Mental Operations on Long-term Memory do not Require a Sustained Increase in Working Memory Engagement

人間の精神は、しばしば2つの異なる貯蔵システムを持っていると説明されます。それは、過去の経験が詰まった膨大な図書室と、今まさに考えている思考のための小さな作業スペースです。「長期記憶」として知られる図書室には、生涯を通じて蓄積してきた事実、スキル、そして関連性が保持されています。「ワーキングメモリ（作業記憶）」と呼ばれる作業スペースは、電話番号をダイヤルしようとしている最中や、ナビゲーションを行っている経路など、今この瞬間にいくつかの情報を心に留めておくための、精神的なメモ帳のようなものです。数十年にわたり、科学者たちは、私たちが中間点を計算したりパズルを解いたりといった精神的作業を行う際、脳は関連する情報をこの能動的な作業スペースの中にしっかりとロックしておく必要があると考えてきました。従来の通説では、より熱心に考えるということは、この作業スペースにより多くの事柄をより長い間保持しなければならないことを意味し、本質的に精神的な努力の持続的な増加を要求するものだとされてきました。

しかし、この仮定は、人々が全く新しい、馴染みのない情報を記憶しなければならない実験に大きく依存していました。そのようなケースでは、脳は新しいデータが消えてしまわないように、懸命に働きかけなければなりませんでした。しかし、私たちの日常的な思考の多くは、すでによく知っている情報を操作すること、例えば、馴染みのある物の場所を思い出したり、既知のルールを使って問題を解決したりすることです。私たちが自身の膨大な内部図書室から取り出した情報に基づいて操作を行っている場合、能動的な作業スペースは依然として全プロセスを通じてフル稼働している必要があるのか、それとも、絶対に必要な時にだけ介入するのか。それは不明なままでした。

研究チームは、人々が馴染みのある情報に対して精神的操作を行う際の脳の電気活動を観察することで、この問いに答えるべく研究に着手しました。まず、参加者に単純な関連付けのセットを教えました。具体的には、特定の色が画面上の特定の場所に結び付けられました。これらの結びつきが学習され、長期記憶に保存されると、参加者はテスト段階に入りました。各試行において、色が提示され、その人が学習した場所を想起させます。直後に、新しく異なる場所が画面に表示されます。異なる試行ブロックを通じて、参加者は精神的操作を行う（つまり、記憶した場所と新しい場所のちょうど中間地点を想像する必要がある）か、あるいは、最終的なプローブ（探査対象）がこれまでに見た場所のいずれかと一致するかどうかを判断するかのいずれかを行いました。

これらの瞬間の脳内で何が起きているのかを見るために、研究者たちは頭皮上の電気信号を測定する技術を用いました。彼らは、脳がどのように情報を管理しているかを知る窓となる、アルファ帯域パワーとして知られる特定の脳波パターンに注目しました。高度なコンピュータ手法を用いて信号を分析することで、彼らは2つのこと、すなわち「その人がどのようなタスクを行っているか」と「その人が精神的にどこに注意を向けているか」を追跡することができました。結果として、タスク自体の脳内表現（中間点を計算しているのか、比較を行っているのか）は、試行全体を通じて安定しており、明確であることが示されました。これは、その人が何をすべきかを理解しており、その目標を念頭に置き続けていることを示しています。

しかし、研究者が実際の場所に関する情報を保持する方法に目を向けたとき、状況は変わりました。参加者が中間点の計算を求められた際、脳はプロセスの初期段階で記憶された場所に対して強い信号を示しました。これは、計算を実行するために、能動的な作業スペースを短期間、集中的に使用したことを示唆しています。しかし、この高まった関与は長くは続きませんでした。試行が進むにつれて、計算タスクと単純な比較タスクの間の脳活動の差は消失していきました。脳は、タスクの全期間にわたって高いレベルの能動的な貯蔵を維持していたわけではありませんでした。その代わりに、特定の操作を行うために一時的に能動的な作業スペースをオンラインにし、その後は一旦退いて、膨大な長期記憶の図書室が主要な役割を果たすことに頼っていたのです。

これらの知見は、精神的操作には本質的に能動的なワーキングメモリへの継続的で重い負荷が必要であるという、長年の考えに異を唱えるものです。この研究は、情報がすでに長期記憶で利用可能である場合、脳はそれを絶えず強烈に監視し続ける必要はないことを示唆しています。むしろ、能動的な作業スペースは一時的な道具として機能し、特定の操作を行うために一瞬だけ介入して、その後は退きます。これにより、膨大な長期記憶の図書室が主要な役割を担うことが可能になるのです。これは、私たちの精神が日常生活における複雑な計算を処理する際、より効率的で柔軟な方法をとっていることを明らかにしています。