授業研究における脳波測定の可能性

創 価大学 教育学 部論集
第56号:研
究 ノ ー ト 久 保 田 ・関 田P93∼97
授業研 究 にお ける脳波 測定 の可能性
久 保 田秀 明 ・関 田一彦
本稿 の 目的
脳 科 学 の 発 展 は,学
近 年,テ
習 活 動 を脳 波 な ど 生 体 情 報 の レベ ル で 扱 う こ と を可 能 に し て き た 。 特 に
レ ビ ゲ ー ム や ビ デ オ の 悪 影 響 を ク ロ ー ズ ア ッ プ した 森 昭 雄 の 『ゲ ー ム 脳 の 恐 怖 』 が 火
付 け 役 と な り,脳 科 学 の 研 究 者 の み な らず 広 く教 育 関 係 者 の 関 心 を 集 め て い る(川
2004;養
老2000;養
老 ・岩 田2000)。 「ゲ ー ム 脳 」 に 関 し て は,そ
巡 っ て 結 果 を疑 問 視 す る 声 は 強 い が,森
島2002,
の測 定 方 法 や デ ー タの 解 釈 を
の 主 張 を 簡 単 に 述 べ れ ば,視
覚情 報 の 高次 な処 理 は前
頭 葉 の 活 性 化 を促 し,前 頭 葉 に お け る β波 の 増 加 が 見 ら れ る の が 一 般 的 だ が,ゲ
ー ム画 面 や
ビ デ オ な ど を 長 時 間 長 期 に わ た っ て 視 聴 して き た 生 育 歴 を持 つ 青 少 年 の 中 に は,視
聴 開始 後 わ
ず か の 間 に 前 頭 葉 の 働 き が 鈍 り,痴 呆 症 患 者 の 脳 波 形 状 に 酷 似 し た 状 態 を 示 す よ う に な る 者
(ゲ ー ム 脳 保 持 者)が
散 見 され る,と
い う もの で あ る。
教 育 心 理 学 や 教 育 工 学 の 分 野 で は,学
習 者 の 学 習 特 性 と して 視 覚 情 報 処 理 を 得 意 とす る 者 と
聴 覚 情 報 の 処 理 を得 意 とす る 者 の 違 い な ど が 研 究 さ れ て い る が,一
は 学 習 効 率 を 上 げ る と考 え ら れ て い る 。 しか し,も
般 的 に は視 聴 覚 教 材 の 利 用
し仮 に ゲ ー ム 脳 と 呼 ば れ る 現 象 が 事 実 な
ら,ビ デ オ 教 材 な ど は ゲ ー ム 脳 状 態 の 学 習 者 に 対 し て は 学 習 効 果 が 期 待 で き な い か も し れ な
い 。 少 な く と も,ビ デ オ 教 材 の 視 聴 を含 む 学 習 活 動 の 効 果 を検 討 す る 際 に,学
習 者 の 脳 波 を指
標 と す る 研 究 が 必 要 と さ れ て い る と思 わ れ る 。
脳 科 学 の 研 究 で 一 般 に 使 わ れ る 本 格 的 な 脳 波 測 定 装 置 は 形 状 も 教 卓 ほ ど大 き く,測
た っ て は 被 験 者 の 頭 部 全 体 に 多 く の 電 極 を装 着 せ ね ば な ら な い 。 ま た,瞬
定 にあ
きの よ うな微 細 な動
き も ノ イ ズ の 原 因 と し て 制 限 され る 。 こ れ で は 授 業 中 に 学 習 者 の 学 習 を妨 げ ず に脳 波 分 析 を行
う こ と は 難 しい 。 そ こ で 我 々 は,歩
行 中 や 運 転 中 の 脳 波 測 定 に 用 い られ た 実 績 を持 つ 簡 易 脳 波
計 を用 い て 実 際 の 授 業 の 中 で 脳 波 測 定 を 試 み る こ と に し た 。 特 に こ の 実 験 で は,1)授
学 習 者 の 脳 波 の 変 化 は 測 定 可 能 か,2)測
映 す る の か,3)脳
定 が 可 能 だ とす れ ば,脳
波 計 を 用 い た 授 業 研 究 は有 効 な の か,と
業 中の
波 の 変 化 は 授 業 の 流 れ を反
い う3つ
の 項 目 を検 討 し た 。
実験方法
被験者
本学教育学部配当科 目 「
情報教育論」 履修 の男子学生2名 が,成 績等 に無関係 なボラ ンテ ィ
ア活動 として実験 に協力 して くれ た。両名 と もビデ オ視聴 やTVゲ ー ムの体 験 は比 較 的少 な
く,む しろ外遊びやスポーツの経験が豊かであ り,彼 らの生育歴か らはゲーム脳 の可能性 は低
い と考 え られた。
一93一
授業研 究にお ける脳 波測定 の可能性
実験機器
脳 波 測 定 器EMS100を2台,販
は,代
売 代 理 店 か ら試 用 目的 で 借 用 して行 った 。 被 験 者 へ の着 装
理 店 の 販 売 担 当 が 行 っ た 。 こ の 脳 波 測 定 器EMS100は,前
を 測 定 後AD変
換 し,脳 波 積 分 値 と し て 出 力 す る 。 ま た,全
分 Σβ を抽 出 し,ΣSに
頭 前 野 の 連 続 した脳 波 活 動
体 脳 波 ΣS,α 波 成 分 Σα,β 波 成
占 め る そ れ ぞ れ の 成 分 の 割 合 を α%,β%,思
考 活 動 値WをW=Σ
β/Σα
に よ り算 出 す る プ ロ グ ラ ム を 持 つ 。 森 が ゲ ー ム 脳 研 究 に 用 い た 測 定 機 器 と 同様 の 脳 波 デ ー タの
収 集 ・分 析 が 可 能 な も の で あ る 。 本 稿 で は 特 に,授
のW値
を 基 準 と し て,実
業 開 始 時 の 脳 波 を 一 定 時 間測 定 し,そ の 間
験 中 の 行 動 単 位 ご と の 値 と の 差 分 を検 討 し た 。
実験手順
被 験 者 以 外 の 学 生 も受講 す る通 常 の授 業 「
情 報 教 育 論 」 にお い て行 っ た。 この授 業 は教 育 学
部 児 童 教 育 学 科 の1年
次 生 を 中 心 に40名 ほ ど の 履 修 者 が お り,火 曜 日5時
限 に行 わ れ た もの で
あ る 。 授 業 前 に脳 波 計 を被 験 者 に セ ッ ト し,授 業 者 の 合 図 に よ り二 人 同 時 に 始 動 ス イ ッ チ を入
れ た 。 ま た,1台
は 被 験 者 を,も
う1台
は 教 師 を 撮 影 す る た め に ビ デ オ カ メ ラ2台
を使 用 し
回 の 学 習 内 容 を 振 り返 り今 回 予 定 の ク イ ズ に 備 え て の,座
席が隣 り
た。
授 業 の 主 な 場 面 は1)前
あ う者 同 士 で の 話 し合 い(約8分),2)理
本 時 の 学 習 課 題 の 説 明(約10分),4)ビ
解 度 ク イ ズ(約7分),3)ク
合 い(約15分),6)通
デ オ 視 聴(約15分
〉,5)ビ
信 教 育 勧 誘 パ ン フ レ ッ トの 表 紙 をOHCで
ら受 け る 印 象 や 気 づ き に つ い て の 話 し合 い(約15分),7)話
分),8)別
の 通 信 教 育 勧 誘 チ ラ シ を提 示 し な が ら,そ
し合 い(約15分),の
八 つ で あ る 。 な お,場
面1か
イ ズ へ の コ メ ン トと
デ オ の 内 容 に 関 す る話 し
提 示 し な が ら,そ
の表紙 か
し合 い に 対 す る コ メ ン ト(約5
の チ ラ シ か ら気 づ い た こ と に 関 す る話
ら3ま
で の脳 波 の 変化 を平 均 して基 準 値 と
して 用 い た 。 こ の 約90分 間 の 授 業 を記 録 し た ビ デ オ と脳 波 デ ー タ を 同 期 さ せ,各
場 面 ご との脳
波 の 変 化 と学 習 者 の 外 見 を 比 較 しな が ら分 析 す る こ と と し た 。
分析 と考察
2名 の 被 験 者(Eお
よ びHと
す る)の 実 験 中 の 反 応 を 記 録 し た ビ デ オ の 内 容 と脳 波 の 測 定 結
果 と を対 照 さ せ な が ら,そ の 関 連 を考 察 す る(表1参
表1)実
照)。
験の ビデオ記録 と脳波記録の結果
Tim・/イ ベ ン ト1受
講 中 の 様 子(VTR所
見)
平均値/偏 差
測 定 開始 か ら21分 経 過 時 点 まで の 脳 波 状 態 を基 準 と して,以
降 の 各 イ ベ ン ト(授 業 の流 れ ・作 業 課 題)局
低 を比 較 す る。
(E)mean
s.d.
面 で の脳 波 の 高
(H)mean
s.d.
W値
a%
R%
18.92
48.93
9.22
1
;.
39.08
差
2.70
1:
2.83
基 準 値
(E}2.70
(H}2.83
1
3.71
3.31
(E)mean
s.d.
18.35
39.70
2.50
10.40
18.14
1.52
(H)mean
s.d.
14.22
36.55
2.92
4.63
4.52
1.17
1
21分17秒 ∼
36分30秒
(H)こ
まめ に メ モ を取 りな が らビ デ オ を鑑
賞 す る 。28分,ノ
る 。34分,ノ
ビデ オ鑑 賞
(E)頬
ー ト2ペ
ー ト3ペ
ー ジ 目に は い
ー ジ 目 に は い る。
杖 をつ くな ど動 きが 少 な い。 メモ を
取 る 回 数 が,(H)に
比 べ て 少 な い。
一94一
(E)-0.20
(H)0.09
創価 大 学 教 育 学 部 論 集
36分30秒
∼
第56号:研
究 ノ ー ト 久 保 田 ・関 田
(且)手 振 り を交 え て積 極 的 に 発 言 。
(E)左 右 の発 言 者 に 相 槌 を打 ち な が ら聞 い
て い る。 時 々短 く発 言 。 あ ま り積 極 的 な 様
59分39秒
教 員 の 説 明 とグ
ル ー プ を使 っ た
(E)mean
s.d.
(H)mean
s.d.
子 は感 じ られ な い。
24.90
33.35
1.57
(E)-1.13
10.41
19.58
1.21
(H)一 一〇.31
ls.2g
35.83
2.52
5.25
4.63
1.13
3fi.46
45.25
1.26
(E)-1.44
12.53
12.57
0.69
(H)」..04
11.06
40.38
3.87
4.65
4.16
1.41
35.33
41.68
1.19
11.91
15.32
1
12.77
38.59
3.22
3.78
3.43
a.95
37.16
42.93
1.12
(E)-1.58
12.12
14.69
0.75
(H)0.30
13.58
39.17
3.13
4.04
4.14
37.81
46.59
1.22
11.79
11.00
0.65
12.76
38.20
3.35
4.77
3.95
1.24
話 し合 い
学生 の発 表 と教
員 の解 説
(且),(E),メ
モ を 取 り な が ら 聞 く。
59分40秒
(且),(E),メ
モ を 取 らず に 広 告 を 見 る 。
1
∼
通信教 育チ ラシ
① の説 明
(E)mean
話 を 聞 く。
s.d.
(H)話 の 内 容 に反 応 す る表 情 を見 せ る 。
(H)mean
■
63分10秒
∼
76分49秒
s.d.
(E)が まず 雑 談 的 に 散 発 的 に 話 し 出す 。 そ
の 後 は,他 者 の 話 に相 槌 を打 つ程 度 の消 極
(E)mean
的 な反 応 。
(H)mean
グループでの話
(H),自
し合 い
す る。
分 の 意 見 を 説 明 す る 。 熱 心 に発 言
s.d.
s.d.
(E)-1.51
(H)0.39
教員 と学生の質 教 員 と他 の 学 生 との や り取 り を,
疑応答
(H)メ モ を 取 り な が ら 聞 く。
(E)メ
76分50秒
∼
83分29秒
モ を 取 ら ず に 聞 く。
(E)70分40秒,教
員 に促 さ れ て発 言 す る 。
(H)71分57秒,教
手 を上 げ る 。
員 の 質 問 に 答 え て小 さ く
教 員 が 広 告 の 文 言 を 読 み,学
が,(H)は
生 た ちが 笑 う
早 く反 応 し 短 く笑 う 。
{E)mean
s.d.
(E)は 遅 れ て 反 応 し長 く笑 う。
通信教 育チ ラシ 77分40秒 ∼(且)ま ず は じめ に発 言 す る 。 自
② の提 示
分 の 考 え を 説 明 して い る 様 子 。
{H)mean
s.d.
'・
(E)積 極 的 な 発 言 は な い 。 ニ コニ コ して い
る 。 相 槌 を打 っ て い る 。
話 し合 い
80分40秒
∼
(E),教 員 と他 の 学 生 の や り取 りが 行 わ れ
て い る時 に,向 か っ て左 隣 の 学生((H)の
反 対 側)と
数 回 会 話 。 や り取 りの 内容 に 集
教員 の質問 に他 中 で き て い な い 様 子 。
の学生 が答 える 81分28秒 ∼(H),メ
モを取
り を 聞 く。(E),メ
83分30秒
り な が らや り取
モ を 取 ら ず に 聞 く。
∼
授業終 了
(E)mean
(E)左 隣 の学 生 と時 々会 話 を す る 。
(H)メ
モ を 取 り な が ら 聞 く。
s.d.
{H)mean
教 員 の説 明
s.d.
(E)-1.48
(H)0.52
被 験 者H
実 験 中 に活 発 な 思 考 活 動 が 行 わ れ て い た こ と を示 唆 す るW値
(各場 面)に
にW値
応 じて そ の 値(平
の ピ ー ク(3.87)が
均 値)に
が 得 ら れ た 。 ま た,授
業の変化
は っ き り と し た 違 い が 見 られ た 。 実 験 開 始 後60分 こ ろ
あ り,以 後 一 貫 し て3.0以 上 を 維 持 し,実 験 終 了 間 際(同80分
こ ろ)
に も値 の 上 昇 が 見 られ た 。
脳 波 計 の マ ニ ュ ア ル に よ る とW値 が3.0以 上 と い う の は,非 常 に 高 い 覚 醒 状 態 を 示 し,前
頭
前 野 が 活 発 に 活 動 して い る こ と を 示 し て い る 。 ビ デ オ 記 録 か ら も彼 の 積 極 的 な 学 習 態 度 が 観 察
一95一
授業研 究 におけ る脳波測 定の可能性
さ れ,マ
ニ ュ ア ル に 記 さ れ た こ の 数 値 の 意 味 づ け は 首 肯 で きた 。
ま た,場
面 ご と にW値
の 増 減 が 見 られ た 。 こ の こ と は,被 験 者 が ど の 授 業 場 面 で も 同 じ よ う
に 頭 を働 か せ て い た わ け で は な く,学 習 内 容 や 課 題 と学 習 者 の 興 味 関 心 と の 関 連 がW値
の変 化
に影 響 す る可 能性 が示 唆 され た。
被 験 者E
実 験 中 の 思 考 活 動 は低 調 で あ っ た こ と を 示 すW値
が 得 られ た 。 そ の 値 の 変 化 は,ほ
ぼ時間の
経 過 に そ っ て 低 下 して い る 。 実 験 開 示 後40分 こ ろ か ら,W値
は 活 発 な 思 考 活 動 の 目安 と さ れ る
2.0を 下 回 り,60分
ん や りして い る時 あ るい は リ ラ ッ
以 降 は1.3以 下 ま で 低 下 した 。 一 般 に,ぼ
ク ス 状 態 で は α波 が 脳 波 の 主 成 分 に な る こ とが 知 ら れ て い る が,こ
ゆ る 居 眠 りあ る い は 白 昼 夢 状 態)に
の 値 は 半 睡 眠 状 態(い
わ
近 い と も判 断 さ れ る 。 しか し,ビ デ オ 記 録 か ら は 被 験 者E
が 半 睡 眠 状 態 で あ っ た と は 認 め ら れ な か っ た 。 あ ま り積 極 的 で は な い 場 面 が 散 見 さ れ た が,課
題 に 取 り組 ま な か っ た り,居 眠 り をす る 場 面 は 見 られ な か っ た 。 受 講 中 の 大 学 生 が グ ル ー プ の
仲 間 と話 し合 っ た り,授 業 中 の 課 題 を 行 っ て い る に も か か わ らずW値
が 低 い と い う こ と は,痴
呆 症 に 酷 似 し た 脳 波 を 検 出 す る と い わ れ る 「ゲ ー ム 脳 」 の 可 能 性 が 疑 わ れ る 。 しか し被 験 者E
は,少
年 時 代 に テ レ ビ や ビ デ オ を 長 時 間 視 聴 す る 習 慣 は な く,中 学 か ら 高 校 ま で 運 動 部(陸
部)に
所 属 し,毎
日練 習 に 参 加 し て お り,今
い う 。 こ の よ う に,彼
む し ろ,W値
コ マ 状 態),実
も 日常 的 に は ま っ た くTVゲ
上
ー ム を して い ない と
に は 「ゲ ー ム 脳 」 に な る 原 因 が 乏 し い 。
の 低 下 に 関 して 彼 自 身 は,実
験 当 日 は 朝 か ら連 続 し て他 の 授 業 に 出 席 し(フ ル
験 が 始 ま る こ ろ に は 少 し疲 れ を 感 じて い た,と
の 時 間 帯 に 行 わ れ た た め,他
コ メ ン トして い る。実 験 が 夕 刻
の 授 業 を受 講 し て きた 被 験 者 に と っ て は,集
中力 や意 欲 が 底 をつ
き か け て い た と し て も不 思 議 で は な い 。W値
が 時 間 経 過 に 伴 っ て 低 下 した こ と も そ れ を 裏 付 け
て い る と 言 え よ う。 一 方,対
を 示 した 被 験 者Hは,実
照 的 に 高 いW値
だ け を 受 講 し て い た 。 これ らの 情 報 か ら考 え て,被
験 者EのW値
験 当 日の 午 後 は 当 該 授 業
の 低 下 の 原 因 は,主
に疲 労 に
よ る 思 考 活 動 の 低 下 に あ っ た 可 能 性 が 高 い と思 わ れ る 。
考
本 稿 で行 っ た 実 」
験 で は,脳
波 測 定 器EMS100を
察
使 用 す る こ と に よ り,無 拘 束 の 自 由 な 学 習
活 動 に お け る脳 波 研 究 の 可 能 性 が 認 め られ た 。 従 来 の 脳 波 計 や 様 々 な 脳 画 像 の 解 析 装 置 は,大
半 が 大 型 で 携 帯 に不 便 で あ り,多
くが 被 験 者 の 動 き を 拘 束 す る も の で あ っ た 。 こ れ に対 し て 今
回 使 用 した 機 器 は,通 常 の 教 室 内 で 授 業 中 に測 定 す る こ と も,さ
らに は測 定 中 に被験 者 が作 業
や 会 話 す る こ と も 可 能 に し た 。 こ の よ う な 機 器 の 特 徴 に よ り,受 講 中 自 由 に 活 動 す る 学 習 者 の
脳 波 デ ー タ を 得 る と い う実 験 は 概 ね 成 功 した と言 え そ うで あ る 。W値
習 者 の 脳 活 動 を モ ニ タ ー で き る こ と は,現
を 指 標 と して 受 講 中 の 学
在 の と ころ他 に例 を見 ない この測 定 装 置 の魅 力 で あ
ろ う。
しか し,得
られ た 脳 波 デ ー タ の 解 析 精 度 に つ い て は,そ
度 を 確 か め る に は,別
れ を検 証 す る 術 が な い 。 デ ー タ の 精
の 測 定 装 置 も し く は も う 一 台 のEMS100を
同 一 の 被 験 者 に 着 装 し,記
録 の 比 較 を 行 う な ど,信 頼 性 の 更 な る 検 証 が 望 ま れ る と こ ろ で あ ろ う。 ま た デ ー タ の 解 釈 に
は,被
験 者 の コ ンデ ィ シ ョ ン な ど を 含 め た 様 々 な 要 因 を 加 味 して,総
が 必 要 で あ る 。 機 器 の マ ニ ュ ア ル に 示 さ れ たW値
の 一 般 的 解 釈 を援 用 す る だ け で は 不 十 分 で あ
り,解 釈 を 間 違 え る 危 険 が あ る こ と も今 回 示 唆 さ れ た 。
一96一
合 的 に 判 断 す る ノ ウハ ウ
創価 大学教育 学部論集
第56号:研
究 ノ ー ト 久 保 田 ・関 田
さ ら に,α 波 の 意 味 す る と こ ろ に も,種 々 の 捉 え 方 が あ る こ と も事 実 で あ る 。 精 神 作 業 や 情
動 的 興 奮 に よ っ てa波
抑 制 が 起 こ る こ と か ら,W値
根 拠 と さ れ る 点 に は 説 得 性 は あ る が,同
時 に,熟
が 高 い 値 を示 す こ とが 活 発 な 思 考 活 動 の
練 した 技 術 者 や メ ン タ ル ト レ ー ニ ン グ を行 っ
た 者 が 高 度 な 集 中 力 を発 揮 す る 際 に α波 が 優 勢 に な る こ と も広 く知 られ て い る 。 あ る い は,α
波 と β波 の 割 合 が 逆 転 す る ポ イ ン トが 多 い ほ ど,そ
業 に お け る 学 習 場 面 の 脳 活 動 が,R波
ば 問 題 は な い が,そ
の 優 位 性(す
の 思 考 活 動 の 質 は高 い と も い わ れ る。 授
な わ ちW値
の 高 さ)だ
けで評価 で きるな ら
の保 証 は ない 。 学 習 内容 に よっ て は α波 が 優 勢 な状 態 を 良 し とす る こ と
もあ ろ う し,α 波 と β波 の 優 位 性 が 逆 転 す る タ ー ニ ン グ ポ イ ン トが 多 発 す る 授 業 が 望 ま れ る 場
合 もあ ろ う 。 こ う した 授 業 内 容 や 学 習 活 動 の 多 様 性 に応 え る た め に は,授
関 連 付 け た 脳 波 デ ー タ の 蓄 積 が 不 可 欠 で あ る 。 ま た,今
の 学 習 成 果 の 測 定 を 行 う こ と で,W値
業 内容 や学 習 活 動 と
回 の 実 験 で は 扱 え な か っ た が,授
業中
の 意 味 が よ り明 確 に な る で あ ろ う。 結 論 す る と,簡 易 脳
波 計 を授 業 分 析 の 道 具 と す る こ と は 現 実 的 に な っ て き た も の の,そ
の 適 正 な デ ー タ解 釈 に つ い
て は 現 時 点 で は 困 難 で あ り,今 回 の 実 験 の よ う な 基 礎 デ ー タ を 積 み 上 げ る 必 要 性 が 大 き い と言
え よ う。
参考文献
川 島 隆 太(2004)「
痴 呆 か ら の 脱 出 」 遺 伝58巻3号,83-87.
川 島 隆 太(2002)「
「知 ・情 ・意 」 の 統 合 を 育 む 一 子 ど も の 脳 を 育 て る 教 育 」 教 育 と 医 学50(10),
38-43.
森 昭 雄(2000)『
ゲ ー ム 脳 の 恐 怖 』NHK新
養 老 孟 司(2000)「
養 老 孟 司,岩
書
脳 の 発 達 と メ デ ィ ア の 関 係 と い う 問 題 」 放 送 教 育10月
田 誠(2000)「
号,64-67.
脳 を 進 化 さ せ る 人 と 人 の つ な が り」 日 経 サ イ エ ン ス9月
号,128-
133.
謝 辞)こ
の 調 査 に 協 力 して くれ た 榎 谷 北 斗 君,平
田 孝 一 郎 君,ま
た,高
価 な測 定 器 を無 償 でお
貸 しい た だ き,実 験 の お 手 伝 い ま で し て い た だ い た ㈱ ア ス ク の 石 合 社 長 の ご 厚 情 に 深 く感
謝 申 し上 げ る 。
97