ワーキングメモリとは？仕組みと役割をわかりやすく解説

ワーキングメモリとは？

友人が電話番号を読み上げ、あなたが登録する前に、今度は会計の自分の分を計算してほしいと頼んできたとします。あなたは数字を小声でくり返しながら計算を始めますが、途中で番号か合計のどちらかが抜け落ちてしまいます。

このやりくりがワーキングメモリであり、抜け落ちてしまうことが、その最も重要な特徴を示しています。保てる量はごくわずかで、保てる時間も短いのです。研究者は、情報をただ使える状態に保っておくことを短期記憶、使える状態に保ちつつそれを使って何かをすることをワーキングメモリと呼んでいます^[1]。電話番号を覚えておくのは前者で、それを保ったまま会計を合計するのは後者です。

仕組み：多成分モデル

1974年に Alan Baddeley と Graham Hitch が提唱した古典的なモデルは、ワーキングメモリを3つの部分からなるシステムとして説明しています^[2][3]。

• 注意を方向づけ、何に取り組むかを決める中央実行系
• 音声や音のための貯蔵庫（現在はふつう音韻ループと呼ばれます）：電話番号をくり返す、心の中の声
• イメージや位置のための貯蔵庫（視空間スケッチパッド）：物がどこにあるか、道順がどう見えるか

2000年、Baddeley は4つ目の部分としてエピソード・バッファを提唱しました。ほかの部分や長期記憶からの情報を結びつけて1つのエピソードにまとめる、容量の限られた貯蔵庫です^[3]。

これはワーキングメモリがどのように構成されているかについての理論であり、唯一の理論ではありません。たとえば Nelson Cowan は、容量の限界を注意の焦点と結びつけました^[4]。このようなモデルはエクササイズを理解するための背景であり、それを練習すると何かが変わるという根拠ではありません。

どのくらい保てるのか？

1956年、George Miller は「マジカルナンバー7」について書きました。直後記憶の範囲は数字で約7個であり、人は情報をチャンク（かたまり）に組み替えることで、このボトルネックを広げている、という内容です^[5]。Miller 自身は、くり返し現れる7という数は偶然かもしれないと考えていました^[5]。

その後の研究は、本当の限界はもっと小さいことを示唆しています。Cowan は多くの種類のデータを検討し、Miller の7は大まかな見積もりであり、人が復唱したり項目をより大きなチャンクにまとめたりできないときの限界は、平均して約4チャンクだと論じました^[4]。

では、なぜ多くの人は4桁より多くの数字を言い返せるのでしょうか。Cowan の説明では、復唱と長期記憶にある知識によって、項目をより大きなチャンクにまとめられるからです^[4]。電話番号をいくつかのまとまりに区切るとき、まさにそれをしています。LaserMind の数字記憶テストには「チャンク」モードがあり、同じ数字を3つずつのまとまりで表示します。1つずつ表示する形式と比べて、まとめることが自分のスパンにどう影響するかを確かめられます。

短期記憶とのちがい

この2つの言葉は大まかに使われることが多く、両者が本当にどれほど別のものなのかについては、研究者の間でも意見が分かれています^[1]。ドアの暗証番号をそのまま言い返すのは短期記憶の課題で、その数字を覚えたまま足し合わせるのはワーキングメモリの課題です。

なぜ重要なのか

指示に従う、暗算をする、返事を考えながら会話の流れを追う。何か別のことをしながら頭の中に何かを保っておくときは、いつもワーキングメモリを使っています。2002年のレビューで Randall Engle は、ワーキングメモリ容量の指標の成績が、現実世界の幅広い認知課題の成績を予測すると指摘しました^[6]。

これは相関です。ワーキングメモリのスコアを上げれば、それらのほかの課題が向上するということを示しているわけではありません。その問いに答えるには訓練研究が必要で、それについては後で取り上げます。

ワーキングメモリは、抑制や認知的柔軟性と並ぶ、3つの中核的な実行機能の1つにも数えられています^[7]。

ワーキングメモリの測り方

1つの課題だけでワーキングメモリを測れるわけではありません。LaserMind には、よく知られた3つの研究課題の練習版があります。

スパン課題

スパン課題では、ある並びが示され、それを再現します。正しく再現できた最も長い並びが、あなたのスパンです。数字を順番どおりにくり返すような単純スパン課題はふつう短期記憶の指標とされ、項目の間に2つ目の作業を加える複雑スパン課題はワーキングメモリの測定に使われます^[1]。

LaserMind の数字記憶テストでは、数字が1つずつ、約1秒ずつ表示され、時間制限なしで入力して答えます。最初は3桁から始まります。各桁数に2回の挑戦があり、少なくとも1回正解すると次の並びは1桁長くなり、2回とも間違えるとテストは終了です。スパンは、少なくとも1回正解できた最長の桁数です。「逆唱」モードでは、数字を逆の順番で答えます。練習のしかたは数字記憶のメソッドページで説明しています。

Nバック

Nバック課題では、次々に表示される項目を見て、いまの項目がN個前の項目と一致したときに反応します。初期の形式は、1958年に Wayne Kirchner が、すばやく変わる情報の短期的な保持についての研究で報告しました^[8]。比べる相手の項目が次々に移っていくため、Nバックでは決まった1つのリストを保存するのではなく、保持している内容を絶えず更新する必要があります。

LaserMind のNバックでは、3×3のマスのどこかが3秒ごとに光り、N回前と同じ場所なら「一致」を押します。正答率が90%以上のブロックのあとにはNが上がり、70%以下のブロックのあとには下がります。メインの数値は、正答率80%以上でプレイできた最大のNです。練習のしかたはNバックのメソッドページで説明しています。

コルシ・ブロック課題

コルシ・ブロック課題は、数字スパンの空間版です。ブロックが順番に光り、それと同じ道筋をタップします。2000年の研究がその実施方法と採点方法を標準化し、視空間の短期記憶のテストと位置づけました^[9]。

LaserMind のライトパス（コルシ）では、9つのブロックが決まった不規則な配置に並び、1つずつ光ります。道は2ブロックから始まり、最大9ブロックまで伸びます。各長さに2回挑戦できるルールは、数字記憶テストと同じです。メインの数値は空間スパンで、こちらにも「逆順」モードがあります。

この3つはどれも練習用のエクササイズであり、診断のためのテストではありません。スコアは使う端末、その日の注意の状態、それまでの練習量によって変わるため、LaserMind の進捗レポートでは、スコアを自分の過去の記録とだけ比べます。

ワーキングメモリは向上させられるのか？

「向上」が何を意味するかによります。研究者は3つの成果を分けて考えます。

• 練習した課題：練習しているエクササイズが上達すること
• 近い転移：練習していない、似たワーキングメモリ課題が上達すること
• 遠い転移：推論、読解、計算、日常生活など、別の能力が向上すること

2008年、大きく報じられたある研究は、負荷の高いワーキングメモリ課題（Nバックのデュアル版）の訓練が流動性知能の指標に転移し、訓練量が多いほど向上が大きかったと報告しました^[10]。その後の研究をまとめた分析では、この結果は裏づけられませんでした^[11][12]。

2013年のメタ分析は、臨床的な状態のある・ない子どもと大人を対象とした23件の研究（30の群比較）をまとめ、ワーキングメモリ訓練によってワーキングメモリ課題で短期的な向上が確実に生じることを見出しました^[11]。言語性ワーキングメモリでは、その向上は追跡時には維持されていませんでした。視空間性ワーキングメモリでは、限られた根拠から、向上が続く可能性が示唆されました^[11]。言語的・非言語的な能力、抑制、単語の読み（デコーディング）、計算への転移を示す説得力のある根拠はありませんでした^[11]。

認知トレーニングの複数のメタ分析をまとめた2019年のレビューでは、一般的な認知スキルへの効果はごくわずかで、研究間の差は研究の質と統計上のアーティファクト（見かけ上の差）で説明できることがわかりました^[12]。脳トレの根拠を幅広く検討したレビューも、似た結論に達しています。訓練で練習した課題が向上する根拠は豊富にあるものの、よく似た課題についてはそれより少なく、離れた課題や日常の認知パフォーマンスについてはほとんどない、というものです^[13]。

実際のところ、Nバックや数字スパンを練習すれば、Nバックや数字スパンはかなりの確率で上達します。その上達は本物で、練習の経過を記録するのに役立ちますが、日常の記憶、学業や仕事の成績、知能が変わったという根拠ではありません。知能についての問いは、研究レビュー「脳トレでIQは上がる？」で詳しく取り上げています。

研究でわかっていること

よくある質問

ワーキングメモリの容量は増やせますか？ 練習すると、練習した課題のスコアは上がります。また、チャンキングのような方略は、もともとある容量をうまく使うのに役立ちます^[5]。メタ分析では、訓練の効果がほかの能力に広がることは見つかっておらず^[11][12]、日常の認知パフォーマンスへの効果を示す根拠もほとんどありません^[13]。

物忘れが多いのですが、心配したほうがいいですか？ ワーキングメモリは誰でも小さいものです。また、ストレス、睡眠不足、孤独、運動不足はどれも、ワーキングメモリを含む実行機能を損なうことがあります^[7]。物忘れが最近始まった、ひどくなっている、仕事や日常生活に影響している、という場合は、医師などの資格をもつ専門家に相談してください。医学的な原因があることもあり、オンラインのエクササイズでは評価できません。

参考文献

1. Aben, B., Stapert, S., & Blokland, A. (2012). About the Distinction between Working Memory and Short-Term Memory. Frontiers in Psychology, 3, 301. https://doi.org/10.3389/fpsyg.2012.00301
2. Baddeley, A. D., & Hitch, G. (1974). Working memory. Psychology of Learning and Motivation, 8, 47–89. https://doi.org/10.1016/S0079-7421(08)60452-1
3. Baddeley, A. (2000). The episodic buffer: a new component of working memory? Trends in Cognitive Sciences, 4(11), 417–423. https://doi.org/10.1016/S1364-6613(00)01538-2
4. Cowan, N. (2001). The magical number 4 in short-term memory: A reconsideration of mental storage capacity. Behavioral and Brain Sciences, 24(1), 87–114. https://doi.org/10.1017/S0140525X01003922
5. Miller, G. A. (1956). The magical number seven, plus or minus two: Some limits on our capacity for processing information. Psychological Review, 63(2), 81–97. https://doi.org/10.1037/h0043158
6. Engle, R. W. (2002). Working Memory Capacity as Executive Attention. Current Directions in Psychological Science, 11(1), 19–23. https://doi.org/10.1111/1467-8721.00160
7. Diamond, A. (2013). Executive functions. Annual Review of Psychology, 64(1), 135–168. https://doi.org/10.1146/annurev-psych-113011-143750
8. Kirchner, W. K. (1958). Age differences in short-term retention of rapidly changing information. Journal of Experimental Psychology, 55(4), 352–358. https://doi.org/10.1037/h0043688
9. Kessels, R. P. C., van Zandvoort, M. J. E., Postma, A., Kappelle, L. J., & de Haan, E. H. F. (2000). The Corsi Block-Tapping Task: Standardization and normative data. Applied Neuropsychology, 7(4), 252–258. https://doi.org/10.1207/S15324826AN0704_8
10. Jaeggi, S. M., Buschkuehl, M., Jonides, J., & Perrig, W. J. (2008). Improving fluid intelligence with training on working memory. PNAS, 105(19), 6829–6833. https://doi.org/10.1073/pnas.0801268105
11. Melby-Lervåg, M., & Hulme, C. (2013). Is working memory training effective? A meta-analytic review. Developmental Psychology, 49(2), 270–291. https://doi.org/10.1037/a0028228
12. Sala, G., & Gobet, F. (2019). Cognitive training does not enhance general cognition. Trends in Cognitive Sciences, 23(1), 9–20. https://doi.org/10.1016/j.tics.2018.10.004
13. Simons, D. J., Boot, W. R., Charness, N., Gathercole, S. E., Chabris, C. F., Hambrick, D. Z., & Stine-Morrow, E. A. L. (2016). Do "brain-training" programs work? Psychological Science in the Public Interest, 17(3), 103–186. https://doi.org/10.1177/1529100616661983