌ・イェギらは、2つの異なるNバック課題（視覚課題と聴覚課題）を同時に実施する「二重Nバック課題」が、個人の流動性知能を向上させる可能性があると報告しました。これについて、以下で詳しく解説します。

ヤーギが用いた二重Nバック課題では、参加者はグリッド上の四角形の視覚的な位置を記憶しつつ、同時に音声で読み上げられる文字を聞き取る必要がありました。四角形または文字のいずれかが以前の提示内容と一致した場合、参加者はそのことを知らせる必要がありました。その名の通り、これはまさに二重のNバック課題を行っていることになります。当然のことながら、これは遂行するのが困難な課題です。

「流動性知能」とは、既存の知識を新しい状況に適応させる能力、つまり、既知の知識を用いて新しい課題に取り組む能力を指す用語です。これは、認知的に負荷の高い状況下での学習能力や成功する能力に影響を及ぼします。

流動性知能（「Gf」とも呼ばれる）を鍛える方法を見出すことは、人々の認知能力を向上させるための非侵襲的な手段を提供する上で、大きな一歩となる可能性がある。N-バック課題は、一見すると「転移」が起こることを可能にする点で役立つ。これは、ある課題を習得することが別の課題の習得に役立つという現象である。これは、他の脳トレーニング課題では確固たる証拠が得られていない点である。

デュアルNバックテストを用いた訓練量が増加すれば、作業記憶能力が向上し、ある認知領域から別の認知領域へと能力が転移することで、個人の流動性知能が高まるという仮説が立てられた。そして、議論の余地はあるものの、実際にそのような結果が報告されている。

この話題については、しばらく議論が続くでしょうが、誰もが望む「知能の向上」を実現するための、現時点での最善の策であると言えます。しかし、どうすればそこにたどり着けるのでしょうか？

「知る」ということについて、さらに深く知る

記憶の向上という壮大な目標が多くの注目を集める一方で、Nバック課題は記憶を単独で測定するテストとしても存在しており、心理学研究に貴重な知見をもたらすことができます。記憶に関するあらゆる研究において、さまざまな記憶形態の違いを定義し、測定することは有益であると言えます。

この過程で何が起きているのかを知ることは、記憶を理解する上で極めて重要な課題である。このテスト中に生じる認知的・生理的プロセスを記録することは、この疑問への答えを見出す手助けとなるだけでなく、個人がどのように学習しているのかについて、より深いレベルで新たな知見を得るための近道でもある。

このような研究を行う最も簡単な方法の一つは、iMotionsを利用することです。これにより、N-backテスト中に複数の心理生理学的センサーの記録を統合することができます。

認知的負荷を測定する

例えば、被験者がNバック課題を行っている際の脳波（EEG）記録を利用することで、認知負荷に関する情報を得ることができ、被験者が課題を容易に感じているか、あるいは困難に感じているかのタイミングを把握できる。これは、被験者が経験している生理的覚醒のレベルに関する情報を提供する皮膚電気反応（GSR）や心電図（ECG）の記録と容易に組み合わせることができ、この生理的覚醒のレベルもまた、認知負荷と関連していることが知られている要因である。

さらに、アイトラッキング記録では瞳孔測定を行うことができ、これは被験者に課される認知的負荷と関連付けられている。これらのデータソースはそれぞれ、被験者が刺激にどのように反応するかを分析する新たな手段を提供し、被験者の学習状況に関する重要なデータをもたらす。これは、作業記憶や流動性知能の向上への効果を検討する際に、特に有用であると考えられる。

iMotionsで実験を設定するには、組み込みの調査機能を使用するか、APIを介して外部の実験プラットフォーム（PsychoPyなど）と連携させることで行えます。これにより、iMotions内で実質的にあらゆる実験パラダイムを構築・実施することが可能となり、膨大な量の心理生理学的データを容易に収集・同期させることができます。

参加者は、Nバック課題で提示される各刺激（文字、数字、その他）を確認し、課題の進捗状況に関するフィードバックを受け取ることができます。記憶力（あるいは少なくともNバック課題の能力）の向上を目的として課題に取り組む場合、このフィードバックは特に重要となります。なぜなら、動機付けには強化が不可欠だからです。したがって、参加者が上達していることを知らせることは、大きな助けとなるでしょう。

iMotionsでN-backテストを実行しているスクリーンショット。この画像は、N-2テストの指示画面を示しています。

N-バックテストは簡単にセットアップでき、センサーからの記録は自動的に同期されます。つまり、参加者の学習プロセスに関する新たな知見を得るには、各参加者を所定のセンサーに接続し、そのデータを分析するだけでよいのです。

結論

総じて言えば、N-バックは学習、とりわけ作業記憶について理解を深めるための重要かつ有用なツールである。この手法は長年にわたり用いられてきており、実施も容易である。このテストに関する主張の一部には議論の余地があるものの、現時点では、認知能力においてある程度の転移効果を示すことが実証されている唯一の心理テストである。 この検査は、ワーキングメモリを調査するための鋭い手法として、間違いなく今後も長く活用され続けるだろう。多様な統合的アプローチを取り入れることで、N-バック課題が引き続き有益な知見をもたらし続けることが期待される。

iMotionsでのN-backテストの活用方法について詳しく知りたい方、あるいはiMotionsがご自身の研究にどのように役立つかについて知りたい方は、お気軽にお問い合わせください。また、これまでに視線追跡課題やストループテストなど、その他の心理テストについてもご紹介していますので、ぜひリンクからご覧ください！

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