「認知的構え」の版間の差分

英：cognitive set　英略語：CS<br>

同義語：タスクセット (task set)

　認知的構えは我々が外界の状況を知覚し解釈するプロセスにも影響を与える<ref name=Stokes2013>D. Stokes, ‘Cognitive Penetrability of Perception’, Philos. Compass, vol. 8, no. 7, pp. 646–663, 2013, doi: 10.1111/phc3.12043. </ref><ref name=Desimone1995><pubmed>7605061</pubmed></ref>[19], [20]（ただし認知的侵入不可能性Cognitive impenetrabilityなどの様に影響を与えないという別の意見もある<ref name=Firestone2016><pubmed>26189677</pubmed></ref><ref name=Pylyshyn1999><pubmed>11301517</pubmed></ref>[21], [22]）。例えばある特定の視覚空間の部分に注意を向けて、その部分から起こる視覚刺激の情報処理の速度や効率を上げることができる<ref name=Desimone1995 /><ref name=Moore2003><pubmed>12540901</pubmed></ref><ref name=Posner1990><pubmed>2183676</pubmed></ref>[20], [23], [24]。または複数の視覚の物体がある時には、ある特定の物体に注意を向け、その他の物体を無視することも出来る<ref name=Duncan1984><pubmed>6240521</pubmed></ref>[25]。または同じ視覚の物体の中でも異なった特徴に注意を払うことが出来る<ref name=Maunsell2006><pubmed>16697058</pubmed></ref>[26]。この様な認知的な構えの仕組みはゴール達成に必要のない余計な情報の処理をせずに済むというような有用な効果を持つが、非注意性盲目(inattentional blindness)などと呼ばれるような知覚・注意の機能の欠陥をもたらす事もある<ref name=Simons1999><pubmed>10694957</pubmed></ref><ref name=Mack2003>A. Mack, ‘Inattentional blindness: Looking without seeing’, Curr. Dir. Psychol. Sci., vol. 12, no. 5, pp. 180–184, 2003. </ref>[27], [28]。

　認知的構えそのものが短期的な記憶によって保持され、注意などの他の認知的な処理に影響を与えると言われている<ref name=Miller2001 /><ref name=Desimone1995 />

　認知的構えは長期的記憶の仕組みである符号化(encoding)、貯蔵(storage)、想起(retrieval)の３つの機能のそれぞれで選択的な情報の処理に関わる可能性が有る<ref name=Neisser2014>U. Neisser, Cognitive psychology: Classic edition. Psychology press, 2014. </ref>

<ref name=Badre2007><pubmed>17675110</pubmed></ref>[32], [33]。つまりゴールの達成に必要な情報だけを長期記憶に取り入れ、必要な情報だけを継続的に保持し、必要な場だけをその時々で長期的な記憶から読み出す様な情報処理で有る<ref name=Mather2005><pubmed>16420131</pubmed></ref>[34]。

　最終的なゴールの達成には運動による行動の表出が必要になり、ここでも認知的構えが重要な役割を果たす。運動には計画する段階、実行に移す段階、また実行中に間違いを訂正するような段階もある<ref name=Tanji2001><pubmed>11520914</pubmed></ref><ref name=Tanji1994><pubmed>8090219</pubmed></ref><ref name=Tanji2008><pubmed>18195082</pubmed></ref>[35]–[37]。これらのそれぞれの段階において認知的構えは役割を果たしうる。例えば運動の計画がゴールに沿ったものであるかを検証し、それを適したタイミングや行動の文脈で実行に移し、また実行中に外界からの干渉で修正を余儀なくされた時に修正を行うなど、各段階で運動がゴールに向かって適切に行えるように監視と制御を行う<ref name=丹治2023>丹治順, ‘脳と運動 : アクションを実行させる脳’, No Title, Accessed: Aug. 11, 2023. Available: https://cir.nii.ac.jp/crid/1130282270538029568</ref>[38]。

　幾つかの要素が認知的構えに影響を及ぼしうる。これは長期・短期における経験がゴールを達成するための心理的・脳科学的な準備状態へ影響を与えるからである<ref name=Botvinick2015 />[4]。また行動課題やタスク自体の特徴も認知的構えに影響を及ぼす<ref name=Monsell2003 />

<ref name=Braver2012 />[2], [3]。

　同じ課題に関して経験を積めば積むほどその課題の遂行の効率が上がっていく<ref name=Cohen1990><pubmed>2200075</pubmed></ref>

<ref name=Hikosaka2002><pubmed>12015240</pubmed></ref>[39], [40]。これは必要な情報だけにより集中する様になり、余計な情報を無視することに長けて来るからであったり、その情報処理に関連した神経回路の経路が強化されるからと考えられる<ref name=Cohen1990 /><ref name=Nissen1987>M. J. Nissen and P. Bullemer, ‘Attentional requirements of learning: Evidence from performance measures’, Cognit. Psychol., vol. 19, no. 1, pp. 1–32, 1987. </ref><ref name=Willingham1998><pubmed>9697430</pubmed></ref>

[39], [41], [42]。またチャンキング(Chunking)など連続した情報をまとまった単位で情報として処理する様になるなど、情報処理の構造化が進むことによる効率の上昇の側面もある<ref name=Sakai2003a><pubmed>12879170</pubmed></ref><ref name=Servan-Schreibe1990>E. Servan-Schreiber and J. R. Anderson, ‘Learning artificial grammars with competitive chunking.’, J. Exp. Psychol. Learn. Mem. Cogn., vol. 16, no. 4, p. 592, 1990. </ref><ref name=Sakai2004><pubmed>15556024</pubmed></ref>[43]–[45]。

　直近の経験は認知的構えに強い影響を与える。これは例えば同じ課題を連続して行えば行うほど、同じ情報処理のやり方に慣れていき反応時間に見られるようにその速度が上がっていくということが起こる<ref name=Nissen1987 /><ref name=Willingham1998 />[41], [42]。しかしタスクスウィッチ(Task Switch)などと呼ばれる状況の様に複数の違う課題を切り替えて行う様な状況では、直近の経験で違う課題を経験したことがマイナスに働き、次の課題の遂行の妨げになることも有る<ref name=Monsell2003 />[2]。

　一つのゴールにコミットすることはそのゴールの遂行には良い影響を与えるが、切り替えて他のゴールを目指さなければならなくなった時には悪い影響がある<ref name=Monsell2003 />[2]。この特定のゴールへの集中が認知的構えを用いた課題の遂行に影響を与える<ref name=Risko2016 /><ref name=Sweller1988>J. Sweller, ‘Cognitive load during problem solving: Effects on learning’, Cogn. Sci., vol. 12, no. 2, pp. 257–285, Apr. 1988, doi: 10.1016/0364-0213(88)90023-7. </ref>[6], [46]。

　同じ課題を繰り返せば繰り返すほど自動化や習慣化が起こり、その課題の遂行の効率を上げていく。しかしより柔軟性が要求されるような場面ではこの自動化・習慣化が行動の修正に悪い影響を与えることもありうる<ref name=Cohen1990 /><ref name=Botvinick2004><pubmed>15556023</pubmed></ref>

<ref name=Botvinick2001><pubmed>11488380</pubmed></ref>[39], [47], [48]。

　課題そのものの複雑さがそれを遂行するための認知的構えにも影響を与える。例えば課題そのものが階層性を持っており、幾つもの文脈を組み合わせて課題を遂行せねばならない場合には、認知的構えも同様に幾つもの情報を組み合わせて情報処理を行えるように複雑さを増さねばならない<ref name=Badre2008 /><ref name=Koechlin2003 />[8], [9]。

　課題そのものが目新しいものである場合、認知的構えも十分には準備できていない事があり得る<ref name=Hikosaka2002 /><ref name=Berns1997><pubmed>9157889</pubmed></ref>

　課題の難易度が上がる時には、適切な認知的構えを用意する為により多くの注意や認知的なリソースが必要になる場合がある。この様な状況ではより多くのメンタルエフォート(Mental Effort)を課題の遂行に関する監視に割くことが必要となり、課題の遂行に関する間違いも増えてくる<ref name=Shenhav2017 /><ref name=Inzlicht2018 />

<ref name=Kool2013 />[5], [14], [16]。逆に課題が簡単な場合には特別な注意も必要でなく、正確に速い速度での課題の遂行が可能になる。

　認知的構えは階層的な構造を取り得る<ref name=Koechlin2003 />[9]。これには異なるレベルの複雑さや抽象度が含まれる<ref name=Badre2018 />[10]。この様な階層構造は異なる課題や状況に適切に対応するためになくてはならないものである<ref name=Badre2022 />[7]。

　最も低次な認知的構えには基本的な知覚、注意、運動のプロセスが含まれる<ref name=Hikosaka2002 />

　課題の遂行やその成績に関する報酬が認知的構えに影響する事が示唆されている<ref name=Botvinick2015 /><ref name=Kouneiher2009 />[4], [11]。例えば報酬などが課題の成績に応じて与えられる様な状況では、課題の遂行の速度が速くなり、また情報処理のコンフリクトをもたらす様な刺激の影響を受けにくくなる事が知られている<ref name=Botvinick2015 /><ref name=Padmala2011><pubmed>21452938</pubmed></ref>

　この様なゴールの報酬による課題の成績の向上は、認知的構えを用いた課題の遂行のためのモチベーションを上げているからと解釈される。また課題の遂行とくに難しい課題の遂行や課題の切り替えを伴う情報処理が本質的にコストを伴うものであり、モチベーションを損なう効果を持つことも提案されている<ref name=Shenhav2017 /><ref name=Kool2013 /><ref name=Kool2018a><pubmed>30988433</pubmed></ref><ref name=Kool2018b>W. Kool and M. Botvinick, A labor/leisure tradeoff in cognitive control., 2014.</ref>

<ref name=Kool2010><pubmed>20853993</pubmed></ref>[5], [16], [58]–[60]。

　認知的構えを用いた課題の実行やその切り替えや準備などが努力を伴うものであることは、それを避けようとする様な行動からも確認されている<ref name=Shenhav2017 /><ref name=Nagase2018 /><ref name=Kool2010 />[5], [56], [60]。

　より長期的なゴールを達成する為に短期的な報酬への反応を抑えるような情報処理をセルフコントロールと呼んでいる。この様な情報処理にメンタルエフォートが関与する事が示唆されている<ref name=Muraven2000><pubmed>10748642</pubmed></ref>[61]。

　認知的構えの神経メカニズムの説明は脳を構成する要素の規模のレベルで分かれてくる。例えば脳領域レベルでの機能の説明もあれば神経細胞レベルでの情報の表現のレベルもある<ref name=Sakai2008 />[51]。基本的には前頭葉外側を中心としたネットワークが認知的構えの機能を担う神経基盤と考えられている<ref name=Miller2001 /><ref name=Wallis2001><pubmed>11418860</pubmed></ref><ref name=Wallis2003><pubmed>12736235</pubmed></ref><ref name=Sakai2003b><pubmed>12469132</pubmed></ref>[1], [54], [55], [64]。しかしここまで述べてきた認知的構えの行動のメカニズムの研究と同じように、認知的構えのモチベーションや報酬価値との結びつきの研究から前頭葉内側面での研究も盛んになっている<ref name=Botvinick2015><pubmed>25251491</pubmed></ref><ref name=Kouneiher2009><pubmed>19503087</pubmed></ref>[4], [11]。また近年提唱されている混合選択性(Mixed Selectivity）との関係も深い為、認知的構えの神経メカニズムの一例としてここに記述する<ref name=Rigotti2013><pubmed>23685452</pubmed></ref><ref name=Fusi2016><pubmed>26851755</pubmed></ref><ref name=Mante2013><pubmed>24201281</pubmed></ref><ref name=Yang2019><pubmed>30643294</pubmed></ref>[65]–[68]。

　認知的構えを理解するには相互に連絡しかつ独自の機能を持つ脳領域レベルのメカニズムを理解することがまず重要である<ref name=Mansouri2009><pubmed>19153577</pubmed></ref>

<ref name=Mansouri2007><pubmed>17962523</pubmed></ref><ref name=Buckley2009><pubmed>19574382</pubmed></ref>[69]–[71]。

　前頭葉外側の諸領域は認知的制御、作業記憶、注意、意思決定などの高次脳機能に関わる脳の部分として知られており、認知的構えとの関係が深い<ref name=Miller2001><pubmed>11283309</pubmed></ref><ref name=Passingham1995 />[1], [52]。特にタスクの実行に関わる情報を順序や階層性や必要性をもとに整理し、適切な行動の出力に繋げる役割を担っている<ref name=Passingham2013><pubmed>23123632</pubmed></ref>[72]。

　運動前野は認知的構えに関する運動が出力される際にその運動の計画に関わり、一次運動野への投射などを通じて最終的な適切な課題の実行に繋げる役割を担う<ref name=Tanji2001><pubmed>11520914</pubmed></ref><ref name=Tanji2008><pubmed>18195082</pubmed></ref><ref name=Passingham1995 />[35], [37], [52]。

　背外側前頭前野(DLPFC)は作業記憶・短期記憶の貯蔵などに関わり<ref name=Funahashi1989><pubmed>2918358</pubmed></ref><ref name=Goldman-Rakic1995><pubmed>7695894</pubmed></ref><ref name=Goldman-Rakic1988><pubmed>3284439</pubmed></ref>[73]–[75]、この一時的に保持された情報を通じて認知的構えの機能に関わる<ref name=Miller2001 /><ref name=Desimone1995><pubmed>7605061</pubmed></ref>[1], [20]。例えば短期記憶に保持されている認知的構えに関する情報から適切な対象に注意を向けるためのトップダウン信号を発生させ、ゴールの達成に必要な情報の重点的な処理を行う<ref name=Desimone1995><pubmed>7605061</pubmed></ref><ref name=Curtis2010><pubmed>20381406</pubmed></ref>[20], [76]。また前頭葉の短期記憶はゴールの達成に必要な情報のみを選択的に保持する機能(Distracter Resistance)にも関わる<ref name=Sakai2002><pubmed>11953754</pubmed></ref><ref name=Suzuki2013><pubmed>23242309</pubmed></ref>[29], [30]。また運動前野の上位の運動領域として、抽象的なレベルで運動の順序の情報を生成・保持し、運動前野などの下位の運動領域での運動の計画に影響を与える<ref name=Tanji2008><pubmed>18195082</pubmed></ref><ref name=Shima2007><pubmed>17183266</pubmed></ref>[37], [77]。また情報を保持するのみならず保持した情報の操作にも関わる<ref name=Sakai2003b><pubmed>12469132</pubmed></ref><ref name=D'Esposito1999><pubmed>10536086</pubmed></ref>[64], [78]。

　腹外側前頭前野はより背側の背外側前頭前野の領域と比べより密な感覚信号の入力を受けて、より感覚情報に近いレベルでの認知的構えに関する情報処理を行う<ref name=Tanji2008><pubmed>18195082</pubmed></ref><ref name=Passingham2013><pubmed>23123632</pubmed></ref>

[79]。またボトムアップでの認知的構えの情報処理の制御に関わり、感覚情報に基づく注意の切り替えや、予想外の感覚刺激に基づく速い認知的情報や運動情報の抑制などにも関わる<ref name=Corbetta2002><pubmed>11994752</pubmed></ref><ref name=Aron2004><pubmed>15050513</pubmed></ref><ref name=Aron2014><pubmed>24440116</pubmed></ref>[80]–[82]。

　外側前頭葉の一番前に位置しており、認知的構えの情報処理の階層においても最も上位の情報処理を担当すると考えられている<ref name=Koechlin2003><pubmed>14615530</pubmed></ref>[9]。この領域はマカクサルなどと比べてヒトにしかない神経繊維結合を持つ脳領域である可能性もある<ref name=Neubert2014><pubmed>24485097</pubmed></ref>

[83]。記憶や環境の文脈を基にした認知的構えの制御や、複数の認知的構えに関する情報を保持しその切り替えに関わる事もある<ref name=Koechlin2007><pubmed>17962551</pubmed></ref><ref name=Koechlin1999><pubmed>10335843</pubmed></ref>

[84], [85]。神経生理的な知見では非常に選択的な認知的構えや行動の選択の後の結果の情報の表象にも関わることが知られている<ref name=Tsujimoto2010><pubmed>19966838</pubmed></ref><ref name=Tsujimoto2011><pubmed>21388858</pubmed></ref>[86], [87]。

　内側前頭前野の情報処理はモチベーションや報酬によって認知的構えを用いた情報処理に影響を与える<ref name=Botvinick2015><pubmed>25251491</pubmed></ref><ref name=Kouneiher2009><pubmed>19503087</pubmed></ref>[4], [11]。さらにメンタルエフォートなど、認知的構えに関する価値情報の情報処理にも関わる<ref name=Shenhav2013><pubmed>23889930</pubmed></ref><ref name=Shenhav2016><pubmed>27669989</pubmed></ref><ref name=Nagase2018><pubmed>29431647</pubmed></ref>[12], [13], [56]。また運動領域にも近いことから認知的構えの実行面での機能にも関わる<ref name=Tanji2001><pubmed>11520914</pubmed></ref><ref name=Tanji2008><pubmed>18195082</pubmed></ref>[35], [37]。

　背側前部帯状皮質(dACC)は認知的制御(Cognitive Control)と呼ばれる認知的構えの主要な機能と関係している<ref name=Miller2001><pubmed>11283309</pubmed></ref><ref name=Botvinick2004><pubmed>15556023</pubmed></ref><ref name=Botvinick2001><pubmed>11488380</pubmed></ref>[1], [47], [48]。複数の運動計画や認知的構えの情報が存在するときに、その情報処理の混乱をいち早く検知し(Conflict Monitoring)、認知的構えの情報処理に誤りがあれば検知して訂正する役割も果たすと考えられている<ref name=Botvinick2004><pubmed>15556023</pubmed></ref><ref name=Botvinick2001><pubmed>11488380</pubmed></ref>[47], [48]。（しかしこの監視機能が課題や情報の種類依存的に外側の前頭前野で行われているという報告もある<ref name=Mansouri2009><pubmed>19153577</pubmed></ref><ref name=Mansouri2007><pubmed>17962523</pubmed></ref>[69], [70]）この様な認知的レベルでの努力を伴う様な情報処理（メンタルエフォート）は、モチベーションとも深く結びついており、この領域での情報表現がどれくらいの精神的なリソースを使って課題を遂行するかなど、課題の実行に値する価値の計算を通じて行動と行動の選択の制御に役立てられている<ref name=Shenhav2017><pubmed>28375769</pubmed></ref><ref name=Shenhav2013><pubmed>23889930</pubmed></ref>[5], [12]。

　認知的構えに関わる脳領域間の相互作用を理解する上で重要なのは、タスクの種類やタスクにどの程度集中して取り組んでいるかによって脳領域間の結合の仕方がダイナミックに変わってくることである<ref name=Sakai2008><pubmed>18558854</pubmed></ref>

<ref name=Sakai2003b><pubmed>12469132</pubmed></ref>[51], [64]。fMRIの機能的結合や電気生理学的な信号の同期や信号の伝播などを調べる技術により、この様な脳領域間の相互作用が分かるようになってきている<ref name=Moore2003><pubmed>12540901</pubmed></ref><ref name=Sakai2002><pubmed>11953754</pubmed></ref><ref name=Gregoriou2009><pubmed>19478185</pubmed></ref>[23], [29], [88]。

　ディフォルトモードネットワーク(DMN)はタスクの遂行中ではなく休息中や自己に関連した内向きの情報処理を行っている際に活動が増す脳領域群であり、これと反対にタスク遂行中に活動を増す領域群をタスク活性化ネットワークという<ref name=Raichle2015><pubmed>25938726</pubmed></ref><ref name=Anticevic2012><pubmed>23142417</pubmed></ref>[89], [90]。先に述べた背外側前頭前野や内側前頭前野などはこのタスク活性化ネットワークに含まれる。これらの二つの脳領域群は互いに負の相関が通常はあるネットワークである。認知的構えの情報処理を担うタスク活性化ネットワークはより外向きのその場の状況に応じた情報処理を行うネットワークであることがDMNとの比較で分かる。ただしこの二つのネットワークはいつでも負の関係を持つわけではなく、安静時やタスク遂行中にもダイナミックに機能的結合のパターンを変え相互に連絡しあっている事も報告されている<ref name=Hutchison2013><pubmed>23707587</pubmed></ref><ref name=Allen2014><pubmed>23146964</pubmed></ref>[91], [92]。

　前頭葉のタスク活性化ネットワークはタスクの内容に合わせて階層的に働くことが知られている。例えば何重にもタスクのルールを制御する条件が積み重ねられていた構成されている課題を遂行する場合に、より上位のルールはより前の前頭葉の領域で表現されている<ref name=Koechlin2003><pubmed>14615530</pubmed></ref><ref name=Sakai2002><pubmed>11953754</pubmed></ref>[9], [29]。これらのより前部の前頭葉の領域はより後方の前頭葉の領域と機能的結合を持っており、タスクの遂行の必要性に応じてより下位の領域の機能を制御しているような活動のパターンを示す。

　認知的構えに関わる各脳領域はそれぞれタスクの異なった部分の情報を表象する神経細胞から成り立っている<ref name=Sakai2008><pubmed>18558854</pubmed></ref>[51]。しかし従来信じられてきた単一細胞レベルでの認知的構えに対する選択性については複数の選択性も持つことが提唱されてきている<ref name=Rigotti2013><pubmed>23685452</pubmed></ref>[65]。

　従来の研究ではそれぞれの神経細胞は、感覚、運動、タスクのルールなどのいずれかの認知的構えに関する情報を表象すると考えられてきた<ref name=Miller2001><pubmed>11283309</pubmed></ref><ref name=Wallis2001><pubmed>11418860</pubmed></ref>[1], [54]。これらの細胞の分布やその活動の特徴は領域ごとに分かれており、運動により特化した領域は運動に関係した神経細胞が多く見られ、感覚情報により近い領域ではタスクの感覚情報に関連した活動が多く見られる<ref name=Tanji2008><pubmed>18195082</pubmed></ref><ref name=Wallis2003><pubmed>12736235</pubmed></ref>[37], [55]。

　最近の研究ではこの単一細胞レベルでの情報表現もタスクに関連した一つの特徴を表象するのではなく、同時に複数のタスクの特徴を示すことが分かってきている<ref name=Rigotti2013><pubmed>23685452</pubmed></ref><ref name=Fusi2016><pubmed>26851755</pubmed></ref>

[65], [66]。これらの情報表現のあり方によって複雑で多次元の認知的構えに関する情報を表すことが出来、変化する状況に対応して柔軟な情報処理が行えるようになると考えられている<ref name=Fusi2016 /><ref name=Yang2019><pubmed>30643294</pubmed></ref>[66], [68]。

　動物の実験では認知的構えは長期間にわたる集中的なトレーニングによってもたらされるが、人間の場合には認知的構えに関する情報は社会的な情報源から得られる<ref name=Monsell2003><pubmed>12639695</pubmed></ref>[2]。認知的構えと深い関係のある実行機能や認知制御が社会的な文脈によって強く影響され、またその発達過程が文化的な要素に左右されることが分かってきている<ref name=Munakata2021>Y. Munakata and L. E. Michaelson, ‘Executive Functions in Social Context: Implications for Conceptualizing, Measuring, and Supporting Developmental Trajectories’, Annu. Rev. Dev. Psychol., vol. 3, no. 1, pp. 139–163, 2021, doi: 10.1146/annurev-devpsych-121318-085005.

</ref><ref name=Yanaoka2022><pubmed>35749259</pubmed></ref>[93], [94]。例えばマシュマロテストのようなセルフコントロールを要する課題では、実験者の振る舞いの信頼性により子どもがマシュマロテストでどのくらいの長い時間待つことができるかを左右することが分かっている<ref name=Kidd2013><pubmed>23063236</pubmed></ref>

<ref name=Michaelson2013><pubmed>23801977</pubmed></ref>[95], [96]。

 

　また文化によりこの子どもたちが待つことができる時間が違ってくることが分かっている。例えば日本人の子どもでは通常のマシュマロテストではアメリカで育った子どもより長い時間待つことができるが、アメリカの子どもたちはラッピングされたプレゼントの箱を開けずに長いこと待つことが日本人の子どもたちよりも出来る<ref name=Yanaoka2022 />[94]。この様な課題の種類と文化によって異なる実行機能や認知制御の違いは、異なる課題でゴールを達成するために使われる認知的構えが、文化的・社会的な影響を強く受けることを示唆している。