1. はじめに

昨日覚えた英単語を忘れてしまったのに、数年前に覚えた自分の住所や誕生日は、今でも思い出せるのはなぜだろうか。

また、自転車の乗り方を一度覚えると、しばらく乗っていなくても乗れる場合が多い。一方、初めて聞いた電話番号は、数分後には忘れてしまうことがある。

これらの違いを理解するうえで重要なのが、「短期記憶」と「長期記憶」である。

短期記憶とは、情報を一時的に保持する働きであり、長期記憶とは、情報を比較的長い期間にわたって保持する働きである。[1]

では、私たちの脳は、どのようにして新しく得た情報を長く覚えられるようにするのだろうか。

本記事では、脳の働きや記憶の形成について、心理学と神経科学の研究論文をもとに解説する。

2. 短期記憶と長期記憶の違い

2-1. 短期記憶とは何か

短期記憶とは、少量の情報を一時的に保持する記憶の働きである。

例えば、先生が黒板に書いた数字を、ノートに写すまで覚えておく場合が挙げられる。

このような情報は、注意を向け続けたり、頭の中で繰り返したりしなければ、短時間で思い出しにくくなることがある。

また、情報を一時的に覚えるだけでなく、その情報を使って計算や思考を行う働きを「ワーキングメモリ（作業記憶）」という。

例えば、暗算をするときに途中の計算結果を頭に置いておくことが、ワーキングメモリの働きである。

Cowan（2008）は、短期記憶、長期記憶、ワーキングメモリの違いを整理し、それぞれの働きが密接に関係していることを論じている。[1]

2-2. 長期記憶とは何か

長期記憶とは、情報を数日、数年、場合によっては数十年にわたって保持できる記憶の働きである。

例えば、次のようなものが長期記憶に含まれる。

  • 自分の名前や誕生日
  • 学校で学んだ歴史や数学の知識
  • 旅行で経験した出来事
  • 自転車の乗り方や楽器の演奏方法

ただし、これらはすべて同じ仕組みで記憶されているわけではない。

Squire（2004）は、人間の記憶には複数のシステムが存在することを説明している。[2]

例えば、出来事や知識を意識的に思い出せる記憶と、自転車の乗り方のような技能に関する記憶では、関与する脳の仕組みが異なる。

2-3. 短期記憶は自動的に長期記憶になるのか

短期記憶と長期記憶を説明するとき、短期記憶という箱から長期記憶という箱へ情報が移動する様子を想像するかもしれない。

しかし、実際の脳の働きは、それほど単純ではない。

短期的に保持した情報が、必ず長期記憶になるわけではない。また、すべての情報が同じ順番で処理されるとも限らない。

重要なのは、新しい経験によって脳の活動や神経細胞同士の結びつきが変化し、その情報を後から利用できるようになることである。

3. 記憶が形成されるまでの3つの過程

新しく学習した内容が長期的に保持される仕組みを理解するために、記憶の形成を3つの過程に分けて考えてみよう。

3-1. 第1段階：情報を覚える「符号化」

最初の段階は、「符号化（ふごうか）」である。

符号化とは、見たり聞いたりした情報を、脳が記憶として利用できる形で処理することである。

例えば、初めて英単語の「apple」を学習するとき、私たちは文字の形や発音を覚えようとする。

さらに「appleはリンゴという意味だ」と理解すれば、文字、音、意味が結びつくことになる。

このように、情報に注意を向けたり、意味を理解したりすることは、記憶の形成に関係している。

3-2. 第2段階：海馬が情報を結びつける

記憶の形成に重要な役割を果たす脳の部位の一つが、「海馬（かいば）」である。

海馬は、脳の内側にある小さな構造で、新しい出来事や知識に関する記憶の形成に深く関わっている。

例えば、修学旅行で京都を訪れたとしよう。

そのときには、寺院の風景、友達との会話、食べ物の味など、さまざまな情報を経験する。

海馬は、こうした別々の情報を一つの出来事として結びつける働きに関与する。

海馬の重要性を示した有名な研究に、ScovilleとMilner（1957）の研究がある。[3]

この研究では、脳の内側側頭葉の一部を手術によって切除された患者について、記憶能力の変化が調べられた。

その結果、両側の海馬を含む領域に大きな損傷が生じた患者では、新しい出来事を長期的に覚えることが著しく難しくなっていた。[3]

一方、以前から持っていた記憶や一部の技能は比較的保たれていた。

この研究は、海馬を含む内側側頭葉の構造が、新しい長期記憶を形成するうえで重要であることを示す証拠となった。[3]

ただし、海馬だけが記憶を保存する場所ではない。また、運動技能などの記憶では、海馬以外の脳の仕組みも重要である。

3-3. 第3段階：記憶を安定させる「固定化」

新しく経験したことを覚えた後、その記憶がすぐに安定するとは限らない。

記憶が時間の経過とともに比較的安定した状態になる過程を、「記憶の固定化」という。

McGaugh（2000）は、記憶の固定化に関する約100年間の研究を振り返り、新しい記憶が時間をかけて安定していく仕組みを説明している。[4]

また、Dudai（2004）は、記憶の固定化には異なる時間規模で進む複数の過程があることを整理している。[5]

その一つは神経細胞の結びつきが比較的短い時間で変化する過程である。

もう一つは、海馬を含む脳のさまざまな領域の関係が、長い時間をかけて再編成される過程である。

このような変化によって、学習した情報を長期間にわたって保持できるようになると考えられている。

ただし、記憶が脳の別の場所にそのまま移動するわけではなく、複数の脳領域の関わり方が変化するという理解が重要である。

4. 神経細胞はどのように記憶を作るのか

ここまでは、記憶の形成を脳の部位や働きから説明した。

では、さらに小さな世界である神経細胞の間では何が起こっているのだろうか。

4-1. 神経細胞とシナプス

人間の脳には、非常に多くの神経細胞が存在する。

神経細胞は、互いに情報を伝え合うことで、感覚、思考、行動、記憶などの働きを支えている。

神経細胞同士が情報を受け渡す場所を「シナプス」という。

シナプスでは、神経細胞間の情報伝達の強さが変化する場合がある。

こうした変化は、記憶が成立する仕組みを理解するうえで重要である。

4-2. 長期増強という現象

BlissとLømo（1973）は、ウサギの脳を使った実験によって、記憶の研究に重要な現象を報告した。[6]

研究者たちは、海馬の一部につながる神経線維に電気刺激を与えた。

すると、刺激が終わった後も、神経細胞の反応が長時間にわたって強くなる場合があることを確認した。

このように、神経細胞間の情報伝達が長く強まる現象を「長期増強（LTP）」という。[6]

身近な例として、よく使う道を考えてみよう。

何度も同じ道を通ると、その道順に慣れていく。

神経回路でも、活動の仕方によって情報を伝える効率が変化することがある。

ただし、これは理解を助けるための例えである。長期増強がすべての記憶を直接説明できるわけではない。

現在、長期増強は学習や記憶を支える重要な仕組みの一つと考えられている。

5. 睡眠中にも記憶は整理されるのか

テスト勉強をした後、睡眠を取ることにはどのような意味があるのだろうか。

睡眠は単に体を休めるだけでなく、記憶の固定化にも関係している。

RaschとBorn（2013）は、睡眠と記憶について多くの研究を整理した。[7]

その中では、睡眠中の脳活動が、学習した情報の再活性化や記憶の固定化に関わることが論じられている。

例えば、日中に新しく学習した内容について、睡眠中に関連する神経活動が再び現れることがある。

このような活動が、記憶を長く保持する仕組みの一部になっていると考えられている。

ただし、睡眠中に学習したことをすべて復習しているわけではない。また、睡眠による効果は記憶の種類や学習条件によって異なる。

したがって、睡眠だけで学習内容が完全に記憶されるわけではないが、十分な睡眠を確保することは学習を支える重要な生活習慣といえる。

6. 長期記憶を形成するための効果的な学習方法

ここまでの研究から、記憶を長期間保持するには、情報を覚えるだけでなく、その後の学習方法も重要だとわかる。

6-1. 覚えた内容を自分で思い出す

教科書を何度も読み返すことと、教科書を閉じて内容を思い出すことでは、どちらが長期記憶に残りやすいのだろうか。

KarpickeとRoediger（2008）は、外国語の単語を学習する実験を行い、覚えた情報を繰り返し思い出す練習が長期的な記憶保持に大きく役立つことを示した。[8]

このように、覚えた内容を自力で思い出そうとする学習方法を「検索練習」という。

例えば、英単語を10個覚えた後に、単語帳を閉じて日本語の意味を答えてみる。

正解できなかった単語については、答えを確認してから、もう一度挑戦する。

この方法では、単に情報を見るだけでなく、脳の中にある情報を取り出す練習を行っている。

つまり、「覚えること」だけでなく、「思い出すこと」も学習の一部なのである。

6-2. 時間を空けて復習する

一度に何時間も勉強するより、時間を空けて何度か復習したほうが、記憶を長く保持できる場合が多い。

この学習方法を「分散学習」という。

Cepedaら（2006）は、184本の研究論文に含まれる317件の実験を分析し、学習間隔と記憶保持の関係を検討した。[9]

その結果、学習の間隔と、どのくらい先まで覚えておきたいかという期間の組み合わせが、記憶の保持に影響することが示された。

例えば、英単語を学習するとき、次のように復習日を分ける方法が考えられる。

  1. 1日目：新しい英単語を覚える
  2. 2日目：前日に覚えた単語を思い出す
  3. 4日目：もう一度テストする
  4. 8日目：覚えているか確認する

これは復習方法の一例であり、すべての人に最適な日程というわけではない。

重要なのは、一度の学習だけで終わらせず、時間を空けて学習内容を確認することである。

6-3. 学習した内容を理解する

英単語や歴史の年号を暗記するとき、文字や数字だけを覚えようとすると、ほかの情報との結びつきが少なくなる場合がある。

一方、単語の意味や歴史上の出来事の背景を理解すれば、関連する知識と結びつけやすくなる。

例えば、「鎌倉幕府」という言葉を覚える際には、いつ成立したのかだけでなく、なぜ武士による政治が始まったのかも理解する。

このように、学習内容を関連づけることは、後から情報を思い出すための手がかりを増やすことにつながる。

単純な暗記が必要な場面もあるが、意味を考えながら学習することも重要である。

7. 一度形成された長期記憶は永久に残るのか

長期記憶と聞くと、一度覚えた情報は脳の中に永久に保存されるように感じられるかもしれない。

しかし、長期記憶も忘れられる場合がある。

例えば、小学校で習った内容を、中学生になってから思い出せなくなることがある。

また、昔の出来事を思い出すたびに、記憶の内容が変化する可能性もある。

Dudai（2004）は、記憶が固定化された後でも、再び思い出すことによって変化し得るという問題を取り上げている。[5]

つまり、長期記憶は一度保存されたら二度と変化しないものではない。

記憶は長く保持される一方で、新しい経験や情報の影響を受けることもあるのである。

8. おわりに

本記事では、短期記憶と長期記憶の違いや、脳が新しい記憶を形成する仕組みを解説した。

記憶の形成には、情報を処理する符号化、海馬を含む脳の働き、神経細胞間の情報伝達の変化、記憶の固定化などが関係している。

また、睡眠や学習の間隔、情報を思い出す練習も、記憶を長く保持するうえで重要である。

ただし、短期記憶が単純に長期記憶へ移動するわけではなく、記憶の種類によって関与する脳の仕組みは異なる。

重要なのは、記憶とは、脳の中に情報をしまい込むだけでなく、学習や経験によって神経回路が変化する複雑な働きであるということである。

私たちが今日学んだことを数年後にも思い出せるのは、こうした脳の働きによって記憶が形成され、維持されるためなのである。

参考文献

本記事で参照した学術論文・総説を以下に示す。本文中の引用番号を選択すると対応する文献を確認できる。

  1. [1] Cowan, N. (2008). What are the differences between long-term, short-term, and working memory? Progress in Brain Research, 169, 323–338.
  2. [2] Squire, L. R. (2004). Memory systems of the brain: A brief history and current perspective. Neurobiology of Learning and Memory, 82(3), 171–177.
  3. [3] Scoville, W. B., & Milner, B. (1957). Loss of recent memory after bilateral hippocampal lesions. Journal of Neurology, Neurosurgery & Psychiatry, 20(1), 11–21.
  4. [4] McGaugh, J. L. (2000). Memory—A century of consolidation. Science, 287(5451), 248–251.
  5. [5] Dudai, Y. (2004). The neurobiology of consolidations, or, how stable is the engram? Annual Review of Psychology, 55, 51–86.
  6. [6] Bliss, T. V. P., & Lømo, T. (1973). Long-lasting potentiation of synaptic transmission in the dentate area of the anaesthetized rabbit following stimulation of the perforant path. The Journal of Physiology, 232(2), 331–356.
  7. [7] Rasch, B., & Born, J. (2013). About sleep's role in memory. Physiological Reviews, 93(2), 681–766.
  8. [8] Karpicke, J. D., & Roediger, H. L. (2008). The critical importance of retrieval for learning. Science, 319(5865), 966–968.
  9. [9] Cepeda, N. J., Pashler, H., Vul, E., Wixted, J. T., & Rohrer, D. (2006). Distributed practice in verbal recall tasks: A review and quantitative synthesis. Psychological Bulletin, 132(3), 354–380.