短期的な観察学習効果とその基盤となりうるワーキング・メモリの影響の検討
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(2) 570. 理学療法学 第 42 巻第 7 号. 表 1 参加者情報 観察群 (n = 20). 観察なし群 (n = 11). p値. 年齢(歳). 21.5 ± 0.7. 21.5 ± 0.7. 0.87. 手長(cm). 18.1 ± 0.6. 18.2 ± 0.8. 0.77. エディンバラの利き手指数. 93.2 ± 7.2. 96.0 ± 7.0. 0.32. いと仮説を立てた。 そこで本研究では,“新規な運動学習における短期的 な運動観察効果の有無”および“観察学習の効果におけ るワーキング・メモリ機能の影響”を明らかにすること を目的とした。これらの目的を達成するために,運動学 習課題には,非利き手で行う鉄球回し課題,ワーキン グ・メモリ機能の測定には Trail Making Test(以下, 13). TMT). を用いた。特に TMT-B は,2 つの系列(数. 字とアルファベット)を保持しながらどこまで進んでい るか把握する必要があるために,ワーキング・メモリの 中核を担う中央実行系の機能を評価できるとされてい る. 14). 。また Arbuthnott らは,TMT-B 完遂時間と複数. の課題を処理する能力の間に有意な関連性を見出し,中 央実行系の能力を表す可能性を示唆している. 15). 。さら. に Sanchez-Cubillo らは,TMT 遂行に要する認知的な 機能についてレビューしており,TMT-B 完遂時間や TMT-B 完 遂 時 間 か ら TMT-A 完 遂 時 間 を 減 じ た 値. 図 1 鉄球回しパフォーマンス計測の概念図. (ΔTMT)は,ワーキング・メモリ機能を示すと結論づ けている. 16). 。以上のように,TMT の測定は,ワーキ. ング・メモリ機能を測定するツールとして認知されてい. (TMT-A:25,TMT-B:13) ま で 結 ぶ ま で の 時 間 を,. るため,本研究においても TMT をワーキング・メモリ. デジタルストップウォッチにて測定した。測定に際して. を測定する指標として用いた。. は練習試行を設けず,課題の説明後 1 回の測定結果を測 定値とした。. 対象および方法. 次に,観察前の運動パフォーマンス測定として,鉄球. 参加者は,鉄球回し経験のない健常若年成人 31 名で. を右回りに 10 回転させるのに要する時間と,その時の. あり(平均年齢 21.5 ± 0.8 歳),観察群 20 名と観察なし. 落下回数(以下,Pre)を測定した。この測定では,参. 群 11 名に分けられた。両群間には年齢や手長,エディ. 加者が鉄球を回している最中の動画を,作動中のデジタ. ンバラの利き手指数. 17). において有意な違いがないこと. ルストップウォッチとともに撮影した。撮影した動画の. を確認している(表 1)。本実験における運動課題には,. デジタルストップウォッチの数値から鉄球回しの開始と. 直径 5 cm の鉄球 2 つ(37 g × 2)を左手(非利き手). 終了時間および鉄球落下によるタイムロスを計測し,タ. の掌で回す課題を用いた。. イムロスの時間を除いた実際に課題に要した時間を算出. 実験における最初の手続きは,TMT の測定とした。. した。鉄球落下によるタイムロスの具体的な値は,目視. この測定は,TMT-A 完遂時間と TMT-B 完遂時間につ. によって確認された鉄球の中心点が,参加者手部の縁か. いて,デジタルストップウォッチを用いて両群ともに実. ら出た数値から鉄球を自ら手の上に乗せて再び動きだし. 施した。TMT-A に関しては,1 ~ 25 の数字が散りばめ. た数値によって算出した。観察前の運動パフォーマンス. られた A6 サイズの用紙を参加者に渡し,スタートの合. の測定後,参加者には 1 分間の手本となる習熟した鉄球. 図とともに 1 ~ 25 まで順に(1 - 2 - 3 -)結ぶこと. 回し映像を観察させた。その後,観察前の運動パフォー. を求めた。TMT-B に関しては,1 ~ 13 および A ~ L. マンス測定と同様に 10 回転の鉄球回し課題を実施させ. が散りばめられており,数字とアルファベットを交互に. た。この観察と鉄球回しの手続きを 3 回繰り返し,観察. 結 ぶ こ と を 求 め た。 ス タ ー ト の 合 図 か ら 最 終 地 点. 後の運動パフォーマンスの値(以下,Post 1,Post 2,.
(3) 観察学習による即時効果とワーキング・メモリの影響. 571. 図 2 (a)各セッションにおける鉄球回し時間の改善率,(b)各セッションにおける鉄球落下回数. Post 3)として測定した。観察なし群は,手本を観察す. 交互作用は認めなかった。セッションの要因における多. ることなく,単に鉄球回しパフォーマンスを 3 回測定し. 重比較の結果,post の値は pre より有意に減少してい. た。運動パフォーマンスの測定間には 1 分間のインター. た(pre vs. post 1: t(87)= 4.54,p < 0.0001;pre vs.. バルを設けた。. post 2: t(87)= 6.02,p < 0.0001;pre vs. post 3: t(87). 鉄球回し課題に関する従属変数は,鉄球回し時間(10. = 7.91,p < 0.0001)。また,post 3 は post 1 より有意. 回転に要する時間)と落下回数および観察後における鉄. に値が減少していた(t(87)= 3.37,p < 0.001)。. 球回し時間の改善率とした。TMT に関する従属変数は,. 次に,鉄球回し時間の改善率の結果を図 2(a)に示. TMT-B 完遂時間,ΔTMT(TMT-A 完遂時間に比した. した。分散分析の結果,観察の有無の主効果を認め,観. TMT-B 完 遂 時 間 の 増 加 秒 数:TMT-B 完 遂 時 間 -. 察群は観察なし群よりも有意に高かった(F(1, 29)=. TMT-A 完遂時間)とした。. 4.80,p = 0.04)。また,セッションの主効果を認め(F(2,. 統計解析は,手本を観察することによる運動パフォー. 58)= 12.94,p < 0.0001),多重比較によって,セッショ. マンスの改善効果を検討するために,鉄球回し時間とそ. ンの経過とともに改善率の有意な向上を認めた(post 1. の改善率および落下回数に対して,それぞれ二元配置分. vs. post 2: t(58)= 2.86,p = 0.006,post 2 vs. post 3: t. 散分析(セッション×観察の有無)を実施した。下位検. (58)= 2.45,p = 0.02,post 1 vs. post 3: t(58)= 5.31,. 定には Ryan 法を用いた。また,手本を観察することに. p < 0.0001)。その一方で,セッションと観察の有無に. よる運動パフォーマンスとワーキング・メモリ能力の関. 関する交互作用は認めなかった。また,落下回数に対す. 連 性 を 検 証 す る た め に, 注 意 能 力 を 示 す と さ れ る. る分散分析の結果では,セッション,時間の要因におけ. TMT-A の値を制御変数とし,各セッションにおける鉄. る 主 効 果 お よ び 交 互 作 用 と も に 認 め な か っ た( 図 2. 球回し時間の改善率および落下回数と TMT-B 完遂時間. (b))。. の間の偏相関分析を実施した。また,各セッションにお. TMT の各値と鉄球回しパフォーマンスの相関分析の. ける落下回数と ΔTMT との相関分析を行った。有意水. 結果については表 2 に示した。観察群における TMT-B. 準はすべて 5%とした。なお,本研究はヘルシンキ宣言. 完遂時間と post 3 の鉄球回し時間の改善率に有意な相. に則って実験の説明を行い,書面にて自由意思による同. 関を認めた(r = – 0.49,p = 0.03)。一方で,観察なし. 意を得た。本研究は了徳寺大学の研究安全倫理委員会よ. 群における TMT-B 完遂時間には,どのセッションの鉄. り承認を得ている(承認番号 2622)。. 球回し時間の改善率とも有意な相関を認めなかった(表. 結 果. 2)。また,観察群における TMT-B 完遂時間と pre の鉄 球回し時間の改善率には有意な相関を認めなかった。こ. 観察群における鉄球回し時間は,pre:80.66 ± 38.48. れらの傾向は,ΔTMT を用いた検定結果においても同. 秒;post 1:53.49 ± 23.48 秒;post 2:47.93 ± 26.79 秒;. 様 の 傾 向 で あ っ た。 具 体 的 に は, 観 察 群 に お け る. post 3:38.32 ± 18.24 秒であった。観察なし群における. ΔTMT と post 3 の鉄球回し時間の改善率に有意な相関. 鉄球回し時間は,pre:82.44 ± 29.18 秒;post 1:69.77. を示した(r = – 0.46,p = 0.04)。その一方で,観察な. ± 34.26 秒;post 2:62.37 ± 28.54 秒;post 3:54.33 ±. し群における ΔTMT には,どのセッションの鉄球回し. 22.21 秒であった。この鉄球回し時間に対する分散分析. 時間の改善率とも有意な相関を認めなかった。また,落. の結果,セッションの主効果を認めたが(F(3, 87)=. 下回数に関する相関分析には,どのセッションの値にお. 20.83,p < 0.0001),運動観察の有無に関する主効果,. いても各種 TMT 値と有意な相関は認めなかった。.
(4) 572. 理学療法学 第 42 巻第 7 号. 表 2 10 回転に要する時間の改善率,落下回数と TMT 値の相関係数(a, 改善率;b, 落下回数) TMT 値(秒). pre. post 1. post 2. post 3. a. –. – 0.20. – 0.17. – 0.49 *. b. 0.18. – 0.30. – 0.05. 0.39. 観察群(n = 20) TMT-B. 62.2 ± 17.0. ΔTMT. 36.0 ± 15.6. a. –. – 0.14. – 0.09. – 0.46 *. b. 0.17. – 0.26. – 0.05. 0.35. a. –. 0.11. 0.11. – 0.01. b. – 0.13. 0.37. 0.32. – 0.23. a. –. 0.22. 0.23. 0.10. b. – 0.22. 0.26. 0.09. 0.00. 観察なし群(n = 11) TMT-B. 62.8 ± 18.4 34.2 ± 14.2. ΔTMT. TMT: Trail Making Test,mean ± SD,* p < 0.05. るための運動学習には,手本を観察することによる効果. 考 察. よりも,むしろ実際に運動を実施するという経験によっ. 本研究は,短期的な観察学習の効果と,その効果にお. てもたらされる効果の方が大きいということが推察され. けるワーキング・メモリ能力の関連を検討することを目. る。また,考えられるもう一つの可能性は,pre の段階. 的に実施した。以下に,それぞれの目的に対する考察お. における落下回数自体の少なさによる影響である。具体. よび総合考察を設けた。. 的には,pre の時点で落下回数が 2 回未満と少ない回数 であり,床効果が生じたために改善の余地がなかったの. 1.短期的な観察学習の効果について. かもしれない。すなわち,運動観察を行うことによる,. 本研究の結果,短期的な運動を観察することによっ. 落下回数に表される失敗の低減に対する効果に関して. て,観察なし群よりも鉄球回し時間の改善率が高くなる. は,床効果を生じさせないような実験方法を用いて再検. ことが示された。これは,手本を観察することによって. 討する必要があり,今後の課題として残された。しかし. 運動学習が促進された結果であると考えられる。先行研. ながら,少なくとも鉄球回し時間に表される運動の円滑. 究によると,様々なリハビリテーション対象者に対して. 性に対しては,一定の効果を示すことが明らかになった. 運動パフォーマンスの向上が認められることが報告され. といえる。. ている。Bellelli らは,下肢の整形外科疾患患者を対象 とし,立ち上がりや歩行などの下肢運動に関する日常動 作の映像を 3 週間観察させることによって,バランス能 力や日常生活活動能力が向上したことを報告してい る. 1). 。また,Ertelt らは,上肢の運動麻痺を有した脳卒. 2.運動観察後の運動パフォーマンスとワーキング・メ モリの関連性について TMT 値と鉄球回しパフォーマンスの間の偏相関・相 関分析の結果,観察群において,鉄球回し時間の改善率. 中患者に対して,4 週間の上肢の日常生活場面の映像を. と TMT-B 完遂時間および ΔTMT に関連性を認めた。. 観察させることによって,手指や前腕の操作などの上肢. 先行研究から,TMT-B は,ワーキング・メモリ能力を. 4). 14–16). 機能が改善することを報告している 。さらに,脳性麻. 反映するということが報告されている. 痺を有した小児においても,3 週間の上肢の日常生活場. よって得られた相関関係は,観察後の運動パフォーマン. 面の映像を観察することによって,手の機能の改善が認. スが個々の有するワーキング・メモリ能力と関連するこ. 2). 。本研究に. 。本研究では疾患を有. とを意味する。すなわち,運動観察における効果にワー. さない健常若年者を対象とし,連続的な手指運動の短時. キング・メモリ能力が関与していると推察される。この. 間の観察だけで,観察なし群よりも高い運動学習効果が. 相関関係が運動観察前の運動パフォーマンスの値には認. 得られた。これは先行研究と同様に運動観察を行うだけ. められなかったことを考慮すると,観察学習の効果に. で,その後の運動パフォーマンスが向上しているが,本. は,手本を観察後から運動パフォーマンス実施まで短時. 研究によって短期的な観察によって効果がもたらされる. 間保持する能力としてのワーキング・メモリの能力が関. という点で新たな知見を示しているといえる。. 与していることを示唆する。. ただし,この改善効果は,鉄球回し時間の改善率のみ. 鉄球回し時間の改善率と TMT の値の関連性が Post 3. であり,落下回数については有意な違いを認めなかっ. のみに認められたのは,実験参加者の鉄球回し運動の習. た。この結果は,落下回数に表わされる失敗を低減させ. 熟状況が影響していると考える。実験参加者は,鉄球回. められることが報告されている.
(5) 観察学習による即時効果とワーキング・メモリの影響. 573. し未経験者であるため,観察群の内,ワーキング・メモ. ることが明らかになった。また,観察学習の効果は,. リ能力を高く有している参加者が,たとえ Pre と Post. ワーキング・メモリを要する注意機能の高さに関連する. 1 間および Post 1 と Post 2 間の運動観察後に運動のシ. ことが示された。これらの結果から,短期的な手指の運. ミュレーションを保持していても,鉄球回し自体の不慣. 動学習に対して観察学習が有効となる可能性と,ワーキ. れさが影響し,シミュレーション通りに鉄球回しするこ. ング・メモリを要する注意機能を併せて向上させること. とが困難であった可能性がある。Post 1,2 では,個人. が効果を高める方法となりうる可能性を示唆した。. がもつワーキング・メモリ能力が観察直後の運動パ フォーマンスに反映できないという状態であったため, 鉄球回し時間の改善率は 2 種類の TMT の値と相関を示 さなかったことが推察される。一方で,Post 3 における 鉄球回し時間の改善率と TMT との関連性は,鉄球回し の不慣れさが解消し,運動観察後のシミュレーションが 鉄球回しに反映されたために得られたと解釈される。 Post 3 の段階では,鉄球回し時間が 1/2 程度となり,相 当量の改善がみられている。このような大幅な改善に は,Karni ら に よ る フ ァ ー ス ト・ ラ ー ニ ン グ( 以 下, 18). FL). が起こっていると推定される。FL とは,一日で. 得られる短期的な運動パフォーマンスの改善であり, 「どのように課題を行うのかが身体の動作としてなんと なく掴めた状態」あるいは「身体運動の運動要素の調節 が可能になりはじめた状態」である. 19). 。つまり,Post. 3 に該当する FL の段階では,運動の円滑性を向上させ るために身体運動の理解と調節のストラテジーを保持す る能力が関与し,ワーキング・メモリ機能と関連性を示 したと考えられた。 3.総合考察 本研究は,リハビリテーション領域で頻回に用いられ る観察学習が,短時間の観察でも有効に作用することの 可能性と,その学習効果にワーキング・メモリが関わっ ている可能性を示した。通常,観察学習を行う際,セラ ピストは手本を観察させることによって,自身の運動シ ミュレーションの想起を期待する。本研究では,観察に 基づく運動シミュレーションが短期間で効果を示し,そ の効果の基盤となるワーキング・メモリの関与を示唆し た。したがって,観察学習を行う際に,より有効な学習 効 果 を 得 る た め に は, 例 え ば 手 本 の 呈 示 に 加 え て, TMT-B のようなワーキング・メモリ能力を向上させる 介入を併せて実施することが重要となる可能性が考えら れる。今後は,ワーキング・メモリに関連する注意持続 能力の向上を目的とした介入を観察学習に組み込んだ学 習効果について検討する予定である。 結 論 本研究では,手指巧緻運動の短期的な観察学習効果の 有無,そして観察学習の効果とワーキング・メモリを要 する注意機能の関連性について検証した。その結果,手 指巧緻運動は短期的な観察においても学習効果を発揮す. 文 献 1) Bellelli G, Buccino G, et al.: Action observation treatment improves recovery of postsurgical orthopedic patients: evidence for a top-down effect? Arch Phys Med Rehabil. 2010; 91: 1489–1494. 2) Buccino G, Arisi D, et al.: Improving upper limb motor functions through action observation treatment: a pilot study in children with cerebral palsy. Dev Med Child Neurol. 2012; 54: 822–828. 3) de Vries S, Mulder T: Motor imagery and stroke rehabilitation: a critical discussion. J Rehabil Med. 2007; 39: 5–13. 4) Ertelt D, Small S, et al.: Action observation has a positive impact on rehabilitation of motor deficits after stroke. Neuroimage. 2007; 36(Suppl 2): T164–T173. 5) Rizzolatti G, Fadiga L, et al.: Premotor cortex and the recognition of motor actions. Brain Res Cogn Brain Res. 1996; 3: 131–141. 6) Buccino G, Binkofski F, et al.: Action observation activates premotor and parietal areas in a somatotopic manner: an fMRI study. Eur J Neurosci. 2001; 13: 400–404. 7) Fadiga L, Fogassi L, et al.: Motor facilitation during action observation: a magnetic stimulation study. J Neurophysiol. 1995; 73: 2608–2611. 8) Strafella AP, Paus T: Modulation of cortical excitability during action observation: a transcranial magnetic stimulation study. Neuroreport. 2000; 11: 2289–2292. 9) Aziz-Zadeh L, Maeda F, et al.: Lateralization in motor facilitation during action observation: a TMS study. Exp Brain Res. 2002; 144: 127–131. 10) Conson M, Sara M, et al.: Action observation improves motor imagery: specific interactions between simulative processes. Exp Brain Res. 2009; 199: 71–81. 11) Rizzolatti G, Craighero L: The mirror-neuron system. Annu Rev Neurosci. 2004; 27: 169–192. 12) Kawagoe T, Sekiyama K: Visually encoded working memory is closely associated with mobility in older adults. Exp Brain Res. 2014; 232: 2035–2043. 13) Tombaugh TN: Trail making test A and B: normative date stratified by age and education. Arch Cilin Neuropsychol. 2004; 19: 203–214. 14) 樋口貴広:運動支援の心理学─知覚・認知を活かす─.三 輪書店,東京,2013,pp. 107–133. 15) Arbuthnott K, Frank J: Trail making test, part B as a measure of executive control: validation using a setswitching paradigm. J Clin Exp Neuropsychol. 2000; 22: 518–528. 16) Sanchez-Cubillo I, Perianez JA, et al.: Construct validity of the Trail Making Test: role of task-switching, working memory, inhibition/interference control, and visuomotor abilities. JINS. 2009; 15: 438–450. 17) Oldfield RC: The assessment and analysis of handedness: the Edinburgh inventory. Neuropsychologia. 1971; 9: 97–113. 18) Karni A, Meyer G, et al.: The acquisition of skilled motor.
(6) 574. 理学療法学 第 42 巻第 7 号. performance: fast and slow experience-driven changes in primary motor cortex. Proc Natl Acad Sci USA. 1998; 95: 861–868.. 19) 橋本圭子:運動スキル学習に関する考察:脳内経路の変化 と記憶の固定をめぐって.新潟工科大学研究紀要.2007; 12: 133–147.. 〈Abstract〉. Immediate Beneficial Effects of Action-observation, and Its Effects Underlying Working Memory. Tsubasa KAWASAKI, PT, PhD, Hidefumi ARAMAKI, PT, MSc, Ryosuke TOZAWA, PT, MSc, Munenori KATO, PT, PhD Ryotokuji University. Purpose: To investigate whether action observation had immediate effects on hand coordination and whether its effects were correlated with working memory function, using the Trail Making Test (TMT) part B. Methods: Thirty-one adults participated in this study. Of them, 20 participants watched a video of an expert performing a ball-rotation task using his left hand for one minute. The participants’ ballrotation performance using the left hand was measured by recording the time required to complete 10 rotations and the number of times the ball was dropped in the pre- and post-observation sessions. In the control group, 11 participants performed the ball-rotation task without watching any video. To assess the working memory function, the time required to complete the TMT part A and B was recorded. Results: Improvement ratios were significantly higher in the observation group than in the control group. In addition, there were significant correlations between the effects of observational learning in the post-observation sessions and the time required to complete TMT part B and ΔTMT (i.e., the time required to complete part B minus part A). Discussion: These findings suggest that action observation immediately encouraged an improvement in hand coordination, and its beneficial effects were related to working memory function. In conclusion, action observation combined with interventions to enhance working memory function may immediately encourage the improvement of motor skills. Key Words: Observational learning, Immediate effects, Working memory.
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