予期反応の発達過程に関する生理心理学的研究 : 脳緩電位変動と心拍変動を中心に
著者 水田 敏郎, 片桐 和雄, 吉田 和典
雑誌名 福井医科大学研究雑誌
巻 2
号 1‑2
ページ 13‑20
発行年 2001‑12‑21
URL http://hdl.handle.net/10098/992
予期反応の発達過程 に関する生理 心理学的研 究
一 脳 緩 電 位 変 動 と心 拍 変 動 を 中 心 に一
水 田 敏 郎 ※、 片 桐 和 雄 ※※、
心理学教室
吉田和典
A Study on the Developmental Process of an Anticipation Response
with Special Reference to the Variability of Slow Cortical Potential and Heart Rate
Toshirou MIZUTA*, Kazuo KATAGIRI**,and Kazunori YOSHIDA Department of Psychology. Fukui Medical University
Abstract :
A physiological indices, such as electroencephalogram ( EEG ) and heart rate ( HR ), vividly reflect an anticipation response in humans. However, less is known about the developmental process of this response. The present study was designed to investigate the effects of development on an anticipatory response, with special reference to slow cortical potential ( contingent negative variation ; CNV ) and anticipatory deceleration of heart rate elicited during Si — S2 paradigm. Twenty-two healthy subjects aged 3 to 23 years old participated in this study. An EEG was recorded from the midsagittal of the frontal ( Fz ), central ( Cz ), parietal ( Pz ) and occipital ( Oz ) area at the time constant 10 seconds. An electrocardiogram was recorded from chest simultaneously to calculate the HR in beats per second. One of 4 pictures ( S1 ) was presented by using the cathode ray tube. After 4 seconds, one of 4 sounds ( S2 ) related to Si was presented beyond 70 dBnHL through a loud speaker. When the relation between S1 and S2 coincided, subject had to push the button as fast as possible. This sequence of stimuli was presented 30 times. The results were as follows: In subjects aged 3 to 10 years old, CNV dominantly appeared in the Oz area and was composed of two components. The first component was early negativity that developed during 3500 msec after S1 in all areas. The second one was latter negativity which appeared around 4000 msec after S1. These components reflect orienting response and anticipation response respectively. As age progressed, the amplitude of these components increased and integrated into one component. Finally, the dominant area of CNV shifted from Oz to Cz and Fz. On the other hand, HR decelerated during the interstimulus interval in subjects aged 3 to 12 years old. This phenomenon may indicate orienting response to S1. Since then, almost all the subjects showed a remarkable deceleration before the S2 was presented. The above results indicate that the developmental process of anticipation response has a close relation with the converged CNV and the HR deceleration.
Key Words : Anticipation response, Development, Anticipatory deceleration
Human, Contingent negative variation, Heart rate,
※ 目不 字 術 振 興 会 特 別 耕 究 貝 Research Fellow of the Japan Society for Promotion of Science
※(現 所属)仁 愛大学 人間学部心理学科
iRt*4ttcfM1IMV,E,,b1:N4-4-SNYI .
Department of Psychology, Faculty of Human Studies, Jin-ai University DepartmentofPsychologyforHandicappedChildren,FacultyofEducation, KanazawaUniversity
(Received 27 March 2001; accepted 25 May 2001.)
水 田 敏 郎 、 片 桐 和 雄 、 吉 田 和 典
1.序 お よ び 目 的
予 期 反 応(anticipationresponse)と は,「 あ る 事 象 を 予 測 あ る い は 期 待 し て そ の 事 象 発 生 に 備 え る 」(lo)心 理 的 構 え を 指 す 。 こ の よ う に,予 期 と は 内 的 反 応 で あ る た め 行 動 レ ベ ル で は 観 察 が 難 し く,生 理 的 レ ベ ル で 検 討 す る 必 要 が あ る 心 理 機 能 の 一 つ と い う こ とが で き る 。 こ の 予 期 反 応 を 検 討 で き る 生 理 学 的 指 標 に は,中 枢 性 反 応 と し て 脳 波 随 伴 陰 性 変 動(contingentnegative variation;CNV),そ し て 自 律 性 反 応 と し て 心 拍(Heart Rate;HR)変 動 が 挙 げ ら れ る 。
CNVは,頭 皮 上,主 に 前 頭 ・中 心 部 よ り記 録 さ れ る 緩 徐 な 陰 性 の 脳 電 位 変 動 で,Walterら(12)に よ っ て 発 見 さ れ た も の で あ る 。CNVは,2種1対 の 刺 激 の う ち,第
2刺 激(S2)に 対 し て ボ タ ン 押 し作 業 を 行 う 時 間 固 定 の 反 応 時 間 課 題 で,先 行 す る 第1刺 激(S1)と の 刺 激 問 間 隔(inter‑stimulusinterval;ISI)に 出 現 す る 。 頭 頂 部 付 近 か ら 脳 波 を 導 出 す る と,第1刺 激 に 対 す る 誘 発 電 位 が 生 じ た 後 に,陰 性 方 向 へ 緩 徐 な 電 位 変 動 が 生 じ, S2直 前 で 最 大 振 幅 を 示 す と さ れ る 。
CNVの 発 生 状 況 で は,Sl呈 示 後,対 象 者 は や が て 現 れ るS2を 期 待 し,S2の 呈 示 に 注 意 を 向 け る 心 理 的 過 程 が 生 起 す る 。 こ の た め,CNVは"期 待 波;expectancy wave(E‑wave)"と も 呼 ば れ て い る 。 こ れ ま で にCNVの 成 立 に つ い て は,心 理 的 あ る い は 生 理 的 条 件 ば か り で な く,精 神 疾 患 と の 関 連 で 多 く の 研 究 が 行 わ れ て き て い る(5)・(6)・(7)・(11)。
一 方,上 に 記 し た の と 同 じ反 応 時 間 課 題 のISIに お い て 記 録 さ れ る 典 型 的 な 心 拍 の 曽 過 性 変 動 は,第 一 減 速 (Thefirstdecelerativecomponent)一 加 速(Accelerative component)一 第 二 減 速(Theseconddecelerative
component)の 三 つ の 相 か ら 構 成 さ れ て お り,こ の う ち, Sl呈 示 後 短 時 間 持 続 す る 心 拍 の 減 少 はSlに 対 す る 定 位 反 応 を 反 映 し,S2呈 示 時 点 ま で 持 続 す る 減 少 は 予 期 的 減 速 反 応 と 呼 ば れ る 。 そ し て,後 者 はS2に 対 す る 予 期 と 反 応 遂 行 に 関 連 し た 運 動 準 備 を 反 映 す る と 指 摘 さ れ て い る(D・④。
こ の よ う に,予 期 に 関 す る 中 枢 性 反 応(CNV)と 自 律 性 反 応(HR変 動)は,成 人 を 対 象 に 各 々 独 自 の 立 場 か ら 研 究 が 進 め ら れ て き た が,そ れ ら の 関 連 性 や 発 達 的 観 点 か ら 検 討 し た 報 告 は ほ と ん ど み ら れ な い 。
そ こ で 本 研 究 で は,健 常 児 ・者 を 対 象 に,反 応 時 間
課題 下 で 記 録 したCNVとHR変 動 を 横 断 的 に分 析 す る こ とで,予 期 反 応 の 発 達 過 程 に つ い て検 討 す る こ と を 目 的 と した 。
2.方 法
(1)被 験 者
中 枢 性 疾 患 や 重 篤 な 身 体 疾 患 が な く,脳 波 に 影 響 す る よ う な 薬 物 を 服 用 し て い な い 健 常 児 ・者22名(3〜23 歳)を 対 象 と し た 。本 研 究 で は 対 象 者 を,A群(3〜5歳), B群(7〜9歳),C群(10〜12歳),D群(13〜15歳),E
群(16〜18歳),F群(21〜23歳)の6つ の 年 齢 群 に 分 類 し た(詳 細 は 表1を 参 照)。
(2)刺 激 お よ び 呈 示 条 件
S1と し て 視 覚 刺 激(視 角 縦 横 各17,23度)を1秒 間 呈 示 し,4秒 間 のISIの 後,S2と し て70dB(A)の 聴 覚 刺 激 を0.5秒 間 ス ピ ー カ か ら 呈 示 した 。
Slに は 「犬 」,「 ひ よ こ 」,「 鈴 」,「 太 鼓 」 の 絵 を,S 2に はSlに 対 応 す る 音 刺 激 を 設 け た(擬 音 語 と し て 示 す と,各 々 「ワ ン 」,「ピ ヨ↓「シ ャ ン 」,「ド ン」)。視 覚 刺 激 は 画 像 編 集 用 ソ フ ト ウ エ ア(Adobe社 製Photoshopver.5.0) を 用 い て 作 成 し,音 刺 激 は 音 声 編 集 用 ソ フ ト ウ エ ア (Macromedia社 製SoundEditver.2J)を 用 い て 作 成 し た 。
表1被 験 者 の 年 齢 構 成
S1,S2の 各 刺 激 順 序 は ラ ン ダ ム と し,S1とS2の 関 係 が
群(年 齢 幅)年 齢 人数 群 内合 計
3 A(3〜5)4
5 1 0 1
2
7 B(7〜9)8
9 2 0 1
3
10 C(10^‑12)11
12
1 2 3
6
13 D(13〜15)14
is 1 2 1
4
16 E(16^‑18)17
18
1 2 1
4
21 F(21^‑23)22
1 1 1
3
合 計(3〜23) 22
一 致 し た 場 合(例 え ば 「犬 」 の 場 合 の 「ワ ン 」) ,S2呈 示 直 後 に ボ タ ン 押 し(R)を 課 し た 。S1とS2の 一 致 確 率
は40%(12試 行)と し た 。S1‑S2‑Rを1試 行 と し,連 続 し た10試 行 を3セ ッ ト行 っ た 。 な お,各 刺 激 呈 示 は パ
ー ソ ナ ル コ ン ピ ュ ー タ(Apple社 製PowerMacintoshG3) を 用 い て 時 間 制 御 し た(刺 激 呈 示 の 概 念 図 と 具 体 的 な 刺 激 材 料 を 図1に,刺 激 呈 示 場 面 の 概 念 図 を 図2に 示
す)。
(3)記 録
国 際 脳 波 学 会 標 準 電 極 配 置 法(10‑20法)に 基 づ く 正 中 線 上 の 前 頭 部(Fz),中 心 部(Cz),頭 頂 部(Pz), 後 頭 部(Oz)に 脳 波(EEG)記 録 用 皿 電 極 を 装 着 し た 。 さ ら に,修 正 第II誘 導 法 に 従 っ て 心 電 図(ECG)用 皿 電 極 を 胸 部 に,眼 球 電 図(EOG)用 電 極 を 右 眼 窩 上 下 に 装 着 し,生 体 用 電 気 ア ン プ(NECメ デ ィ カ ル ズ 社 製 6R21‑KF)を 用 い て 増 幅 後,磁 気 記 録 し た(TEAC社 製 MR‑30型 デ ー タ レ コ ー ダ 使 用)。EEG,EOGの 時 定 数 は 10秒 と し,ECGは0.1秒 と し た 。 ま たS2呈 示 に 対 す る ボ タ ン 押 し反 応 も磁 気 記 録 し た 。
(4)分 析 お よ び 結 果 の 整 理 方 法
時 間 経 過
刺 激 マ ー クS1←4秒 →S20一 レ
EEGは,パ ー ソ ナ ル コ ン ピ ュ ー タ(NEC社 製PC.
9801NSIR)とAID変 換 ボ ー ド(Canopus社 製ADN‑1400) を用 い て サ ン プ リ ン グ 間隔5ミ リ秒 でA/D変 換 し,そ れ ら をS1呈 示 前1秒 か ら呈 示 後5秒 まで の6秒 間 に つ い て 加 算 平 均 処 理(加 算 回 数 は12回)を 行 っ た 。 そ の 際, EOGが 混 入 した 試 行 と誤 っ て ボ タ ン を押 した 試 行 は 除 外 した 。 さ ら に,本 研 究 で は 陰 性 方 向 へ の 緩 電 位 変 動 で あ るCNVに 着 目 し,そ の発 達 過 程 を検 討 す る た め, 加 算 の 結 果 得 られ た 波 形 の 陰 性 方 向 へ の 振 れ に 関 し て 100ミ リ秒 毎 に刺 激 前 平 均 電 位 との電 位 差 を積 分 した 。
HRは,Sl呈 示 前 後 のECGを サ ンプ リ ン グ 間 隔10ミ リ 秒 でAID変 換 し,R波 を検 出 した 後,R‑R間 隔 を求 め, Sl呈 示 時 点 か ら呈 示 後6秒 まで1秒 毎 のHRを 求 め た 。 そ れ ら をS1呈 示 時 点 で タ イ ム ロ ック して加 算 平 均 処 理
を行 い,平 均 心 拍 反 応 曲線 を求 め た。 加 算 に用 い た 試 行 はEEGと 同 じ もの と した。
ま た,S2呈 示 時 点 か ら ボ タ ン押 し開 始 まで の 反 応 時 間 を 測 定 す る と と も に,全30試 行 に対 して 実 際 に 各 被 験 者 が 正 答 し た試 行 の 割 合(%)を 算 出 し,課 題 の 正 答 率 と した。
ボタン 押し一 一L̲
一 S1 A S2
■ ■ ■囲 囮 レ 「『7ン 」
ゆ 「 ピヨ」
■ ■■ ■ゆ 「iii」
■レ 「ドン 」
図1刺 激 呈 示 の 概 念 図(上)と 刺 激 材 料(下) 図 上 に はS1,S2及 び ボ タ ン押 し(R)の 時 間 関係 を示 す 。Sl に は 図 下 左 側 の 四角 内 に示 した4種 類 の 視 覚 刺 激 を用 い た(実 際 に は 文 字 は記 入 さ れ て い な い)。 各Slの 右 側 には 対 応 す る音 刺 激(S2)を 擬 音 語 と して 示 した 。 な お 、事 前 に各 被 験 者 に は 上 の 二 刺 激 の 一 致 関係 を モ ニ タ とス ピー カ を 用 い て 示 し、4 つ の組 合せ を確 認 させ た 上 で 実験 を開 始 した 。
①:モ ニ タ とス ピー カ ②:パ ー ソナ ル コ ン ピ ュー タ
③:反 応課 題 用 ボ タ ン ④:生 体 用電 気 ア ンプ
⑤:タ ー ミナ ル ・ボ ック ス⑥:デ ー タ ・レコー ダ
図2刺 激 呈 示 場 面 の 概 念 図
Slは,被 験 者 の 眼 前1mの 位 置 に置 い た モ ニ タか ら視 角縦 横 各17,23度 で 呈 示 した 。 図 中 に 示 した番 号 は実 験 に使 用 した 機 器 類 を表 して い る 。 各 機 器 の 名 称 に つ い て は,図 下 お よび 本 文 を 参 照 。 なお,A群 やB群 に属 す る比 較 的 幼 少 な被 験 者 に
は,実 験 中,常 に母 親 ま た は父 親 が そ ば に付 き添 った 。
水 田敏 郎 、 片 桐 和 雄 、 吉 田和 典
3.結 果
(1)反 応 時 間 と 課 題 正 答 率
図3に,各 群 の 課 題 正 答 率 と平 均 反 応 時 間 し た 。 ま ず 正 答 率 に つ い て み て み る と,3〜5歳(A群)で は 73%程 度 の 比 較 的 低 い 値 で あ っ た が,7〜9歳(B群)で
は94%の 高 い 値 を 示 し,10〜12歳(C群)で ほ ぼ100%
に 達 し た 。 そ し て,13歳 以 降(D,E,F群)は98〜
100%の 値 を維 持 し た 。
一 方,反 応 時 間 は,3〜5歳(A群)お よ び7〜9歳(B 群)で は,S2呈 示 か ら ボ タ ン押 し を 開 始 す る ま で に800
〜900ミ リ 秒 を 要 し て い た が,10〜12歳(C群)で は 約 500ミ リ 秒 に 短 縮 し た 。 さ ら に16〜20歳(E,F群)に お
い て は,400ミ リ秒 に ま で 達 した 。 (2)脳 緩 電 位 変 動
図4に,B,Dお よ びF群 の 各 代 表 例(年 齢 は 各 々7歳, 14歳,23歳)に お け る 脳 波 の 加 算 平 均 波 形 を 記 録 部 位 毎 に 示 し た 。
B群 の 代 表 例 で は,記 録 し た 全 部 位 に お い てS1呈 示 後 400〜500ミ リ秒 か ら 陰 性 方 向(図 中 上 方 向)へ の 緩 徐 な 電 位 変 動 が 認 め ら れ た 。Fzに お い て,こ の 変 動 はS1 呈 示 後1800ミ リ秒 ま で 増 大 し た 後,同 じ く3000ミ リ秒
に か け て 刺 激 前 レ ベ ル ま で 復 帰 し た 。 そ し て そ の 後, S2呈 示 直 前 ま で 再 度 緩 や か に 陰 性 方 向 に 振 れ た 。
備 」̲」
Cz,Pz,Ozに お い て も,Fzに み られ た 「最 初 の 陰 性 変 動 一刺 激 前 レベ ルへ の 復 帰 一 二 度 目の 陰 性 変 動 」 と い う一 連 の 脳 波 変 化 の パ タ ン に 一 致 し て い た が,最 初 の 陰 性 変 動 の 持 続 時 間 が や や 長 い(S1呈 示 後3500ミ リ 秒 まで持 続)傾 向 を示 した 。
D群 の代 表例 に もSl呈 示 後600ミ リ秒 以 降 に 陰 性 の 電 位 が 認 め られ た が,B群 の よ う に二 つ に分 離 す る こ とな
(sec)
一◎一 反 応 時間(左縦 軸)十 正 当皐(右維軸)
1.2
0.8
0.4
0
A B CD
年 齢 群
E F
f96)
100
90
80 70
60
図3反 応 時 間 と 課 題 正 答 率 の 経 年 変 化 左 縦 軸 は時 間(sec)を,右 縦 軸 は正 答 率(%)を 示 す 。 横 軸 は左 か らA群(3〜5歳),B群(7〜9歳),C群(10〜12歳),
D群(13〜15歳),E群(16〜18歳),F群(20〜23歳)の 各 年 齢 群 を示 す 。
欄 」̲̲̲1 欄L‑」
F星
,m.、 。X
C:
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凶.、。聖
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F:
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C:
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の
,Φ.。恕
、の.1。恕
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一重o自①Olooo凶ooaOOOraoo図00m● ●o
図4代 表例 の脳波加算平均波形
F[
。の.1。聖
C:
鋤囲pb
の
匹
,㊥.、。畢
,㊤.1。 雫
レ
顧1切00iaaoa鵬3頴}㎝5瞑 剛m● ●o
左 か らB群(7歳),D群(14歳),F群(23歳)の 代 表 的 な脳 波 加算 平均 波形 を 示 す 。 各 図 の 横 軸 はSl呈 示 時 点 を基 準 とす る時 間経 過 を示 し,最 上 段 よ り刺 激 マ ー ク,以 下,Fz,Cz,Pz,Oz,よ り得 られ た加 算 波 形 を示 す 。 各 波 形 中 の 陰 影 部 は,、(刺 激 前 平 均 を 基 準 とす る)基 線 に対 して陰 性 方 向 に振 れ た部 分 を 表 して い る。 ま た各 波 形 の 下 に は,加 算 平 均 に 用 い た試 行 の 各 時 点 の標 準 偏 差(SD)の 変 化 を示 した。 さ らに そ の 下 に,5msec毎 にt検定 を行 っ た結 果,刺 激 前 に対 し て5%の 危 険 率 で 有 意 差 が認 め られ た 時 間帯 を 陰性(N)と 陽 性(P)の 各 方 向二 分 け て縦 線 で 示 した。
く,そ の振 幅 はS2直 前 まで 漸 増 した 。 部 位 別 に み る と, CzやPzで 特 に振 幅 が 大 き か っ た 。
E群 の代 表 例 に は,D群 の 特 徴 が さ ら に きわ だ っ た 形 で 認 め ら れ た 。 す な わ ち,S1呈 示 後500〜600ミ リ秒 か ら陰 性 変 動 が 出現 した が,そ の 振 幅 は時 間 経 過 に と も な っ て 漸 増 し,S2直 前 で は 部 位 間 差 は あ る もの の,お お む ね60〜80,uVま で 達 した。
図5に は,A,B,E,F各 群 の 脳 波 加 算 平 均 波 形 の 刺 激 間 間 隔 にお け る積 分 値(陰 性 方 向 に 関 して の み 算 出) を 群 内平 均 値 で 表 して い る 。 な お,こ こ で は 全 年 齢 群 を通 じて 比 較 的 明 瞭 に 陰 性 電 位 が 認 め ら れ たCzに 関 し て の み 示 し,C,D群 につ い で は 同 時 表 示 す る こ とが 困 難 な た め割 愛 した 。
そ の 結 果,次 の 二 つ の 特 徴 を指 摘 で きる 。 す な わ ち, 第 〜 に,二 刺 激 間 の 積 分 値 は年 齢 を経 る に 従 っ て 増 大 す る こ と,そ して 第 二 に,陰 性 電 位 を構 成 す る 成 分 は 二 つ か ら一 つ へ と推 移 す る こ とで あ る 。 後 者 の 点 は, 既 に脳 波 の加 算 平 均 波 形 に関 す る結 果 に お い てB群 の一 例 を と りあ げ て 述 べ た が,積 分 値 か らはA群 やB群 な ど の 幼 若 な被 験 者 で そ の 特 徴 が 顕 著 で あ る こ とが 改 め て 分 か る 。 そ して,こ れ ら二 つ の 成 分 の境 界 はSl呈 示 後 約3500ミ リ秒 付 近(図 中 白抜 きの 矢 印 近 傍)に 存 在 す
る こ とが 示 され た。
次 に,こ れ らの 陰 性 電 位 に つ い て,部 位 別 の 積 分 値 を 求 め た後,全 記 録 部 位 の 陰 性 電 位 積 分 値 の 総 和 に対
す る各 部 位 の 占有 率(%)を 求 め た(図6)。 こ う した 処 理 を施 した の は,年 齢 差 や 個 人 差 の 影 響 を 出来 る だ け小 さ く抑 え る た め と,各 年 齢 群 で どの 部 位 に最 も優 勢 に陰 性 電 位 が 現 われ て い た か を確 か め る た め で あ る 。
3〜12歳(A,B,C群)の 比 較 的 若 い被 験 者 で はOzに や や 優 勢 に 出 現 して い る が,他 部 位 との 差 も最 大18%
以 内 に と ど ま っ て お り,顕 著 な部 位 間 差 は 認 め られ な
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図5脳 波 加 算 平 均 波 形 の 陰 性 方 向 に 関 す る 積 分 値 横 縦 軸 は時 間経 過 を,縦 軸 は面 積 を示 す 。奥 行 き に は 年 齢 群(A群(3〜5歳),B群(7〜9歳),E群(16〜18歳),F群
(20〜23歳))を と った 。 図 中 の 黒 い 矢 印 はS1とS2の 呈 示 時 点 を示 す 。 白い 矢 印 は本 文 参 照 。
60
(零)
SO 40 30 20 10 0
FzCzPzOzFzCzPzOzFzCzPzOz
A B
FzCzPzOzFzCzPzOz
CD
各年齢群 の記録部位
E
図6脳 波 加 算 平 均 波 形 の 積 分 値 の(全 部位 の)総 和 に対 す る 各 部 位 の 占有 率
FzCzPzOz F
全 部 位 の 脳 波 陰 性 方 向 に 関 す る積 分 値 を総 加 算 し,そ の総 和 に対 す る各 記 録 部 位 の 占 有 率 を 表 す 。 縦 軸 は 占 有 率 (%)を,横 軸 は 左 か らA群(3〜5歳),B群(7〜9歳),C群(10〜12歳),D群(13〜15歳),E群(16〜18歳),F群
(20〜23歳)の 各 年 齢 群 と記 録 部 位 を示 す 。
水 田敏 郎 、 片 桐 和 雄 、 吉 田和 典
か っ た6し か し,13〜15歳(D群)に お い て 優 勢 部 位 は Pzに な り,そ の後16〜18(E群)で はCzへ,そ して21〜
23(F群)で はFzと な っ た 。 つ ま り,経 年 的 に 優 勢 部 位 は 頭 部 後 方 か ら中 心 一前 方 へ と推 移 し た こ とが 指 摘 で き る。
(3)一 過 性 心 拍 反応
図7に 各 群 被 験 者 の平 均 心 拍 反 応 曲線 を示 した。
3〜12歳(A,B,C群)。 で は,変 化 の 方 向性 に 関 して 同 一 群 内 で も個 人 差 が 大 きか っ たが,S1呈 示 後 に減 速 方 向(各 図 中 下 方 向)へ のHR変 化 を 示 し,そ の 後 も, S2呈 示 後1秒 付 近 ま で お お む ね 漸 減 傾 向 の 変 動 を示 し
た 。
13〜23歳(D,E,F群)で は,12歳 まで の 被 験 者 群 に み ら れ た個 人 間 の バ ラ ツ キ は小 さ くな り,比 較 的 安 定 し た 変 化 を 示 した 。 す な わ ち,ほ と ん どの 被 験 者 が S1呈 示 後 に 約1秒 間減 速 し,そ の 後1〜2秒 間 加 速 す る か 同水 準 を 保 っ た後,再 びS2呈 示 時 点 に か け て 減 速 す る
と い う,い わ ゆ る 「三 相 性 変 化 」 が 明 瞭 に認 め られ る よ う に な っ た。
4.考 察
本 研 究 は,予 期 反 応 を 主 と して 生 理 的 側 面(脳 波 と 心 拍)か ら分 析 し,そ の発 達 過 程 を横 断 的 に検 討 す る こ と を 目 的 と した。 以 下 に,今 回 の 実 験 か ら得 ら れ た 結 果 を総 合 的 に考 察 す る 。
従 来,脳 波,特 に 今 回取 り上 げ た 緩 電 位 変 動 は,小 児期 で は 記 録 が 不 安 定 で あ る こ とか ら(5),そ の発 達 過程 に つ い て は ほ と ん ど検 討 さ れ て こ な か っ た 。 今 回 の結 果 か ら も,10歳 前 まで の脳 波 は 陰性 成 分 が 二 つ に分 離 し,か つ 低 振 幅 で あ る な ど,波 形 か ら は 成 人 期 の 単 一 成 分 か ら成 る大 振 幅 のCNVと は 異 な る形 態 を示 して た とい え る。Rohrbaughら(8)はS1に 関連 す る 電 位 とS2に 関 連 す る運 動 準 備 電 位 な ど を個 別 に記 録 し,こ れ ら を合 成 し た波 形 がCNVに 類 似 す る こ と を報 告 して い る 。 そ して 各 電 位 につ い て,早 期 に生 じ るCNVは,Slに 関 連
㎝0﹂〇一.のΩコεΦ超而匡㌍﹂邸①工 釧
群■▼A s2
←
7一一 昌9‑一 一一」警一一 〜 一一一 一一 一一一一 一一 一 一一
0.1
0
0.1
一〇.1
D群
a
,∈Ωコ忘①剃d匡ρ﹂而Φ工
8群
a
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0
一 〇.1
0.1
i
0.1
0
一〇.1
E群
a
.oりΩΩ￡Φ"d配飼﹂邸Φ工
C群
←
a
0
゜01
a
0.1
0
一10 123
Terse(sec)
4 5 6
。0 .1
F群
a a
一10 1 23
Time(sec}
4 5
図7刺 激 間 間 隔 に お け る 平 均 心 拍 反 応 曲 線
左 上 か らA群(3〜5歳),B群(7〜9歳),C群(10〜12歳),D群(13〜15歳),E群(16〜18歳),F群(20〜23歳 〉 の 各 年 齢 群 と記録 部 位 を示 す 。 各 群 と も実 線 は,同 一 群 内 の被 験 者 の 総 平 均 を示 し,破 線 は標 準 偏 差 を示 す 。 各 図 の 縦 軸 はSl呈 示 時 点 を基 準 と した心 拍 値(縦 軸 に表 記 した"HeartRateinbps"は1秒 間換 算(beatpersecond)のHRの 意) を,横 軸 は 同 じ くS1呈 示 時 点 を基 準 と した時 間経 過 を示 し,矢 印 はS1お よびS2の 各 刺 激 呈 示 時 点 を表 す 。
6
した 定位 過 程 を 反 映 す る電 位Orientingwave(0‑wave) で あ り,時 間 的 に遅 く生 じる 後 期CNVはS2に 対 す る期 待(予 期)を 反 映 す る 成 分Expectancywave(E‐wave)
で あ る と指 摘 した 。 こ の こ とか ら,今 回 の 結 果 は,10 歳 前 で はSlに 対 す る定 位 反 応 とS2に 対 す る 予 期 反 応 が 断 続 的 に生 じて い た こ と を示 唆 す る 。 そ し て,10歳 以 降 の 成 分 の単 一 化 は,0‑waveとE‐waveが 融 合 した こ と を示 し,「 定 位 一 予 期 一 運 動 準 備 」 とい う一 連 の心 理 機 能 が よ り統 合 的 に処 理 され る よ う に な っ た 結 果 と考
え られ る。
こ こ で 行 動 的 側 面 に 目 を 向 け る と,S2呈 示 に対 して 課 した ボ タ ン押 し反 応 に 関 して,Slと の 関係 の 一 致 に 対 して95%以 上 の 高 い 割 合 で反 応 出 来 る よ う に なる の は 10歳 以 降 で あ り,そ の 反 応 時 間 が 成 人 同様 の500ミ リ秒 近 い 値 を示 す よ う に な っ た の も10歳 以 降 で あ っ た。 こ れ ら はCNV上 の 二 つ 成 分 の 融 合 が 生 じて い た 年 齢 と同 じで あ り,安 定 か つ ス ム ー ズ な行 動 の 調 整 を 行 う こ と とCNV諸 成 分 の 成 熟 が 密 接 に 関 連 して い る こ と を伺 わ, せ る結 果 で あ る。
他 方,発 達 経 過 と と も にCNVが 優 勢 に 出現 す る部 位 も後 頭 部 か ら 中心 部,前 頭 部 へ と変 化 し た 。 この 発 達 的 な推 移 は,脳 波 基 礎 律 動(背 景 脳 波)の 発 達 的 変 化 と き わ め て 類 似 して い る 。 健 常 児 を対 象 に記 録 した 安 静 時 の 脳 波 に お い て 優 勢 に み ら れ る 周 波 数 は,発 達 に と も な っ て 高 帯 域 化 す る 。 そ して,こ う した変 化 は10 歳 頃 ま で は 主 に後 頭 部 優 位 で 生 じる が,10歳 か ら15歳 で は 中 心 部 や 前 頭 部 に か け て 皮 質 全 般 に 波 及 す る と さ れ て い る(3)。本 研 究 で 問題 と してい る予 期 反 応 な どの分 化 した心 理 機 能 も,脳 の 基 礎 的 機 能 の 成 熟 と密 接 に 関 係 して い る こ とは 明 ら か で あ ろ う。 従 っ て,本 研 究 の 結 果,CNVの 優 勢 出 現 部 位 が 年 齢 増 加 と と も に頭 部 前 方 へ 変 化 した こ と も,脳 機 能 の 全 般 的 成 熟 とそ れ に と
も な う予 期 機 能 の前 頭 部 へ の 「焦 点 化 」 を反 映 した結 果 と考 え られ る。
こ こ で,予 期 機 能 の 「焦 点 化 」 の 心 理 学 的 意 義 を も う少 し詳 し く検 討 す る た め に,改 め て 今 回 実 験 で 用 い た課 題 に つ い て 詳 し くみ て み る 。 課 題 で は,ま ず 視 覚 刺 激(S1)が 呈 示 され,そ の 後,聴 覚 刺 激(S2)が 呈 示 され た。 そ して,S2がSlに 対 応 して い た か ど うか の 判 断 が 求 め ら れ た 。 この 過 程 で 本 課 題 が 被 験 者 に 与 え た 心 理 過 程 は 次 の よ うに 想 定 さ れ る 。 す な わ ち,Sl呈
示 直 後 か らS2呈 示 ま で の 比 較 的 早 い 時 問 帯 に お い て, 被 験 者 に は,ま ずSIに 関 す る 記 憶 保 持(視 覚 記 憶)が な され,こ れ に と もな って,(Slに 対 応 し,S2と して 呈 示 さ れ る こ とが 期 待 さ れ る)「 聴 覚 刺 激 に 関 す る 記 憶 (聴 覚 記 憶)」 が 想 起 さ れ る と考 え られ る,そ して そ の 後,S2呈 示 の タ イ ミ ン グ を予 期 しつ つ 「視 覚 」 と 「聴 覚 」 の 両 記 憶 が 保 持 され,S2呈 示 後 に 「聴 覚 記 憶 」 と の 比 較 ・照 合 が な され,一 致 か 不 一 致 か が 判 断 され る 。 以 上 の よ う な 心 理 過 程 の 中 で,最 終 的 に ボ タ ン を押 す か ど うか の判 断 をす る に は,「 聴 覚 記 憶 」 の 保 持 が 特 に 重 要 で あ る と考 え られ る 。 近 年 の 神 経 心 理 学 分 野 の 研 究 で は,こ う し た短 時 間 の 情 報 保 持 に 関 る 記 憶 は 作 業 言己憶 と言 わ れ,大 脳 皮 質 前 頭 一 中心 部 に か け て,そ の 機 能 が 局 在 す る と示 唆 され て い る(9)。この こ とか ら,前 頭 部 に焦 点 化 す るCNV成 分 は,「 視 覚 記 憶 」 や 「聴 覚 記 憶 」 を 一 時 的 に保 持 す る た め の 作 業 記 憶 機 能 の 成 熟 と 強 く関 って い る と考 え られ る。
本 研 究 で は脳 波 の ほ か に心 拍 を記 録 した 。 心 拍 反 応 の 結 果 か らは,次 の 二 点 が 指 摘 で き た 。 まず,12歳 頃 まで はS1後 に減 速 方 向 へ 変 化 し,S2呈 示 直 後 まで そ の 傾 向 が 持 続 す る 傾 向 が 強 か っ た 。 そ して 二点 目 は,13 歳 以 降 で はISIに お い て 「減 速 一 加 速 一 減 速 」 とい う三 相 か らな る変 化 を示 し た こ とで あ る。
心 拍 の 一 過 的 変 動 にお い て減 速 方 向 へ の 振 れ は,定 位 的 反応 を反 映 す る と さ れ て い る(2に とか ら,本 研 究 の 12歳 前 の 被 験 者 で はS1お よ びS2に 対 して 各 ・々定 位 的 過 程 が生 じて い た と考 え られ る。
さ ら に,13歳 以 降 に み られ る 三 相 性 変 化 は,最 初 の 減 速 相 は 定 位 的 反 応 を,そ して最 後 の 減 速 相 は予 期 的 反応 を示 す と され て い る(1)。従 っ て心 拍 反 応 か ら は,13 歳 付 近 の 年 齢 で 予 期 反 応 に 関 す る 一 定 の 成 熟 を み る こ
とが で き る。 また,第 二 相 の 加 速 相 の 心 理 学 的 意 義 に つ い て は,従 来 の 成 人 を対 象 に し た検 討 か ら は不 明 な 点 が 多 い と さ れ て きた が(1),今 回,CNVの 形態 的 変 化 と合 わ せ て み る と,作 業 記 憶 へ の 情 報 保 持 に 関 す る 機 能 と関 連 して い る可 能 性 が示 唆 され る。
今 回,脳 波,心 拍 そ して行 動 的 指 標 を総 合 的 に み る こ とで 以 下 の こ とが 明 ら か と な っ た 。 す な わ ち,比 較 的 発 達 の 早 い 段 階 にお い て は 定 位 的 反 応 と予 期 的 反 応 が 分 離 した 形 で 生 起 して お り,そ の 後 に 各 々の 反 応 が よ り統 合 さ れ た 形 で 喚 起 さ れ る よ う に な る,,そ して ,
水 田 敏 郎 、 片 桐 和 雄 、 吉 田 和 典
お お よ そ10〜12歳 を境 と し て,そ の 劇 的 変 化 が 生 じて い た と考 え られ る。 さ らに,予 期 反 応 は 脳 の 基 礎 的 成 熟 過 程 と密 接 に関 連 して お り,特 に前 頭 部 を 中 心 と し た 作 業 記 憶 系 機 能 を重 要 な 基 盤 と して 形 成 され る こ と が 示 唆 され た 。
今 後 は,こ う した 事 実 が 統 計 的 に も裏 付 け ら れ る よ う に,そ して 予 期 反 応 の 発 達 過 程 を よ り詳 細 に 明 ら か にす る た め に,被 験 者 数 を増 や した り,同 一 被 験 者 を 追 跡 し た縦 断 的 検 討 を 加 え る こ とが 必 要 で あ る と思 わ れ る。
5.要 約
予 期 反 応 の 生 起 は 生 理 学 的 指 標 上 に よ く反 映 され る。
代 表 的 な もの に反 応 時 間 課 題 下 で 得 ら れ るCNVや 予 期 反 応 を反 映 した 第 二 の 減 速 相(「 第 一 の 減 速 相 一加 速 一 第 二 の 減 速 相 」 か ら成 る 三 相 性 反 応)が あ げ られ る。
しか し,こ れ ら指 標 間 の 発 達 的 検 討 は ほ と ん ど な され て い な い 。 本 研 究 で は 健 常 児 ・者 を対 象 に,S1(視 覚 刺 激)とS2(聴 覚 刺 激)か ら構 成 され,S2に 対 して ボ タ ン押 し作 業 を行 う 時 間 固 定 の 反 応 時 間 課 題 を用 い, 両 刺 激 間 にみ られ るCNVと 心 拍 反 応 を横 断 的 に検 討 し
た 。 そ の 結 果,10〜12歳 以 降 にお い てCNVは 安 定 して 出 現 す る よ う に な り,予 期 反 応 を反 映 した 第 二 の 心 拍 減 速 反 応 も顕 著 に 現 れ る よ うに な っ た 。 そ し て これ ら の こ と は,SlとS2に 対 す る定 位 的 反 応 や 予 期 反 応 が 統 合 さ れ た もの と考 え られ た 。 ま た,予 期 反 応 は 大 脳 前 頭 部 を 中心 と した 作 業 記 憶 系 機 能 と密 接 に関 連 して い る こ とが示 唆 さ れ た。
本 研 究 は,2000年 度 文 部 省 科 学 研 究 費 補 助 金(特 別 研 究 員 奨励 費)の 助 成 を受 け た(受 付 番 号02136)。
臨 床 脳 波,1991,33(7),474‑479.
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参 考 文 献
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(3)堅 田 明 義,発 達 途 上 脳 波 の 周 波 数 ス ペ ク ト ル 分 析,
