認知心理学研修会

認知科学からみた脳の情報処理過程

☆なぜ、うまく行かないのか？

情報処理過程と行動

岩手大学共通教育センター

非常勤講師 川原 正広

2012．2. 4

本日の話題の内容

• 認知心理学の基礎的な内容

• 認知心理学の基礎的分野の紹介

→記憶研究の歴史と最近の動向

• 認知心理学の応用的分野の紹介

→ヒューマンエラーと認知機能

※ 各セッションの間に１０ぐらい休憩を挟みたいと思

います

認知とは？

• 外部の対象や事象に関する情報について理解する

ための情報処理活動

• 知識を得る働き、知的活動の総称

• 人間などが外界にある対象を知覚した上で、それが

何であるか判断したり解釈する過程

心の３要素：知・情・意

認知(cognition)

具体的には

知覚

記憶

学習

思考

言語

イメージ

意識

「知る」に関わる機能

（認知機能）

認知心理学（Cognitive Psychology）とは？

• 1950年代後半～60年代に成立した心理学の一分野

• 人間の知的活動を心的活動の一部と考え、心理学

的な観点や方法論を用いてアプローチする学問

特徴

• 人間の知的活動を脳内の情報処理と考える

• コンピュータ・サイエンスの色合いが強い

心理学の視点から考えると

独立変数

刺激（S)

従属変数

反応（R)

媒介変数

心的過程 （ブラックボックス）

認知心理学

独立変数

入力

（情報）

従属変数

出力

（行動・言語・感情）

媒介変数

脳内の情報処理

心理学領域としての認知心理学

臨床心理学

犯罪心理学

人格心理学

臨床心理学系

実験心理学系

数理心理学

認知心理学

生理・薬理心理学

教育心理学系

教育心理学

学習心理学

発達心理学

発達心理学系

社会心理学

産業心理学

文化心理学

研究法から見た認知心理学

臨床心理学

犯罪心理学

教育心理学

産業心理学

など

応用・実践的研究

認知心理学

性格心理学

発達心理学

社会心理学

など

基礎的研究

心理学の研究 ：基礎的な研究 vs. 応用・実践的な研究

目的：精神活動の探求

方法：実験・観察

目的：現実の問題への対処

方法：面接、ケース・問題の検討

認知心理学の方法論的特徴

◎情報処理システムとしての人間

◎仮説モデル構築による内的過程の検討

◎実験的方法を重視

★多元的アプローチ

（実験・調査・質的な面接・ﾌｨｰﾙﾄﾞﾜｰｸ・

ｼﾐｭﾚｰｼｮﾝ・臨床的観察 etc.)

サイエンス（科学）の視点から考えると

• コンピュータに関する用語が数多く使用されて

いる

例）入力、出力、メモリー（記憶）、容量、処理、

速度

• 人間→コンピュータ→認知活動

• 自然科学（人間科学）領域

認知科学領域としての認知心理学

認知科学

認知心理学 人口知能

認知工学

認知神経科学

言語学

脳科学

• これらの学問領域は共通して人間の認知活

動や認知機能を研究の対象としている

他の学問領域との結びつき

認知科学

工学

医学

哲学

文化人類学

教育学

芸術

認知心理学誕生のプロセス

行動主義心理学

認知革命

構成主義心理学

認知心理学など

パラダイム転換 その１

パラダイム転換 その２

ヴント

ワトソン

意識ではなく行動、内観ではなく客観的行動観察と実験

行動主義の限界

排除されてきた研究テーマの復活

方法論の自由化

認知革命はなぜ起きたのか？

• 行動主義の理論的限界

• 科学に関する考え方の変化

• コンピュータの登場

• 初期の認知心理学では記憶に関する研究が盛

んに行われた

＞ Millerによる情報処理の限界（1956）

→マジカルナンバー ７±２

＞ Atkinson & Shiffrinによる系列位置効果の実験

（1971）

＞ Craik & Lock hartの処理水準アプローチ（1972）

記憶の概念モデルの提案

記憶の二重貯蔵モデル Atkinson & Shiffrin（1971)

感覚記憶

短期記憶

長期記憶

注意

リハーサル 検索

出 力

入 力

記憶の処理水準モデル Craik & Lock hart（1972)

水準３

意味的分析

水準２：構造的分析

水準１：知覚

入 力

精緻化の量

処理の深さ

最近の記憶モデル

音韻キャッシュ

音韻 リハーサル

インナー スクライブ

中央実行系

視覚キャッシュ

長期記憶

音韻ループ (言語的作動記憶)

視空間スケッチパッド (視空間作動記憶)

Rogie（1995)の作動記憶モデル

認知心理学の近況 • 研究のコラボレーション

→認知科学領域内、心理学領域内、他の学問領域

• より高度な研究法を用いた研究の増加

• 研究機関の世界的展開

• 社会との関連性の重視

→社会問題、異文化、進化論（人類学）

• 実験室での認知から日常での認知へ

→基礎研究から応用研究への進展

• 共通性から個人差へ

認知スタイル

• 認知的課題の処理形式における個性（偏り）のこと

→個人には好んで用いる情報処理の形式がある

• 熟慮性ー衝動性

• 場依存ー場独立認知スタイル

• 合理性ー直観性思考スタイル

• 言語型ー視覚型情報処理スタイル

• 視覚イメージスタイル（空間型ー物体型）

代表的な認知スタイル

認知心理学のこれから

• 「知」の要素のさらなる探求

• 研究領域の拡大（意識から無意識へ）

• 他の心的機能との関わりあい

• 他の学問領域とのさらなる密接なコラボレーション

• 最新のコンピュータ技術を取り入れた方法論の確立

• 脳機能の解明への寄与

• 実験室から日常社会へ

認知心理学における記憶研究の歴史と近況

認知心理学領域における基礎的研究の紹介

この時間の中で紹介する内容

• 記憶の基礎理論

• ワーキングメモリ

• ワーキングメモリ研究の現状とこれから

記憶とは？

• 記憶は覚えておく（情報を保持・貯蔵する）システ

ムというイメージが強い

しかし、記憶は人間の認知活動の中でより多くの

役割を担っている

→覚える、思い出す、検索する、忘れる、推測する、

考える、判断する

※ 記憶は認知活動全般に関わる重要なシステム

Ebbinghausの忘却曲線

記 憶

様々な記憶

宣言的記憶

エピソード

記憶

意味記憶

手続き記憶

• 記憶の３過程モデル

符号化 貯蔵 想起

最もシンプルな記憶モデル

覚える 憶えておく 思い出す

記憶の二重貯蔵モデル

感覚記憶

短期記憶

長期記憶

注意

リハーサル 検索

出 力

入 力

二重貯蔵モデルの根拠

• 系列位置効果

二重貯蔵モデルの根拠

•脳研究からの証拠

２つの類型の脳損傷患者（乖離）

＞ 新たに学習ことが極めて困難な患者

＞ ある時期から過去のことが思い出せない患者

記憶には情報を貯蔵（保持）できる時間が異なる２つの記憶があるのでは？

記憶研究の流れ

新たな記憶モデルの提案

記憶モデルの構造の検証

記憶モデルの機能的役割の検証

脳との関連 日常との関連 臨床への応用

他領域とのコラボ・応用研究

最近の記憶研究の動向

• 脳機能との関連性（ｆMRI、PETなど）

• 日常的な記憶研究（目撃証言、展望記憶、場所の

記憶、忘却・失念）

• 心理臨床との関連（トラウマ、PTSD、認知症）

• よりアクティブな記憶（ワーキングメモリ、能動的注

意との関連性、メタ記憶）

• 記憶トレーニング（記憶方略、記憶の達人者）

• 我々の日常生活では外的な情報を一時的に保持しな

がら、その状況に応じた処理をリアルタイムに行う機

会が多い

• たとえば・・・

＞ 会話

＞ 車の運転

＞ 読書

＞ 暗算

• 上記の行為は短期記憶の概念では説明できない

新たな記憶概念（ワーキングメモリ）の提案

短期記憶の問題点

感覚記憶

ﾜｰｷﾝｸﾞﾒﾓﾘ

（作動記憶）

長期記憶

注意

リハーサル 検索

出 力

入 力

短期記憶からワーキングメモリ（Working Memory:WM）へ

Baddeley（1986)のワーキングメモリ（WM）モデル

音韻ループ (Phonological Loop)

Baddeley(1986)による作動記憶モデル(船橋，2000)

視空間スケッチパッド (Visuo-Spatial Skechpad)

中央実行系 (Central Executive)

Baddeley(1986)のモデルの特徴

受動的な保持システムである短期記憶の概念に能

動的な処理の要素を追加した記憶

情報の保持と処理を並列的に行う記憶

情報の符号化及び長期記憶からの情報の検索

サブシステムにおける容量制約性の特徴を持つ

中央実行系は制御システム

(Baddeley & Logie，1999)

処理資源の容量制約制という特徴

処理

保持

処理

保持

リソース多 リソース少

認知活動：リソースが多い人 ＞ リソースが少ない人？

資源を処理or保持に向けるかをめぐり、競合が起きる

→（トレード・オフ）

WM容量の個人差と認知能力の関連性

言語的WMのリソースと文章理解、読解力間の関連性

(Baddeley et al．，1985；苧坂，2002）

言語的WMのリソースと問題解決、推測力の関連性

(大塚・奥田，1997)

言語的WMのリソースと暗算能力・計算能力間の関連

性(burband et al．，1997；Turner & Engle，1989)

空間的WMのリソースは空間イメージ課題を遂行する

能力と、物体的WMのリソースはVVIQなどのイメージ質

問紙の得点と特異的に関連する（川原・松岡，2008）

① 二重課題法・・・ワーキングメモリの下位システムの

構造を検証する研究で用いられる

② 相関分析法・・・スパン形式課題の成績と他の認知課

題や質問紙の成績の関連性を検討

する

→ワーキングメモリの機能的役割の

検証

WMの研究手法

言語的ワーキングメモリ容量を測定するテスト

リーディングスパンテスト（Reading Span Test：RST)

オペレーションスパンテスト(Operation Span Test：OST)

視覚的ワーキングメモリ容量を測定するテスト

空間スパンテスト(Spatial Span Test：SST)

視覚的ワーキングメモリスパンテスト(Visual Working

Memory Span Test：VWMST)

スパン形式課題

言語的ワーキングメモリのリソースを測定する課題

次々に画面に提示される文章の内に指定されたター

ゲット語(１語)を保持しつつ、文章を音読する課題

リーディングスパンテスト

電車に乗り遅れたので母に車で送ってもらった

彼はぶっきらぼうだが、根はいいやつだ

車、ぶっきらぼう

彼は・・・いいやつ

だ

回答してください

車・ぶっきらぼう

Space Task

マウスでクリックした

場所を覚える

視空間ワーキングメモリスパンテスト

Pattern Task

マウスでクリックした

テクスチャーを覚える

Visual Working memory Test(VWMST) 川原・松岡(2008)

Multi Component Model

代表的なWMのモデル

Single Component Model

Baddeley(2000)のモデル Cowan(2005)のモデル

Neural Model

代表的なWMのモデル

Engineering Model

Catani, Jones, Ffytche(2005)

のモデル

Frith, Blakemore, Wolpert(2000)

のモデル

ワーキングメモリの新たな展開

• システム構造の検証はすでに収束しつつある

• リソース（容量制約制）の意味に関する検討

• 実行機能の再検証→抑制機能の削除

• 脳との関連性（ｆMRI、PET)→サブシステムの関連領

域の特定

• 日常との関連性→社会脳、ミラーニューロン、失敗傾向

• 臨床分野への展開→発達障害、うつ病、認知リハビリ

テーションへの応用

WMの下位システムと脳機能局在

Henson(200１) CE：中央実行系 AR：構音ループ PS：音韻ストア

VC：視覚キャッシュ IS：インナースクライブ

WM容量の個人差と脳の活動

苧坂・苧坂・近藤・森下・福山・麻生・柴崎 (2000)

WMと学習困難（読字障害）

WMは情報の分析・再生、辞書

の検索の制御を行う

文字列に関する情報と音韻列

に関する情報の結びつきが不

十分

辞書が利用されない

単語を読めなかったり、別の単語と間違える（上野，2006） EDGE（2006，関口訳）

上野（2006）より引用

WMとADHD ADHDのトレーニング・メソッドの開発（Klingberg, Forssberg &

Westerberg, 2002など）

→日本ではNPO法人えじそんくらぶが日本語版の開発・評価

を行い、現在はコグメド・ジャパンがトレーニングソフトを提供

トレーニングソフトのロボメモ Klingberg et al., JAACAP(2005)

コグメド・ジャパンHPより（http://www.cogmd-japan.com)

認知リハビリテーションへの応用

Olesen & Westerberg &Klingberg（2008)

認知リハビリテーションへの応用

Jaeggi, Buschkuehl & Perrig（2008)

認知リハビリテーションへの応用

Westerberg & Klingberg（2007)

記憶の視点から見た「なぜうまくいかないのか？」

記憶が正常に機能しないと情報の貯蔵（保持）だけでな

く、様々な情報処理が上手くいかなくなる

→認知や行動に支障をきたす

記憶モデルからの解釈

※ 短期記憶から長期記憶への情報の転送の失敗

※ 短期記憶やWMの容量におけるトレードオフ

※ 記憶のコントロール機構（中央実行系）の問題

※ 長期記憶から短期記憶（作動記憶）への情報の転送

の失敗（手がかり的想起、情報の検索の失敗）

認知心理学領域におけるヒューマンエラー研究

認知心理学領域における応用研究の紹介

事故とヒューマンエラー

事故における人的要因のウエイト

人的要因

機械故障

未知現象

機械故障

未知現象

人的要因

波及

効果

５０年前まで １９７０年ごろ 現在

自動化の部分が多くなっため、操作する人間の要因のウエイトが大きくなった

人的要因

機械故障

未知現象

臨床領域とヒューマンエラー

ヒューマン エラー

失認

失念

失行

高次脳 機能障害

精神疾患

ADHD・LD

認知症 マイクロスリップ

結果

ヒューマンエラーからの症状や障害の理解

スイスチーズ・モデル（Reason, 1990）

man

machine

media

management

エラー （事故）

マイクロスリップ

ヒューマンエラーとは？

意図していない結果を引き起こす人間の許容外の行為（Swain & Guttman, 1983）

計画された一連の心的あるいは身体的活動が意図した結果をもたらすのに失敗したもの(Reason, 1990)

外部環境に人間の内的処理がたまたま適応できなかったもの（狩野，1972）

事故を引き起こす原因の中でも人的要因に関わるもの（丸山，2001）

ヒューマンエラーへのアプローチ

ヒューマンエラー

臨床心理学

デザイン工学

認知心理学

社会心理学

組織安全学 脳科学

認知神経科学

集団力学

医学

なぜヒューマンエラーを研究するのか？

• 取り返しのつかない事故につながる可能性がある（飛行機、電車、自動車、医療、原子力）

→エラー発生の防止・予防

• ヒューマンエラーを通じた人間の内的過程の理解

• 人間と環境の相互関係性の理解

→組織における人間

→マンーマシーンシステムの理解

• ユーザビリティの追求

→エラーを起こさないデザイン（使いやすさ）

ヒューマンエラーの発生要因

内的要因

体調

感情

認知

性格 外的要因

環境

設備

機械

組織

行為

（エラー）

結果

ヒューマンエラーの分類 行動心理学 認知心理学 組織心理学

力点 人間要素を機械とみる 人間の内面機構 集団としての人間

行動

注目点 刺激に対する人間の反

応

意図形成過程 行動動機

ヒューマン

エラーの分

類

オミッションエラー

（すべきことをしない）

コミッションエラー

（よけいなことをする）

スリップ・ラプス

（意図は正しいが実

行時に失敗）

ミステーク

（意図形成段階での

誤り）

過誤(failure)

動機は正しいが、

情報処理での失

敗）

違反（violation）

（動機が正しくない）

行動の３段階（Rasmussen,1986）

スキル（SB)・ベース 無意識的な行為や活動における感覚運動パフォーマンス

ルール（RB)・ベース 獲得されたルールを通じて「フィードフォワード制御」によって構造化されている意識的な過程。

知識（KB）・ベース ルールが存在しない新しい環境に対してゴールによって 制御する意識的な過程。

汎用エラーモデリングシステム GEMS:Generic error-modelling system

Reason（1990）

ReasonがRasmussenの運転員モデルをもとに作成

パフォーマ

ンスレベル エラーの形態

スキル スリップ、ラプス

ルール RBのミステイク

知識 KBのミステイク

・実行前に犯すエラー

→ミステーク：意図の誤り（修正しにくい）

・意図は正しいが、実行時のエラー

→スリップ：実行時の注意不足エラー

→ラプス：記憶の誤りに起因するエラー

意図の有無から見たヒューマンエラーの分類

不安全な行為

意図しない行為

意図的行為

スリップ

ラプス

ミステーク

違反

思考・推論、判断のエラー

記憶の誤りに起因するエラー

実行時の注意不足エラー

情報入力過程おける注意のボトルネック

情報入力 ボトルネック

　視　覚

　聴　覚

　触　覚 　注　意 短期記憶

　嗅　覚

　味　覚

フィルター理論

（カクテルパーティー）

注意機能に関する理論

フィルター理論（Broadbrnt，1958）と減衰理論（Treisman，1969）

WMにおける注意監視システム（Norman & Shallice, 1986)

注意のダイナミクス理論（安西ら，1994）

「多動的注意」と「能動的注意」（鈴木・和田・岩崎，2001）

※ ヒューマンエラーの発生に注意機能の個人差が密接に関連する

入力レベルで起こるエラー

• 感覚能力の限界

視力・聴力の不足・色覚異常

（明確な表示、色覚バリアフリー、高齢者）

• 知覚のエラー

錯視（誰にでも起こる）

• 認知のエラー

注意の範囲・文脈効果

高次の情報処理過程

　長　期　記　憶

反応　反　応

短期記憶 　判　断 反応

　機　構　要　求 反応

　感　情

高次の情報処理過程で起こるエラー

• 短期記憶のエラー

容量の限界・音または形に類似による混同

• 長期記憶のエラー

想起の困難・意味の類似による混同

• 判断のエラー

要求の葛藤、感情の影響、固執

• 反応のエラー

動作の未分化、未習熟、古い習慣の残存

能動的注意

注意の分割

注意の抑制

注意のシフト

受動的注意

音韻ループ

視空間スケッチパッド

情報処理系

注意制御系

中央実行系

貯蔵システム

失敗傾向と注意・WMの関係性

KBレベルのミステイク

RBレベルのミステイク

SBレベルのエラー スリップ、ラプス

失念と展望記憶

日常で必要な

記憶能力

回想記憶：過去の記憶

展望記憶：予定や約束の

記憶

失念やし忘れには

展望記憶が関わる

日常生活は展望記憶の連続

• 我々の日常生活ではリアルタイムにめまぐるしく変化する状況の中で、適切な行動をとることが求められる

＞仕事

＞車の運転

＞打ち合わせ

展望記憶が正常に機能しないと日常生活に支障をきたす

日常生活は展望記憶の連続

• 日常生活ではリアルタイムに変化する状況の中で、適切な行動をとることが求められる

＞仕事

＞車の運転

＞買い物

＞ 待ち合わせ

展望記憶が正常に機能しないと日常生活に支障をきたす

展望記憶のプロセス

存在想起：何か行うべき行為がある

内容想起：具体的に何を行うか

明日の午後３時に待ち合わ

せ

明日何かやらなければいけないことがあったのに思い出

せない

脳損傷研究から見た展望記憶（梅田，2001）

• コルサコフ症候群の患者

→存在想起はある程度できるが内容想起ができない

症例が多く見られた

• 前頭葉損傷患者

→一部の患者において存在想起のみに障害が見ら

れたが、内容想起にはほぼ問題がなかった

• アルツハイマー型痴呆症患者

→存在想起、内容想起どちらもできない

• 脳損傷者にブザー課題を実施

展望記憶の回復支援

• Umeda, Nagumo & Kato(2006)は、前頭葉損傷患者と側頭葉損傷患者に対する「ミニデー課題」の効果を検証

• Sohlberg, White, Evans & Matter(1992)は、脳損傷者に対する展望記憶訓練（Prospective Memory Training:PMT)のトレーニング効果を報告

側頭葉損傷者の訓練結果 前頭葉損傷者の訓練結果

ヒューマンエラーからの「なぜうまくいかないのか」

• 人間は誰もがエラーを起こす

• エラーの発生には人的要因だけでなく環境的な要因も

関与する

• エラーの個人差は大きい

• ３つの種類のヒューマンエラー

• 人の情報処理過程が特異的に３つのヒューマンエラー

に関与する （注意機構、展望記憶がエラーの発生に

関与する）

認知科学から見たヒューマンエラーの防止・予防

• 誰もが失敗するという意識（小さい失敗はOK）

• 自分の失敗傾向の把握

• 認知特性、人格特性の把握

• 自己モニタリングの強化（注意、記憶）

• エラーが事故に発展しない設計・デザイン

• 「人は失敗する」を考慮したシステム・組織作り

これからのヒューマンエラー研究

• 自然災害時におけるヒューマンエラー

• 原子力発電分野とヒューマンエラー

• 日常的認知研究の研究対象としてのヒューマン

エラー

• 複数の認知機能の相互作用との関連性

• 臨床領域への展開

次回の予定

• どのように世界を捉えるか？

＞ 視覚的情報処理

＞ 視覚的イメージ

＞ イメージ・スタイル

＞ 身体像・図式

＞ アフォーダンス

＞ 社会脳（コミュニケーション）