(335)63 ワークショップ Ⅱ: 神経心理学における IT 活用 脳トレゲームは認知機能を向上させることができるのか? 野内類 *, ** 川島隆太 ** 要旨 : 認知機能は, 私たちの日常生活や社会的な活動に重要な役割を担っている しかしながら, 多くの認知機能は加齢とと

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1 (335)63 ワークショップ Ⅱ: 神経心理学における IT 活用 脳トレゲームは認知機能を向上させることができるのか? 野内類 *, ** 川島隆太 ** 要旨 : 認知機能は, 私たちの日常生活や社会的な活動に重要な役割を担っている しかしながら, 多くの認知機能は加齢とともに低下する 認知機能の低下は, 高齢者の様々な活動を困難にする原因となっている そのため, 高齢者の認知機能を向上させる方法の一つである認知トレーニング研究に多くの注目が集まっている 本論文では, 認知トレーニングの中でも簡便に実施することのできる音読 計算トレーニングと脳トレゲームを用いた研究の成果を紹介した 脳トレゲームを用いた認知トレーニングは, 短期間で高齢者の実行機能と処理速度を向上させることが報告されている そのため, 脳トレゲームは, 高齢者の認知機能の維持 向上に効果的なツールの一つであることを指摘した 最後に, 脳トレゲームを用いた認知トレーニングの今後の課題について検討した ( 高次脳機能研究 34(3): 335 ~ 341,2014) Key Words: 脳トレ, 認知トレーニング, 加齢, ビデオゲーム brain training game,cognitive training,aging,video game Ⅰ. 加齢が認知機能に及ぼす影響認知機能とは, 情報を見たり ( 知覚 ), 注目したり ( 注意 ), 覚えたり ( 記憶 ), 推測したり ( 推論 ), 判断したり ( 意思決定 ) するこころの働きの総称である 認知機能は, 私たちの日常生活や社会生活において重要な役割を担っている 例えば, 私たちがスーパーで買い物をする場面を考えてみると, 買うべき商品を覚えて ( 記憶 ), 類似した商品の中から適切な品物を選び ( 意思決定 ), 財布にある残金と商品の金額の計算をしたり ( 実行機能 ), 店員と会話をしたり ( 言語 ), と様々な認知機能が必要である 実際に, 認知機能と日常生活スキルとの間に相関があることが報告されている (Searight ら 1989,van Hooren ら 2005) 私たちの認知機能は, 加齢とともに変化することが知られている (Hedden ら 2004,Baltes ら 1997) 意味記憶や語彙などは生涯をかけて向上していき, ピークは 60 歳代から 70 歳代である (Park ら 2002) しかしながら, 多くの認知機能は, 高齢期を迎えると低下していく 高齢者の認知機能の低下は, 車の運転などの様々な活動を困難にすることが知られている (Cahn Weiner ら 2000,Lee ら 2005,Owsley ら 2004) そのため, 高齢者の認知機能を維持 向上させる方法に多くの注目が集まっている Ⅱ. 認知機能を向上させる認知トレーニング認知機能を向上させる方法として, 多くの関心が寄せられているのが, 認知トレーニングである 認知トレーニングとは, 構造化された認知的な課題 ( トレーニング ) を繰り返し実施し, 認知機能の維持 向上を目指す介入のことを指す これまでに, 作業記憶トレーニング (Takeuchi ら 2010), 処理速度トレーニング (Takeuchi ら 2012), 記憶方略トレーニング (Hering ら 2014), 音読 計算トレーニング (Kawashima 2013) など多くの認知トレーニングが提案されている ( 表 1) 認知トレーニングが注目された理由の一つが, 介入中にトレーニングした認知機能だけでなく, トレーニングしていない様々な認知機能に向上することが報告されているからである 例えば, 作業記憶トレーニングでは, 作業記憶を測定する N back 課題をトレーニング課題として, 介入期間中に何度も繰り返して N back 課題を実施する N back 課題とは, 刺激 ( 例えば, 数字 ) が連続的に呈示される中で, 刺激を覚えながら,N 個前の刺激に対応した反応をし ( 例えば, 現在呈示されている刺激が N 個前の刺激と同じかどうかを答える ), 記憶した情報を次々と更新していく課題である ( 図 1) 図 1は, 2 back 課題の例である この課題では, * 東北大学災害科学国際研究所人間 社会対応研究部門 宮城県仙台市青葉区星陵町 4 1 受稿日 2014 年 5 月 13 日 ** 東北大学加齢医学研究所スマート エイジング国際共同研究センター

2 64(336) 34 3 表 1 様々な認知トレーニングの内容 種類記憶トレーニング処理速度トレーニング作業記憶トレーニング推論トレーニング 訓練内容効果的な情報を覚える方法を使えるように訓練する情報をできるだけ早く処理 操作できるように訓練するある情報を覚えながら, 別の作業を行えるように訓練する物事の関係や因果を正確に考えることができるように訓練する 同じ 違う図 1 2 Back 課題の例参加者は, 呈示される数字を覚えながら, 現在呈示されている数字が2 個前に呈示された数字と同じか違うかの判断をする と数字がランダムに呈示される 参加者は, 呈示される数字を覚えながら, 呈示された数字が 2 個前の数字と同じかどうかを判断することが求められる 作業記憶トレーニングは,N back 課題以外にも二重 N back 課題など様々なバリエーションがある (Borella ら 2010,Jaeggi ら 2008,von Bastian ら 2013) 作業記憶トレーニング研究では, 介入中に作業記憶課題 ( 例えば,N back 課題 ) を何度も行うため, 当然のことながらトレーニング課題である作業記憶課題の成績は介入を通じて向上していく 興味深いことに, 後でトレーニング課題である作業記憶 (N back 課題 ) 以外にも様々な認知機能が向上することが知られている (Jaeggi ら 2008,Takeuchi ら 2010) 上記のように認知トレーニングを行った結果, トレーニングしていない認知機能も向上する現象を転 3 時間 4 違う 移 (transfer effect) と呼ぶ 認知トレーニング研究では, 転移を近い転移 (near transfer) と遠い転移 (far transfer) とに区分することがある (Barnett ら 2002, Nouchi ら 2012a,Nouchi ら 2013,Zelinski 2009) 近い転移とは, トレーニング課題に含まれる認知機能 ( 認知プロセス ) と類似した認知機能の成績が向上することを指す 一方で, 遠い転移は, トレーニング課題に含まれる認知機能 ( 認知プロセス ) と異なる認知機能の成績が向上することである 作業記憶トレーニングの例で考えてみると,N back 課題を用いた作業記憶トレーニングの結果, 短期記憶を測定する数唱や N back 課題以外の作業記憶を測定するリーディンス スパン課題やオペレーション スパン課題の成績が向上した場合には, 近い転移が生起したと考える 一方で,N back 課題を用いた作業記憶トレーニングの結果, 推論を測定する Raven matrix テストの成績や知能 ( 例えば IQ など ) が向上した場合には, 遠い転移が生起したと考える 若年者と高齢者を対象とした認知トレーニング研究では, 遠い転移よりも近い転移のほうが生起しやすいことが報告されている (Nouchi ら 2012a,Nouchi ら 2013,von Bastian ら 2013) 作業記憶トレーニングは, 高齢者の認知機能を向上させる代表的な認知トレーニングである しかしながら, 作業記憶トレーニングで頻繁に使用される N back 課題などは, 高齢者にとって難しすぎるという可能性がある 認知トレーニング中に喚起されるネガティブな感情は, トレーニングによる認知機能の向上を妨害することが指摘されている (McAvinue ら 2013) そのため, 高齢者であっても簡単に実施できる認知トレーニングの開発が進められている 本論文では, 音読 計算を用いた認知トレーニングと脳トレゲームを用いた認知トレーニングについて報告する

3 (337)65 Ⅲ. 音読と計算を用いた認知トレーニング高齢者が簡便で効果的な高齢者向けの認知トレーニングの一つとして, 音読 計算トレーニング ( 学習療法 ) がある (Kawashima ら 2005,Nouchi ら 2012b,Uchida ら 2008) 音読 計算トレーニングは, 最新の神経科学の成果を元にした認知トレーニングである fmri(functional magnetic resonance imaging) などの脳機能イメージングを用いた研究は, 音読や単純な計算を行うと前頭葉の背外側前頭前野 (Dorsolateral Prefrontal Cortex:DLPFC) が賦活することを示している (Kawashima ら 2004, Miura ら 2003,Miura ら 2005) 音読や計算によって賦活される DLPFC の領域は, 作業記憶に関連する脳部位である (Barbey ら 2013) つまり, 音読と計算という日常的な活動を元にした音読 計算トレーニングを行うことで作業記憶トレーニングと類似した効果が得られる可能性がある そこで, 東北大学の川島を中心に開発されたのが, 音読 計算トレーニング ( 学習療法 ) である 音読 計算トレーニングが高齢者の認知機能を維持 向上させることができることは, ランダム化比較試験 (RCT:Randomized Controlled Trial) によって証明されている 例えば,Uchida らは, 地域に在住する健康な高齢者を年齢や教育歴などが同程度になるように音読 計算トレーニングを行う群 ( 音読 計算群 ) と普段通り生活する群 ( コントロール群 ) の2 つに分けてRCT を行った (Uchida ら 2008) 音読 計算群は, 毎日 15 分程度の音読と計算を 6 ヵ月実施した 一方, コントロール群は,6 ヵ月間特別なトレーニングは受けずに普段通りに生活を送った 両群とも該当する 6 ヵ月の前後に認知機能検査を行った 認知機能検査は, 全般的な認知機能を測定する MMSE(Mini Mental State Examination) と実行機能 ( 前頭葉機能 ) を測定する FAB (Frontal Assessment Battery at bedside) と処理速度を測定する DST(Digit Symbol coding Test) の 3 つを実施した その結果, 音読 計算群の FAB と DST の得点が向上した ( 図 2) この結果は, 音読 計算トレーニングを行うと高齢者の実行機能と処理速度が向上することを示している この音読 計算トレーニングは, 認知症の高齢者であっても同様の結果が得られることが明らかになっている (Kawashima ら 2005) Ⅳ. 脳トレゲームを用いた認知トレーニング簡便に高齢者の認知機能を向上させる別の方法として, 近年注目されているのが, ビデオゲーム ( テレビゲーム ) を用いた認知トレーニングである 高齢者の認知機能を維持 向上させるために, ビデオゲームを用いている研究は, 古くから存在している 例えば, テトリスを一週間に 5 時間プレイすることを 5 週間続けた群は, スタンバーグの反応時間検査とストループテストの成績がゲームをしない群よりも向上することが報告されている (Goldstein ら 1997) そのほかにも, パックマンやドンキーコングを 7 週間プレイすると反応時間が向上することが報告されている (Clark ら 1987) このように従来のビデオゲームを用いた研究の多くは, 認知トレーニングを意図したビデオゲームではなく, 広く市販 A 17 p <0.01 B 60 p < FAB の得点 DST の得点 音読 計算群 コントロール群 音読 計算群 コントロール群 図 2 音読 計算群とコントロール群の後の FAB と DST の得点 (Uchida & Kawashima(2008) を元に改変 )

4 66(338) 流通しているビデオゲームを用いているという特徴がある 一方で, 高齢者の認知機能を維持 向上させるために開発されたビデオゲームのことを脳トレゲームと呼ぶ 数ある脳トレゲームの中で最も有名なものは, 任天堂から販売された 脳を鍛える大人の DS トレーニング ( 以下,DS 脳トレ ) である このゲームは, 先述の音読 計算トレーニングを参考に作られたものである そのため,DS 脳トレには, 音読や計算の要素が含まれているトレーニングゲームが用意されている ( 表 2) DS 脳トレは,2005 年に国内向け,2006 年には海外向けのゲームが相次いで販売され, 幅広い層に受け入れられて世界的なヒットとなった このヒットを裏付けるように, 脳トレは,2006 年の 現代用語の基礎知識 ( 自由国民社 ) が選定する新語 流行語大賞のトップテンに選ばれた DS 脳トレのヒットにあやかり, 脳トレと銘打ったビデオゲームや関連商品が販売された DS 脳トレは社会に好意的に受け入れられたが, DS 脳トレの効果について疑問を持つものも多かった 2010 年には,Nature 誌に, 脳トレは効果がないとする論文が掲載された (Owen ら 2010) この研究では, 約 1 万人の参加者をインターネットを用いたオンラインの推論ゲーム群と記憶ゲーム群とクイズゲーム群 ( コントロール群 ) の 3 群に分けた この研究では, 独自に作成した推論ゲーム群と記憶ゲーム群を脳トレゲームと想定している そして, 6 週間の介入期間の前後でいくつかの心理検査を行った 推論ゲーム群と記憶ゲーム群とコントロール群の成績を比べたところ,3 群の間に統計的な有意な差は認められなかった つまり, 脳トレゲーム ( 推 34 3 論ゲームと記憶ゲーム ) を行っても効果がないということを示した この論文は, 大規模な疫学調査であり, 権威のある雑誌に掲載されたために, 脳トレは効果なし という見出しで多くのメディアに取り上げられた しかしながら, この研究は, この論文で使用した脳トレゲームの効果がないことを示しただけに過ぎず, 広く社会に受け入れられた DS 脳トレの効果は検証していない そこで, 筆者たちは, 健常な高齢者を対象に DS 脳トレが認知機能に及ぼす影響を RCT デザインの研究を行った (Nouchi ら 2012a) DS 脳トレが認知機能に及ぼす影響を検討するために, 地域タウン誌で公募した健康な高齢者を無作為に 4 週間 DS 脳トレを行う群 ( 脳トレ群 ) と 4 週間テトリスを行う群 ( テトリス群 ) に割り振った テトリス群を設定した理由は, ゲームを経験するという要因が認知機能に及ぼす影響を統制するためである DS 脳トレは, 計算や音読を楽しんでできるようなゲームが用意されている ( 表 2) 一方, テトリスとは, 代表的なパズルゲームの一つである ゲーム画面の上から様々な形のブロックが徐々に下に下がってくる このブロックを回転させたり, 左右に動かしたりしてブロックを隙間なく積み重ねることで得点を重ねるゲームである 4 週間のゲーム介入の前後に認知機能検査を実施した 本研究は, 全般的認知機能 (MMSE) と実行機能 (FAB,TMT: Trail Making Test) と注意 (DS F:Digit Span Forward,DS B:Digit Span Backward) と処理速度 (DST, SS:Symbol Search) の 4 つの認知機能を測定した 表 3の成績は, の認知機能検査の得点からの認知機能検査の得点を引いた変化量を示している 解析の結果, 脳トレ群の実行機能と処理速 表 2 DS 脳トレに含まれる代表的な訓練ゲーム 名作音読瞬間記憶文字数え人数数え三角暗算時間計測音声計算 画面に表示される文学作品を音読する画面に一瞬だけ表示される複数の数字を覚え, その場所を数字の小さい順に覚える画面に表示される文が, かな で何文字になるかを数える画面に表示される人の出入りが多い家の中に最終的に何人残っているのかを数える画面に表示される 3 つないし 4 つの数字の, 隣り合うもの同士を計算する画面に表示される 2 つの時計の時間差を計算する画面に呈示される簡単な四則計算を自分の声で回答する

5 (339)67 表 3 DS 脳トレと DS テトリスを 4 週間実施した場合の認知機能検査の変化得点 脳トレ群 テトリス群 平均標準偏差平均標準偏差 p 値 FAB( 得点 ) 1.79 (1.58) 0.07 (1.21) TMT( 秒 ) (22.81) 4.57 (22.32) DST( 総数 ) 8.29 (7.03) 0.93 (8.08) SS( 総数 ) 7.43 (4.91) 3.21 (5.13) (Nouchi et al(2012a) を元に改変 ) 度の成績がテトリス群の成績よりも向上することが明らかになった しかしながら, そのほかの認知機能に関しては, 介入による変化が見られなかった つまり,DS 脳トレは, 健康な高齢者の実行機能と処理速度を向上させる効果があることが明らかになった DS 脳トレによる認知機能の向上は, 様々な年代を対象としても生起することが報告されている 例えば,Nouchi ら (2013) は, 健康な若者であっても DS 脳トレを 4 週間プレイすることで, 実行機能, 処理速度, 作業記憶などが向上することを報告している このように,DS 脳トレは, 年代に関係なく様々な認知機能を向上させる効果があることが明らかになっている Ⅴ. 脳トレを用いた認知トレーニングの今後私たちの認知機能は, 加齢とともに低下していく 本論文で紹介した音読 計算トレーニングや DS 脳トレを用いた認知トレーニングは, 簡便に実施することができ,RCT によりその効果の検証が行われている これら簡便な方法の認知トレーニングは, すべての認知機能を向上させるわけではないが, 実行機能や処理速度など日常生活に密接に関わっている認知機能を向上させることができる つまり, DS 脳トレを日常生活の中で実施することで, 高齢期になっても認知機能の維持 向上することができる可能性がある しかしながら, 脳トレを用いた認知トレーニングが認知機能の向上に及ぼすことが証明されつつあるが, 様々な今後の検討課題がある 一つ目の検討課題は,DS 脳トレは, 認知症の方や統合失調症の方や発達障害の方の認知機能を向上させることができ るのかという点である 二つ目の検討課題は,DS 脳トレによる認知機能の向上は, どのくらいの期間持続するのかという点である 例えば, これまでの DS 脳トレを使用した先行研究は,4 週間という短期間で様々な認知機能が向上することを報告しているが, その効果がどの程度持続するのかは明らかになっていない 三つ目の検討課題は,DS 脳トレは, 日常生活に関連する行動を改善することができるのかという点である 例えば,DS 脳トレをすることにより, 車を運転中のエラーが減るなどの効果があるのかどうかを調べることは, 重要な検討課題の一つである 文献 1 Baltes, P. B. & Lindenberger, U. Emergence of a powerful connection between sensory and cognitive functions across the adult life span a new window to the study of cognitive aging? Psychol. Aging, , Barbey, A. K., Koenigs, M. & Grafman, J. Dorsolateral prefrontal contributions to human working memory. Cortex, , Barnett, S. M. & Ceci, S. J. When and where do we apply what we learn? A taxonomy for far transfer. Psychol. Bull., , Borella, E., Carretti, B., Riboldi, F., et al. Working memory training in older adults evidence of transfer and maintenance effects. Psychol. Aging, , Cahn Weiner, D. A., Malloy, P. F., Boyle, P. A., et al. Prediction of functional status from neuropsychological tests in community dwelling elderly individuals. Clin. Neuropsychol., , Clark, J. E., Lanphear, A. K. & Riddick, C. C. The effects of videogame playing on the response selection processing of elderly adults. J. Gerontol., , 1987.

6 68(340) 7 Goldstein, J., Cajko, L., Oosterbroek, M., et al. Video games and the elderly. Social Behavior and Personality an international journal, , Hedden, T. & Gabrieli, J. D. Insights into the ageing mind a view from cognitive neuroscience. Nat. Rev. Neurosci., , Hering, A., Rendell, P. G., Rose, N. S., et al. Prospective memory training in older adults and its relevance for successful aging. Psychol. Res., Jaeggi, S. M., Buschkuehl, M., Jonides, J., et al. Improving fluid intelligence with training on working memory. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A., , Kawashima, R. Mental exercises for cognitive function clinical evidence. J. Prev. Med. Public Health, 46 Suppl 1 S22 27, Kawashima, R., Okita, K., Yamazaki, R., et al. Reading aloud and arithmetic calculation improve frontal function of people with dementia. J. Gerontol. A Biol. Sci. Med. Sci., , Kawashima, R., Taira, M., Okita, K., et al. A functional MRI study of simple arithmetic a comparison between children and adults. Brain Res. Cogn. Brain Res., , Lee, Y., Kim, J. H., Lee, K. J., et al. Association of cognitive status with functional limitation and disability in older adults. Aging Clin. Exp. Res., , McAvinue, L. P., Golemme, M., Castorina, M., et al. An evaluation of a working memory training scheme in older adults. Front Aging Neurosci., 5 20, Miura, N., Iwata, K., Watanabe, J., et al. Cortical activation during reading aloud of long sentences fmri study. Neuroreport, , Miura, N., Watanabe, J., Iwata, K., et al. Cortical activation during reading of ancient versus modern Japanese texts fmri study. Neuroimage, , Nouchi, R., Taki, Y., Takeuchi, H., et al. Brain training game improves executive functions and processing speed in the elderly a randomized controlled trial. PLoS One, 7 e29676, 2012a Nouchi, R., Taki, Y., Takeuchi, H., et al. Brain training game boosts executive functions, working memory and processing speed in the young adults a randomized controlled trial. PLoS One, 8 e55518, Nouchi, R., Taki, Y., Takeuchi, H., et al. Beneficial effects of reading aloud and solving simple arithmetic calculations learning therapy on a wide range of cognitive functions in the healthy elderly study protocol for a randomized controlled trial. Trials, 13 32, 2012b. 21 Owen, A. M., Hampshire, A., Grahn, J. A., et al. Putting brain training to the test. Nature, , Owsley, C. & McGwin, G. Jr. Association between visual attention and mobility in older adults. J. Am. Geriatr. Soc., , Park, D. C., Lautenschlager, G., Hedden, T., et al. Models of visuospatial and verbal memory across the adult life span. Psychol. Aging, , Searight, H. R., Dunn, E. J., Grisso, J. T., et al. Relation of cognitive functioning to daily living skills in a geriatric population. Psychol. Rep., , Takeuchi, H. & Kawashima, R. Effects of processing speed training on cognitive functions and neural systems. Rev. Neurosci., , Takeuchi, H., Taki, Y. & Kawashima, R. Effects of working memory training on cognitive functions and neural systems. Rev. Neurosci., , Uchida, S. & Kawashima, R. Reading and solving arithmetic problems improves cognitive functions of normal aged people a randomized controlled study. Age Dordr, , van Hooren, S. A., van Boxtel, M. P., Valentijn, S. A., et al. Influence of cognitive functioning on functional status in an older population 3 and 6 year follow up of the Maastricht Aging Study. Int. J. Geriatr. Psychiatry, , von Bastian, C. C., Langer, N., Jancke, L., et al. Effects of working memory training in young and old adults. Mem. Cognit., , Zelinski, E. M. Far transfer in cognitive training of older adults. Restor. Neurol. Neurosci., , 2009.

7 (341)69 Abstract Brain training games improve cognitive functions in the healthy elderly Rui Nouchi*, ** Ryuta Kawashima** Our cognitive functions decline with age. Cognitive declines in the elderly may make it more difficult to do daily living and social behaviors. Consequently, many researchers are interested in developing methods to maintain and improve cognitive functions in the elderly. In this paper, we introduce simplified cognitive training such as reading aloud and simple calculation training(learning therapy)and training using brain training games. Our studies using a randomized controlled trial have reported that cognitive training can improve executive functions and processing speed in the healthy elderly. These results suggest that cognitive functions in the healthy elderly would be improved by cognitive training. We discuss future directions in a field of cognitive training using brain training game. * Human and Social Response Research Division, International Research Institute of Disaster Science(IRIDeS), Tohoku University. 4 1 Seiryo machi, Aoba ku, Sendai city, Miyagi , Japan ** Smart Ageing International Research Center, Institute of Development, Aging & Cancer(IDAC), Tohoku University

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