実行機能

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英語名：executive function, executive functions　独：exekutive Funktionen

同義語：遂行機能、実行制御 (executive control) 、認知制御 (cognitive control)

　実行機能とは、複雑な課題の遂行に際し、課題ルールの維持やスイッチング、情報の更新などを行うことで、思考や行動を制御する認知システムである[1]。特に、新しい行動パタンの促進や、非慣習的な状況における行動の最適化に重要な役割を果たし、人間の目標志向的な行動を支えているされ[2]、その神経基盤は一般に前頭前野 (prefrontal cortex) に存在すると考えられている[3][4]。代表的な行動課題には、ウィスコンシン・カード分類課題やストループ課題（ストループ効果）などがある。

心理学モデル

　実行機能の研究は、主としてヒトのワーキングメモリー研究においてなされており、幾つかのモデルが提唱されているが[1]、代表的なものは以下の2つである。

Baddeleyのモデル

　詳細は中央実行系を参照

　Baddeleyのワーキングメモリーモデルでは、実行機能は中央実行系と名付けられている[5]。中央実行系は、音声情報を保持する音韻ループ、視空間情報を保持する視空間スケッチパッド、長期記憶とのインタフェースとなるエピソディック・バッファという3つの記憶貯蔵庫を制御し、注意の焦点化と分割、スイッチング、長期記憶の活性化を行い、目標志向的行動を支えているとされる[6]。

MiyakeとFriedmanのモデル

　Miyake et al (2000)[4] は、潜在変数分析 (latent variable analysis) を用い、実行機能が以下の3つの要素から構成されている事を示した。

　しかし、その後の研究[7] では、unity/diversity framework と呼ばれる、相関の高い実行機能要素の間にはそれを支える共通因子が存在するとともに (unity)、それらを分離する固有の因子が存在する (diversity) という考え[8] に基づき、さらなる詳細な検討が行われた。その結果、抑制は実行機能の潜在変数からは外れ、

の3つが実行機能の要素である事が明らかになった。

　common-EFとは、全ての課題に影響を与える一般的な実行機能であり、課題目標や目標関連情報の維持を行い、これらの情報を低次の情報処理を効果的にバイアスする実行機能であるという。彼らによれば、行動の抑制はこのcommon-EFによって媒介された結果として出現するものであり、実行機能として抑制は存在しないのだという[9]。これは、行動の抑制は必ずしも神経系における抑制によって達成されているのではなく、別の選択肢の促進によっても達成しうるものであり、前頭前野が課題目標の維持を行い、課題関連情報の活性化を行う事で、間接的に、現在の課題には不必要な行動の相対的抑制が達成されている[10][11] という知見とも一致する。

心理学的知見

個人差

　ワーキングメモリ容量の高い個人は、注意制御・実行機能に優れており、課題目標の維持や競合解決においてワーキングメモリ容量の低い個人よりも高い成績を示す。高容量群は、ストループ課題において色あるいは文字からの干渉（ストループ効果）が少なく[12]、また刺激とは反対方向に眼球運動せねばならないアンチ・サッカード課題 (antisaccade task) でも成績が低い[13]。特に、後者の研究では、刺激出現位置にそのまま眼球運動すればよい順サッカード課題では、高・低両群に差がない事が示されており、自動的な注意補足に抗って反対方向に眼球運動するという、能動的な制御機能に個人差が存在し、それがワーキングメモリ容量と相関する事が示唆される。

　また、実行機能は注意欠陥・多動性障害との関連が指摘されている[14]。しかしながら、実行機能の弱さは注意欠陥・多動性障害の必要条件でも十分条件でもなく、ある程度の関連性が認められるに過ぎない[15]。

発達

　実行機能は、児童期から思春期にかけて上昇し、初期成人期にピークを迎えた後、しばらくの平坦期（高原期）を経て、中年期に低下するという二次関数（放物線）形の生涯発達パタンをとる[16]。特に、60歳以降の高齢期の減退は急激である[17]。

　児童において顕著にみられる行動パタンは、前回あるいは慣習的に行っている行動への固執である。例えば、新しい課題ルールに切り替わった時に、何をすべきかについては正しく答えられれるにも関わらず、正しい運動反応を行えず古い課題ルールに基づいて反応をしてしまうなどの行動が見られる[18]。児童期から思春期にかけての実行機能の発達においては、慣習的行動への固執の克服、刺激を目の前にした反応的な制御から事前の準備を行う順向的制御を行う事、外的駆動型制御から内的駆動型制御へという3つの変化が現れ、より柔軟な行動を行えるようになる[19]。

　近年、自己制御（セルフコントロール）がうまく行えない児童は、うまく行える児童に比べ、30年後の健康状態が悪く、所得が少なく、また犯罪を犯す傾向が高くなると言う知見が示されるに至り[20]、実行機能のトレーニングを行う介入研究が盛んになりつつある[21]。

遺伝と環境

　Friedman et al (2008)[7] は、双生児の縦断研究により、common-EFはその99%が遺伝によって担われていること（一卵性双生児でほぼ同じ）に加え、実行機能はある程度の発達的安定性があること（6年後の調査でも高い安定性が見られた）を示した。しかし、児童の実行機能を向上させようとする介入研究では、トレーニングによる実行機能の改善が報告されており[21]、研究間で必ずしも合致していない。これらの不一致は、Friedmanらの研究が対象としていた年齢が比較的高い（17歳から23歳間の縦断研究）一方、実行機能の介入研究では12歳以下の児童が対象になる事が多いという、年齢ならびに追跡期間の差異や、分析対象となる変数の違い（潜在変数か課題成績そのものか）等が原因と考えられる。しかしながら、幼児・児童期の自己制御能力や注意能力の差は、思春期においても保たれているという知見もあり[22][23]、実行機能にどの程度の柔軟性があり、トレーニングによって変化しうるのかは、今後の研究が待たれる。

神経基盤

　実行機能の神経機構を調べる研究は、行動上の概念を直接脳領域に位置づけるという形ではなく、他の高次認知研究からの知見を柔軟に吸収しなつつ、独自に実行機能を脳と関連づけるという形での発展を見せている。しかし、現状においては前頭葉損傷が実行機能の減退を引き起こすという事以外には、研究者間での意見の一致はさほど多くなく、実行機能の下位要素あるいは前頭前野がどのように実行機能を担っているかについて様々な知見が混在している[24]。

　ただし、大まかには腹外側前頭前野 (ventrolateral prefrontal cortex: VLPFC) は課題セットの切り替えと抑制[25][26]、背外側前頭前野 (dorsolateral prefrontal cortex: DLPFC) は課題関連情報を維持し、計画を立てること[27]、前帯状皮質 (anterior cingulate cortex: ACC) は、葛藤の検出とモニタリング[28][29][30]、吻側前頭前野 (rostral prefrontal cortex: RPFC) は複数課題の遂行やエピソード記憶の検索、他者の内的状態の推測に関与するとされる[31]。

　しかし、特に前帯状皮質は議論の別れる領域であり、前帯状皮質損傷患者では葛藤の生じる課題においても課題成績に遜色がないとするデータもある他[32][33]、前帯状皮質は報酬と行為の連合を担っており、葛藤モニタリングはその下位機能に過ぎないとする説もある[34]。また、他の各領域の機能についても研究者間で意見の相違があり、今後の研究ではそれらの相違を克服するモデル構築が望まれる。

訳語の問題

　類似概念である中央実行系にも言えることであるが、「実行」という名前はついているものの、この概念は必ずしも何らかの行為の実行をモデル化したものではなく、行為の実行に至るまでの高次認知過程の制御を主たる問題とするものである。「統御」あるいは「執行部」「管理職」など、高次からの情報管理や制御という意味を持つ他の訳語の方が、概念が指し示すニュアンスに近い。実際、中華人民共和国においては、執行機能という訳語があてられている。

　ただし、神経心理学やリハビリテーションの分野においては遂行機能とも訳され、前頭葉損傷による高次脳機能障害の説明概念として機能しており、目標設定や、行動の抑制・制御が行えるかといった行為能力に重きが置かれている[35]。しかし、遂行機能の検査として使われているものはウィスコンシン・カード分類課題など、実行機能測定にも使われる課題と同一であり、概念そのものに異同はない[36][37]。

関連項目

参考文献

  1. ↑ 1.0 1.1 A Miyake, P Shah (Eds)
    Models of Working Memory: Mechanisms of Active Manitenance and Executive Control
    Cambridge University Press:1999
  2. ↑ Gilbert, S.J., & Burgess, P.W. (2008).
    Executive function. Current biology : CB, 18(3), R110-4. [PubMed:18269902] [WorldCat] [DOI]
  3. ↑ Miller, E.K., & Cohen, J.D. (2001).
    An integrative theory of prefrontal cortex function. Annual review of neuroscience, 24, 167-202. [PubMed:11283309] [WorldCat] [DOI]
  4. ↑ 4.0 4.1 Miyake, A., Friedman, N.P., Emerson, M.J., Witzki, A.H., Howerter, A., & Wager, T.D. (2000).
    The unity and diversity of executive functions and their contributions to complex "Frontal Lobe" tasks: a latent variable analysis. Cognitive psychology, 41(1), 49-100. [PubMed:10945922] [WorldCat] [DOI]
  5. ↑ A D Baddeley, G J Hitch
    Working memory
    G A Bower (Eds) "The Psychology of Learning and Motivation: Advances in Research and Theory" Academic Press (New York):1974
  6. ↑ Baddeley, A. (2012).
    Working memory: theories, models, and controversies. Annual review of psychology, 63, 1-29. [PubMed:21961947] [WorldCat] [DOI]
  7. ↑ 7.0 7.1 Friedman, N.P., Miyake, A., Young, S.E., DeFries, J.C., Corley, R.P., & Hewitt, J.K. (2008).
    Individual differences in executive functions are almost entirely genetic in origin. Journal of experimental psychology. General, 137(2), 201-225. [PubMed:18473654] [PMC] [WorldCat] [DOI]
  8. ↑ Teuber, H.L. (1972).
    Unity and diversity of frontal lobe functions. Acta neurobiologiae experimentalis, 32(2), 615-56. [PubMed:4627626] [WorldCat]
  9. ↑ A Miyake, N P Friedman
    The nature and organization of individual differences in executive functions: Four general conclusions
    Current Directions in Psychological Science, 21(1), 8-14:2012
  10. ↑ Egner, T., & Hirsch, J. (2005).
    Cognitive control mechanisms resolve conflict through cortical amplification of task-relevant information. Nature neuroscience, 8(12), 1784-90. [PubMed:16286928] [WorldCat] [DOI]
  11. ↑ Munakata, Y., Herd, S.A., Chatham, C.H., Depue, B.E., Banich, M.T., & O'Reilly, R.C. (2011).
    A unified framework for inhibitory control. Trends in cognitive sciences, 15(10), 453-9. [PubMed:21889391] [PMC] [WorldCat] [DOI]
  12. ↑ Kane, M.J., & Engle, R.W. (2003).
    Working-memory capacity and the control of attention: the contributions of goal neglect, response competition, and task set to Stroop interference. Journal of experimental psychology. General, 132(1), 47-70. [PubMed:12656297] [WorldCat]
  13. ↑ Kane, M.J., Bleckley, M.K., Conway, A.R., & Engle, R.W. (2001).
    A controlled-attention view of working-memory capacity. Journal of experimental psychology. General, 130(2), 169-83. [PubMed:11409097] [WorldCat]
  14. ↑ Kempton, S., Vance, A., Maruff, P., Luk, E., Costin, J., & Pantelis, C. (1999).
    Executive function and attention deficit hyperactivity disorder: stimulant medication and better executive function performance in children. Psychological medicine, 29(3), 527-38. [PubMed:10405075] [WorldCat] [DOI]
  15. ↑ Willcutt, E.G., Doyle, A.E., Nigg, J.T., Faraone, S.V., & Pennington, B.F. (2005).
    Validity of the executive function theory of attention-deficit/hyperactivity disorder: a meta-analytic review. Biological psychiatry, 57(11), 1336-46. [PubMed:15950006] [WorldCat] [DOI]
  16. ↑ Zelazo, P.D., Craik, F.I., & Booth, L. (2004).
    Executive function across the life span. Acta psychologica, 115(2-3), 167-83. [PubMed:14962399] [WorldCat] [DOI]
  17. ↑ Treitz, F.H., Heyder, K., & Daum, I. (2007).
    Differential course of executive control changes during normal aging. Neuropsychology, development, and cognition. Section B, Aging, neuropsychology and cognition, 14(4), 370-93. [PubMed:17612814] [WorldCat] [DOI]
  18. ↑ P DZelazo, D Frye, T Rapus
    An age-related dissociation between knowing rules and using them
    Cognitive Development, 11(1), 37-63:1996
  19. ↑ Y Munakata, H R Snyder, C H Chatham
    Developing cognitive control: Three key transitions
    Current Directions in Psychological Science, 21(2), 71-77:2012
  20. ↑ Moffitt, T.E., Arseneault, L., Belsky, D., Dickson, N., Hancox, R.J., Harrington, H., ..., & Caspi, A. (2011).
    A gradient of childhood self-control predicts health, wealth, and public safety. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 108(7), 2693-8. [PubMed:21262822] [PMC] [WorldCat] [DOI]
  21. ↑ 21.0 21.1 Diamond, A., & Lee, K. (2011).
    Interventions shown to aid executive function development in children 4 to 12 years old. Science (New York, N.Y.), 333(6045), 959-64. [PubMed:21852486] [PMC] [WorldCat] [DOI]
  22. ↑ Friedman, N.P., Haberstick, B.C., Willcutt, E.G., Miyake, A., Young, S.E., Corley, R.P., & Hewitt, J.K. (2007).
    Greater attention problems during childhood predict poorer executive functioning in late adolescence. Psychological science, 18(10), 893-900. [PubMed:17894607] [WorldCat] [DOI]
  23. ↑ Friedman, N.P., Miyake, A., Robinson, J.L., & Hewitt, J.K. (2011).
    Developmental trajectories in toddlers' self-restraint predict individual differences in executive functions 14 years later: a behavioral genetic analysis. Developmental psychology, 47(5), 1410-30. [PubMed:21668099] [PMC] [WorldCat] [DOI]
  24. ↑ M T Banich
    Executive function: the search for a integrated account
    Current Directions in Psychological Science, 18(2), 89-94:2009
  25. ↑ Aron, A.R., Robbins, T.W., & Poldrack, R.A. (2004).
    Inhibition and the right inferior frontal cortex. Trends in cognitive sciences, 8(4), 170-7. [PubMed:15050513] [WorldCat] [DOI]
  26. ↑ Sakai, K. (2008).
    Task set and prefrontal cortex. Annual review of neuroscience, 31, 219-45. [PubMed:18558854] [WorldCat] [DOI]
  27. ↑ Curtis, C.E., & D'Esposito, M. (2003).
    Persistent activity in the prefrontal cortex during working memory. Trends in cognitive sciences, 7(9), 415-423. [PubMed:12963473] [WorldCat]
  28. ↑ MacDonald, A.W., Cohen, J.D., Stenger, V.A., & Carter, C.S. (2000).
    Dissociating the role of the dorsolateral prefrontal and anterior cingulate cortex in cognitive control. Science (New York, N.Y.), 288(5472), 1835-8. [PubMed:10846167] [WorldCat] [DOI]
  29. ↑ Carter, C.S., Braver, T.S., Barch, D.M., Botvinick, M.M., Noll, D., & Cohen, J.D. (1998).
    Anterior cingulate cortex, error detection, and the online monitoring of performance. Science (New York, N.Y.), 280(5364), 747-9. [PubMed:9563953] [WorldCat] [DOI]
  30. ↑ Botvinick, M., Nystrom, L.E., Fissell, K., Carter, C.S., & Cohen, J.D. (1999).
    Conflict monitoring versus selection-for-action in anterior cingulate cortex. Nature, 402(6758), 179-81. [PubMed:10647008] [WorldCat] [DOI]
  31. ↑ Gilbert, S.J., Spengler, S., Simons, J.S., Steele, J.D., Lawrie, S.M., Frith, C.D., & Burgess, P.W. (2006).
    Functional specialization within rostral prefrontal cortex (area 10): a meta-analysis. Journal of cognitive neuroscience, 18(6), 932-48. [PubMed:16839301] [WorldCat] [DOI]
  32. ↑ Dehaene, S., Artiges, E., Naccache, L., Martelli, C., Viard, A., Schürhoff, F., ..., & Martinot, J.L. (2003).
    Conscious and subliminal conflicts in normal subjects and patients with schizophrenia: the role of the anterior cingulate. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 100(23), 13722-7. [PubMed:14597698] [PMC] [WorldCat] [DOI]
  33. ↑ Kennerley, S.W., Walton, M.E., Behrens, T.E., Buckley, M.J., & Rushworth, M.F. (2006).
    Optimal decision making and the anterior cingulate cortex. Nature neuroscience, 9(7), 940-7. [PubMed:16783368] [WorldCat] [DOI]
  34. ↑ Rushworth, M.F., Behrens, T.E., Rudebeck, P.H., & Walton, M.E. (2007).
    Contrasting roles for cingulate and orbitofrontal cortex in decisions and social behaviour. Trends in cognitive sciences, 11(4), 168-76. [PubMed:17337237] [WorldCat] [DOI]
  35. ↑ 石合 純夫
    高次脳機能障害学
    医歯薬出版:2003
  36. ↑ Royall, D.R., Lauterbach, E.C., Cummings, J.L., Reeve, A., Rummans, T.A., Kaufer, D.I., ..., & Coffey, C.E. (2002).
    Executive control function: a review of its promise and challenges for clinical research. A report from the Committee on Research of the American Neuropsychiatric Association. The Journal of neuropsychiatry and clinical neurosciences, 14(4), 377-405. [PubMed:12426407] [WorldCat] [DOI]
  37. ↑ Jurado, M.B., & Rosselli, M. (2007).
    The elusive nature of executive functions: a review of our current understanding. Neuropsychology review, 17(3), 213-33. [PubMed:17786559] [WorldCat] [DOI]


（執筆者：松吉大輔　担当編集委員：定藤規弘）

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