6月2020

中央実行系回路

思考の実行機能においては外側前頭前野の発達が非常に重要であるということが分かってきました。しかし、思考の実行機能は前頭前野だけが関係しているとは限りません。思考の実行機能が機能しているときに、脳の前頭前野だけではなく、他の部分も活動していることが見えてきました。それが「頭頂葉」です。思考の実行機能が使われているときには外側前頭前野と頭頂葉が機能しており、この二つで構成されている脳の部分を中央実行系回路と森口氏は言っています。

 

では、この中央実行系回路はどのように関係しているのでしょうか。森口氏はそのことを知る前にそもそもこの中央実行系回路のような複数の脳領域を含むネットワークがどのように発達するかを理解する必要があると言っています。そもそも脳の領域は子どもの間は複数の脳領域がつながるようなネットワークは出来上がっていません。そのため、近い脳領域同士でネットワークを作っています。そして、その後、青年期から成人期にかけて、前頭前野と頭頂葉のような、比較的距離のある脳領域同士のネットワークが形成されていくのです。

 

このような脳領域のネットワークのつながりは思考の実行機能の脳内機構においても当てはまります。このことを示しているのが西オンタリオ大学のモートン博士らが切り替えテストを行っている際の脳活動の研究です。モートン博士らが調べたところ、小学校高学年の子どもは外側前頭前野と頭頂葉を活動させていたことが分かったのです。つまり、乳児期から幼児期は外側前頭前野が働いていたことに加え、児童期から青年期には頭頂葉も含む中央実行系回路が思考の実行機能を支えることにつながっているということなのです。こういった中央実行系回路が機能することにより、児童期以降では、幼児期よりも効率よくルールの切り替えができるようになるのです。

 

また、青年期以降も中央実行系回路は発達が続き、成人期になってようやく完成します。このように中央実行系回路はゆっくり発達し、発達には長い時間を有するのです。これが、思考の実行機能が成人期までかかって発達するということを意味している部分です。思考の実行機能がよりよく効率的に働くためには脳の発達が大きく関わっているのですね。

 

このことを考えていくと、子どもたちに大人と同じような見通しを持たせることは難しいのかもしれません。特に乳幼児教育において、複雑なルールを子どもたちに課すことは困難だということが分かります。また、ルールのある遊びが年少児に難しく、年長児だからこそできるということも分かります。脳の発達によって子どもたちの判断力には大きな差があり、一概に全員を同じように見ることの危険さを改めて感じます。特にこういった発達には差がありますし、乳幼児においてはより大きな差が出ていることを考えると、その子一人一人にあった環境を作ることの重要さは保育をする上でより考えていかなければいけないのだということが分かります。

脳の発達

子どもの脳活動の調べるためには、大人が使うような機能的磁気共鳴画像装置(fMRI)を使うことができません。なぜなら、この装置では、暗く、大きな音が鳴り、密閉された空間の中に、身体を動かさずに数十分間い続けなければならないからです。そのため、森口氏らはfMRIと同様に、脳の血流量を利用して脳活動を推定する、機能的近赤外分光装置(fMRIS)を用いるそうです。この装置は子どもに防止のようなものをかぶせるだけで済みます。

 

森口氏はこの装置を使って、子どもの思考の実行機能が急速に発達する3~5歳までの脳の発達を調べていきます。その際、切り替えテストを用いていくのですが、その時のうまくルールを切り替えられない3歳児とうまくルールを切り替えられる5歳児の子どもたちを対象に、この課題時における外側前頭前野の活動を調べました。すると、ルールを上手に切り替えられる5歳児は、外側前頭前野を強く活動させていることが明らかになったのです。

 

また、3歳児の中でもルールの切り替えができる子どもがいます。そういった子どもとルールが切り替えができない子どもの脳活動を比べると、ルールを切り替えることができた子どもは外側前頭前野を活動させていたのに対して、ルールを切り替えられない子どもは外側前頭前野を活動させていませんでした。これは、ルールを切り替えるためには外側前頭前野の働きが関与しているということを示していると森口氏は言っています。

 

ほかにも森口氏は3歳のときにルールを切り替えられなかった子どもに、9か月後に再び研究に参加してもらい、実行機能の発達と外側前頭前野の働きの関係を調べました。3歳の時にはルールの切り替えができなかった子どもも、9か月後にはルールを切り替えることができるようになっています。その際の脳活動を調べると、やはり3歳の時には活動していなかった外側前頭前野が、9ヶ月後には活動していたのです。

 

これらの結果が示しているのは、3歳から5歳ごろにかけて、外側前頭前野の働きが活発になることによって、実行機能が著しく発達することが脳活動を測ることによって明らかになったのです。そして、実行機能が3歳~5,6歳に急速に発達すると森口氏が紹介していたのは、その裏に、外側前頭前野の発達があるからだということが分かったのです。

 

では、このことを背景に考えてみると保育はどう見えていくのでしょうか。3歳頃から実行機能の発達が顕著になります。つまり、そういった子どもたちに、見通しを持たせることは難しいのかもしれません。そういったことよりも、その場での選択をその都度

赤ちゃんの前頭葉

子どもは年齢とともに、育つ環境に合わせた効率の良い脳内ネットワークを作っていくと森口氏は言っています。脳内ネットワークの変化が起こる年齢は脳領域で異なるのですが、アクセルに関わるような報酬系回路は比較的発達が早く、ブレーキや思考の実行機能に関わる外側前頭前野や頭頂葉は発達するのに長い時間がかかります。前頭前野の発達は青年期でもまだ終わっておらず、前頭前野がしっかりと働くようになるのは青年期から成人期にかけて起こるということになります。

 

元々、数十年前には前頭葉は子どものときには働いていないと考えられていました。というのも、これは前述にもあるように前頭前野や頭頂葉が青年期や成人期ごろまで十分に出来上がっていないということが示されていたからです。しかし、これまでのマシュマロテストやそれ以外のテストを見ていても、子ども期にかけて、実行機能が働いているということが分かりますし、それは前頭葉が機能しているということを示唆しています。また、最近では赤ちゃんの頃からの研究も進んでおり、そこでも前頭葉の働きが見られることが示されていると森口氏は言っています。

 

その方法は動物向けの実行機能テストを赤ちゃんに利用して前頭葉が働いているかを調べてみるということでした。そのテストでは不透明なコップを2つ赤ちゃんの前に並べます。コップの片方(コップA)におもちゃを隠します。9ヶ月くらいの赤ちゃんであれば、隠されたおもちゃを正しく探すことができます。これを数回繰り返します。その後、今後はもう一つのコップ(コップB)におもちゃを隠します。隠した後に、10秒程度、赤ちゃんを待たせてみます。その後、探索させます。すると、9ヶ月頃の乳児はコップAを探してしまいますが、12ヶ月くらいになると正しくコップBを探すことができるようになります。

 

つまり、コップAからコップBに対象が変わったことで、探す対象を切り替えることが必要になります。森口氏はこれに使われる能力は、思考の実行機能の種のようなものと言っています。このような発達を見たとき、前頭葉の働きが赤ちゃんにあることが明らかになっています。

 

もちろん、大人と比べるとまだまだ未熟な前頭葉の働きですが、赤ちゃんにおいても、しっかりと働いているということがわかりました。これは保育をしていても感じるところです。0歳児を見ていても、決して、無力ではありません。未熟ではあるのは確かですが、実に能動的に環境に働きかけているようにも思います。よく周囲を見回していますし、すでに、自分の安心する人を察知し、判別もしています。すこし、発達が進んでいる子どもを見て、模倣し、やってみようとするように能動的にも動いています。こういった赤ちゃんの特徴は本来であればもっと深めていかなければいけないのだと思います。

必要なもの

脳を構成する神経細胞は出生後は基本的に増えることはないそうです。では、脳が発達してくるにはどういったことが起きるのでしょうか。森口氏は脳の発達で重要なのは神経細胞同士のつながりであると言っています。このように脳の神経細胞が同士がつながることによってネットワークを形成していくのです。そして、このネットワークは生後の経験によって変化していきます。

 

生まれたばかりの赤ちゃんの神経細胞は周りにある他の神経細胞と広範なネットワークを作っていきます。それは神経細胞同士近いものからつながっていきます。そして、なんと一度作った神経細胞のつながりを生後のケ件の中で必要なネットワークだけ残していくのです。つまり、最初はあらゆるところにネットワークを張り巡らせ広げていき、ピークに達した後は特定のネットワークだけ残していくのです。では、なぜ、そのようなことがおきるのでしょうか。これは赤ちゃんがどの環境や社会でも生きていくことができるようにという説があるそうです。人間にとって赤ちゃんがどこで生まれ、どの環境に生を受けるかは分かりません。そのため。赤ちゃんはどの環境においても順応できるように、生きていかなければいけないのです。そのため、初めは広範なネットワークを作り、その社会や環境において生活していく中で、よりその環境で効率よく生きていくための能力をつけていきます。ネットワークをより強くしていくことに対して、必要の無いものはそのネットワークを無くしていくのです。

 

このことに対して、森口氏は言葉の発達を例に出しています。例えば、「L」と「R」の発音の区別です。日本人の大人はこのLとRの発音の区別ができません。ところが、生後6か月くらいの日本人の赤ちゃんはLとRの区別が容易にできるのです。赤ちゃんは胎内にいる頃から聴覚が発達していくと言われています。新生児は生後ほぼ10日間で弁別が可能になり、男性の音声よりも女性の音声の方を好むようになります。また、母国語の音声に対して、非母国語の音声に対してより長い注意を向けていきます。面白いのはなぜ、母国語ではなく、非母国語に対して反応が起こるのかです。これはもしかすると、敵がどうかを区別するために聞き分けているのかもしれません。

 

こういったように赤ちゃんは生活経験を通して、言葉の発音の区別を行っていたり、母国語や非母国語といった言葉の変化を察知し、自分の脳を効率よく変化させていくことで、より育っていく環境に合わせた脳内ネットワークを作っていきます。脳内ネットワークの変化が起こる年齢は脳領域によって異なりますが、アクセルに関わるような報酬系回路は比較的発達が早く、ブレーキや思考の実行機能に関わる外側前頭前野や頭頂葉は発達するのに長く時間がかかります。また、この前頭前野の発達は青年期でもまだ終わっていなく、しっかりと働くようになるのは、青年期から成人期にかけてということを森口氏は言っています。

ストレスと実行機能

前頭前野はストレスによる影響が大きいと森口氏は言っています。では、前頭前野にストレスがかかっているときに脳にある神経細胞はどういったことが起きているのでしょうか。そもそも、前頭前野にある神経細胞は、お互いに様々な物質(神経伝達物質)をやりとりしています。そのなかでも、ドーパミンやノルアドレナリンという物質は、前頭前野が機能するのに重要な役割を果たしています。これらの物質が多すぎても少なすぎても、前頭前野は働きません。適度な量が必要なのです。そして、ストレスを受けるとドーパミンやノルアドレナリンの量が前頭前野で増えすぎてしまいます。その結果として、前頭前野の働きが悪くなってしまうのです。このような仕組みで、ストレスが前頭前野の働きに影響を与えてしまうのです。実行機能の発達という点で重要なのは、ストレスをたびたび経験した環境で育つと、前頭前野の発達に悪影響があるのです。

 

このようにブレーキに影響するのが外側前頭前野なのですが、この外側前頭前野は思考の実行機能にも重要な役割を果たしています。思考の実行機能には、外側前頭前野と頭頂葉の一部領域から構成される中央実行系回路が重要な役割を果たしています。これらの脳領域が協調して活動することによって思考の実行機能を支えています。

 

ある研究で、大人を対象に「切り替えテスト」の大人版を使った際の脳活動を計測しました。その結果、ルールを切り替える際には、外側前頭前野と後部頭頂葉などの中央実行系回路の主な領域が強く活動することが示されています。この活動を詳しく見ていくと、外側前頭前野の中でも役割分担があることがわかりました。たとえば、外側前頭前野の一部はこのテストに必要な情報を覚えておくという目標の保持の役割があります。切り替えテストにおいては、今どのルールでカードを分けるべきかという情報(たとえば色ルール)を覚えておく必要があります。そして、外側前頭前野の別の領域では、色から形への切り替えなどにおいて重要な役割を果たすのです。これらの領域が、協調して活動することによって、思考の実行機能を担っているのです。

 

このように感情の実行機能においても、思考の実行機能においても前頭前野が重要な役割を果たしているようだということが分かっていました。そのため、実行機能の発達には前頭前野の発達が深く関連していると森口氏は言っています。では、この前頭前野はいつ、どのように発達するのでしょうか。

 

脳を構成する神経細胞は出生後には、一部の領域を除いて、基本的に増えません。脳の発達とは、脳を構成する細胞が増えることではないのです。では、脳が発達する際に、何が起こっているのでしょうか。森口氏はこれにおいていくつかの仕組みがあることが分かっていると言っています。