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日本語版 《５分でよむことができます》
学習と脳 （大脳皮質）
私たちは学習に脳が関係していることを漠然と理解しています。しかし，脳の中でどのようなプロセスを介して学んでいるのか，もっと効率よく学ぶためにはどのように脳を働かせればよいのか，あまり意識していないでしょう。いうまでもなく，人間は他の動物よりも高度な学習をすることができます。この違いは、それらの疑問にヒントを与えてくれると考えられます。したがって，本稿では，脳のさまざまな部位の中から，特に大脳に焦点をあてて考察を進めていきます。より効率的な学習者になるためには，大脳の機能をよく知ること，そして，それを上手に活用していくことはとても重要なことなのです。なぜ大脳が学習に必要不可欠なのかをくわしく考えていきましょう。
図 1 脳の断面と機能
まず，大脳の部位について説明します（図１）。大脳の表面部分を大脳皮質といいます。大脳皮質は複雑な神経結合が構成されていて，人間の思考などの中枢になっています。大脳皮質の部位の分類の方法は大別して次の２通りが使われています。１つ目は解剖学的な分類です。これは大脳の大きなしわによって「前頭葉」，「頭頂葉」，「側頭葉」，「後頭葉」の部位に分ける方法です。２つ目は機能的な分類です。これは，脳の働きによって「感覚野」，「運動野」，「連合野」の部位に分ける方法です。特に人間の脳では，それら２つの視点のそれぞれに特徴があります。まず，大脳辺縁系の外側に大脳皮質がほかの動物よりも広い面積を占めていることが解剖学的な特徴です。次に，機能的な特徴です。人間の脳の「連合野」という部位はほかの動物の脳に比べて著しく発達していて，運動野と感覚野を介在して高次な精神機能を営むことを助けています。
図 2 連合野のはたらき
次に，学習する上での脳の働きに焦点を当ててみましょう（図２）。「連合野」は、人間の脳の７５％を占め，「前頭連合野」，「頭頂連合野」，「側頭連合野」に分かれています。前頭連合野では知識，判断，行動，人格を，側頭連合野では視覚刺激に基づく記憶を，頭頂連合野では自分がどのような空間的位置にあるのかをそれぞれ認識する機能をもっています。それぞれの連合野の機能が統合されることで，認知，記憶，思考などの人間特有の高次な認知行動が可能にしているのです。
それでは，実際に学習しているときの脳の働きはどのようになっているのでしょうか。学習の仕方に違いによって，その脳の領域が働いているかを光トポグラフィー（NIRS）で解析したものを図３に示します。光トポグラフィーとは、近赤外光を用いて頭皮上から非侵襲的に脳機能マッピングする「光機能画像法」の原理を応用し，働いている脳の領域を視覚的に観測することを可能にした装置です。
図 3 学習しているときの脳のはたらき
図３によると，ただ考えているだけやゲームをやっているときはあまり脳が働いておらず，簡単な計算や本を音読している時には脳が活発に働いていることがわかります。つまり，連合野の役割をよく知った上で，それらをバランスよく働かせることが効率良い学習を実践するためのポイントといえます。
さらに，大脳は学習したことを記憶するうえでも重要な役割を担っています。脳は遺伝子に基づいて，環境からの刺激と反応をくりかえしながら形成されていきます。これを「脳の可塑性」といいます。成人になると脳の構造はいったん完成しますが，それ以降も脳は変化を続けます。２０００年にノーベル賞を受賞したエリック・カンデルは，短期記憶は神経細胞の連結の一時的変化であるのに対して，長期記憶は神経細胞の遺伝子の表現が変化して，新しいシナプスが形成される組織的変化であることを明らかにしました。つまり，人間の大脳は学習や経験を通した長期記憶の蓄積により遺伝子を超越した変化を続ける組織なのです。
最後に，教育学的な視点を加えてみましょう。教育心理学においては、人間の学習への応用に対してその現象面からアプローチしてきました。認知心理学や動機づけ理論の近年の発展には目を見張るものがあります。しかし，脳の働きについてはブラックボックスとして扱ってきました。そうせざるを得なかったといったほうが正確かもしれません。近年，脳科学は目覚ましい発展をとげてきました。しかし、人間の学習への応用は限定的でした。したがって、これらの知見を活用すればもっと科学的に学習をとらえることができるでしょう。脳科学と教育心理学を融合した「学習科学」の結実を期待できる時期がいよいよ到来したのではないしょうか。これからは，脳機能とリンクした科学的教育の理論構築や実践推進への取り組みが重要な課題であると考えています。
綾部 宏明 （ あやべ ひろあき ）
（アチーブ進学会 ／ 京都大学 ）
参考資料
船橋 新太郎 2011 2-1 脳の構造. 京都大学心理学連合（編），『心理学概論』，ナカニシヤ出版，pp. 27-31
A Nobel Prize with help from sea slugs, CNN.com （情報更新2013.05.14）
脳のお勉強会 http://www.brain-studymeeting.com/ （情報取得2015/05.25）
秦順一 「中学生の知識でわかる身体のしくみ」 http://www.jhata99.org/ （情報取得2015/05.25）
Brain Area Identified That Determines Distance from Which Sound Originates , Hearing Care UK, www.hearingcareuk.com
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ENGLISH VERSION ( You can read this essay in 5 minutes. )
Learning and Brain（Cortex）
We vaguely understand learning is associated with the brain. However, we aren’t aware that how we work our brain to learn more efficiently. Needless to say, human beings will be able to make advanced learning than the other animals. The difference will give us a hint to those questions. Therefore, in this paper, I will especially focus on the cortex among the various parts of the brain. In order to become more effective learners, it is very important to know the functions of the cortex and take advantage very well. Let's consider in more detail why the cortex is essential to learning.
Fig. 1 Cross-section and function of the brain
First, it describes the area of the cortex (see Fig.1). The surface of cortex is called cerebral cortex. Cerebral cortex is configured of complex neural connections and plays a central role such as human thought. Method of classification of part of cerebral cortex has been roughly used in two ways in the following. The first is the anatomical classification. Cerebral cortex is divided into "frontal lobe ", "parietal lobe", and "temporal lobe" by the big wrinkle. The second is the functional classification. It is divided into "sensory area", "motor area" and "association area" by the function of the brain (see Fig. 2). In particular, there is a feature in each of those two perspectives. First, cerebral cortex of the outer limbic system has the anatomical features in that it occupies larger area than that of the other animals. Then, there is a functional feature. Association area of the human brain has a significant development as compared with that of the other animals, and it helps to engage in the higher-order mental function by mediating motor and sensory area.
Fig. 2 Association areas of the brain
Next, let's focus on the workings of the brain when learning. Association area, occupying for 75% of the human brain, is divided into “prefrontal cortex”, “parietal association cortex” and “temporal association cortex”. Prefrontal cortex has the ability to recognize knowledge, judgment, behavior, and personality. Temporal association cortex recognizes storage based on visual stimulation. Parietal cortex recognizes a spatial position which we are in. Then the integration of the functions of each association cortex enables us to do the human-specific higher-order cognitive behaviors such as cognition, memory and thinking.
So actually, when learning, how does the brain works? The image is shown in Fig.3 analyzed by optical topography (NIRS). It represents which areas of the brain work with according to the way of learning. NIRS is a method applied the principle of "optically functional imaging" that noninvasively maps brain function using “near infrared rays” from the scalp. NIRS made it possible to visually observe the working areas.
According to Fig.3, while only thinking or doing games, it can be seen that the brain doesn’t work so much. On the other hand, while reading aloud and solving math problems, the brain works extensively and actively. In brief, it can be said that, after being familiar with the role of association area, making the areas of the brain work in a balanced manner is a point to practice an effective learning.
Fig. 3 The function of the brain when learning
In addition, the brain plays an important role in memorizing. The brain will be formed, based on the gene, by repeating responses with stimuli from the external environment. This is called "plasticity of the brain". When we become adult, the brain structure once completes. However, it will continue to change even after that. Eric Kandel, awarded the Nobel Prize in 2000, was clarified that, whereas short-term memory is a temporary change in the consolidation of the nerve cells, long-term memory is an organizational change that new synapses are formed after the expression of neuronal genes changes.
Finally, let's add a pedagogical perspective. In educational psychology, we have approached applications to learning from the phenomenon aspects. In recent years, there has been a remarkable development in cognitive psychology and motivation theory. However, we have treated the workings in the brain as a black box. It might be accurately expressed that it was inevitable to do so. Furthermore brain science has also achieved a remarkable development. But its application to human learning has been limited. It means, if we can utilize these findings, we will be able to have a more scientific perspective to learning. Isn’t it a time that we could expect the fruition of "learning science" that combines education psychology and brain science? Efforts to build scientific educational theory and promote practical education, linked with the brain function, will be a significant challenge. (741 words)
Hiroaki Ayabe
( Achieve Private School / Kyoto University )
References
Funabashi Shintaro (2011) 2-1 structure of the brain. Kyoto University psychology Union (ed.), "Introduction to Psychology", Nakanishiya publication, pp. 27-31
A Nobel Prize with help from sea slugs, CNN.com （information updated 2013.05.14）
Nou no obenkyoukai. http://www.brain-studymeeting.com/ (information acquisition 2015.05.25)
Hata Shinichi "Chugakusei no chishiki de wakaru watashitachi no karada no hushigi" http://www.jhata99.org/ (information acquisition 2015.05.25)
Brain Area Identified That Determines Distance from Which Sound Originates, Hearing care UK, www.hearingcareuk.com (information acquisition 2015.05.30)
