1. はじめに
友達から電話番号を教えてもらったのに、数秒後には一部を忘れてしまった経験はないだろうか。
また、暗算をしている途中で話しかけられると、どこまで計算したのかわからなくなることがある。あるいは、先生から一度に多くの指示を出されると、最初の指示を忘れてしまう場合もある。
これらの現象には、「ワーキングメモリ（作業記憶）」と呼ばれる記憶の働きが関係している。
ワーキングメモリとは、情報を一時的に覚えながら、その情報を使って考えたり、判断したりするための仕組みである。[1]
私たちは普段、何も意識せずに会話や計算をしている。しかし、その背後では限られた情報を保持し、必要に応じて処理する複雑な働きが行われている。
では、人間は一度にどれほどの情報を覚えたり処理したりできるのだろうか。また、なぜその能力には限界があるのだろうか。
本記事では、心理学の代表的な研究論文を取り上げながら、ワーキングメモリの仕組みと限界について解説する。
2. ワーキングメモリとは何か
2-1. 短期記憶との違い
ワーキングメモリを理解するためには、まず「短期記憶」との違いを知る必要がある。
短期記憶とは、情報を短い時間だけ保持する働きである。
例えば、「5832」という数字を聞いて、数秒間だけ覚えておくことが挙げられる。
一方、ワーキングメモリは、情報を覚えておくだけでなく、その情報を使って何かを行う働きも含んでいる。
例えば、「5832」の数字を逆から並べて「2385」と答える場合、数字を覚えるだけでなく、順番を入れ替える処理も必要になる。
このような情報の保持と処理を支える仕組みが、ワーキングメモリである。
Baddeley（1992）は、ワーキングメモリを、言語の理解、学習、推論などに必要な情報を一時的に保持・操作するシステムとして説明している。[1]
2-2. ワーキングメモリを構成する仕組み
心理学者のBaddeleyとHitchは1974年に、ワーキングメモリについての理論を提案した。[1]
その後、Baddeley（2000）はこの理論を発展させ、ワーキングメモリを複数の仕組みからなるシステムとして説明している。[2]
代表的な構成要素は、次の4つである。
① 音韻ループ
言葉や音に関する情報を一時的に保持する働きである。
例えば、英単語の発音を頭の中で繰り返したり、聞いた電話番号を忘れないように心の中で唱えたりする場合に関係する。
② 視空間スケッチパッド
物の形や位置、空間的な情報を一時的に保持する働きである。
例えば、地図を見た後に道順を思い浮かべたり、パズルのピースを頭の中で回転させたりするときに関係している。
③ 中央実行系
注意をどこに向けるかを調整し、必要な情報を処理する働きである。
例えば、数学の問題を解いているとき、必要な数字に注意を向け、関係のない情報を無視することに関わる。
④ エピソード・バッファ
言葉、視覚情報、長期記憶など、異なる種類の情報を一時的に結びつける仕組みとして提案されたものである。[2]
例えば、友達から旅行の話を聞いているとき、地名や出来事などを結びつけ、一つのまとまった場面として理解する働きに関係する。
ただし、これらは脳の中に4つの独立した箱が存在するという意味ではない。人間の記憶の働きを理解するための理論モデルである。
3. 人間は一度に何個の情報を覚えられるのか
3-1. マジカルナンバー7±2
記憶できる情報量を研究した有名な心理学者に、George A. Miller（ジョージ・ミラー）がいる。
Miller（1956）は、「The Magical Number Seven, Plus or Minus Two」という論文を発表した。[3]
日本語では「マジカルナンバー7±2」として知られている研究である。
この論文では、情報の判断や短期的な記憶にどのような限界があるのかが検討された。
特に、短い時間で覚えて繰り返すことのできる情報のまとまりが、条件によっては7個前後になるという知見が有名である。[3]
7±2とは、5個から9個程度という意味である。
ただし、これは人間が常に5～9個の情報を正確に覚えられるという意味ではない。
覚える情報の種類や、すでに持っている知識、情報をまとめる方法によって結果は変化する。
また、この論文で扱われたさまざまな課題を、すべて同じ記憶容量の証拠と考えることもできない。
3-2. マジカルナンバー4
その後、記憶できる情報量については新たな研究が進められた。
Cowan（2001）は、短期記憶の容量に関する研究を整理し、より基本的な保持容量は約4個の情報のまとまりである可能性を論じた。[4]
この考え方は「マジカルナンバー4」と呼ばれることがある。
例えば、無関係な数字や物体を一瞬だけ提示された場合、3～5個程度のまとまりしか保持できない条件がある。
Cowan（2010）は、繰り返しや情報のグループ化などの効果を制限した実験条件において、若い成人の中心的な記憶容量が約3～5個のまとまりになることを説明している。[5]
ここで重要なのは、「4個」はすべての人に共通する絶対的な限界ではないということである。
記憶できる量は課題や年齢、情報の種類、個人差などによって変わる。
3-3. チャンクとは何か
記憶容量を理解するために重要なのが、「チャンク」という概念である。
チャンクとは、複数の情報を一つの意味のあるまとまりとして扱うことである。[3]
例えば、次の8桁の数字を見てほしい。
2・0・2・6・1・0・3・0
数字を一つずつ覚えようとすると、8個の数字を覚える必要がある。
しかし、これを次のように分けたらどうだろうか。
2026 ／ 10 ／ 30
「2026年10月30日」という日付だと理解すれば、3つのまとまりとして扱いやすくなる。
このように、情報を整理すると、同じ数字の並びでも覚えやすくなる場合がある。
ただし、初めて見る無意味な数字を、何でも簡単にまとめられるわけではない。
チャンクを作るには、すでに知っている情報や意味のある関係が役立つことが多い。
4. 実験からわかった記憶容量の限界
4-1. 色を覚える実験
LuckとVogel（1997）は、視覚的なワーキングメモリの容量について研究した。[6]
この研究では、色や向きの異なる図形を短い時間だけ提示し、その特徴をどれほど覚えられるかを調べた。
例えば、赤、青、緑、黄色などの図形が画面に一瞬表示されたとしよう。
その後、図形が消えた状態で、先ほどの図形の色や向きを覚えているかを確認する。
研究では、単純な色や向きについて、一度に保持できる量は4個程度に制限されることが示された。[6]
また、色と向きの組み合わせを一つの物体の特徴として保持できることも示された。
この結果は、視覚的な記憶では情報を個別の特徴として覚えるだけでなく、物体というまとまりで扱う仕組みが関係していることを示唆している。
4-2. 必要のない情報も容量を使う
次に、覚える必要のない情報が混ざっている場合を考えてみよう。
例えば、赤い図形だけを覚えるように指示され、青い図形は無視するように言われたとする。
しかし、無視するはずの青い図形まで覚えてしまうと、必要な情報の保持に影響する可能性がある。
Vogel、McCollough、Machizawa（2005）は、脳の電気活動を測定する方法を用いて、不要な情報を記憶から除外する能力を調べた。[7]
その結果、ワーキングメモリの課題成績が高い人ほど、関係のない情報を効率よく除外する傾向がみられた。[7]
つまり、記憶の成績には、情報をどれほど保持できるかだけでなく、必要な情報に注意を向け、不要な情報を取り込まない働きも関係しているのである。
5. なぜ複数のことを同時にすると難しくなるのか
5-1. 覚えることと考えることは同時に行われる
ワーキングメモリの特徴は、情報を保持するだけでなく、その情報を処理する必要があることである。
例えば、「47＋38」を暗算するとき、私たちは次のような処理を行う。
- 7＋8＝15を計算する
- 一の位の5を覚える
- 繰り上がりの1を覚える
- 4＋3＋1＝8を計算する
- 結果をまとめて85と答える
このとき、途中の数字を覚える働きと、計算する働きが同時に必要になる。
もし計算の途中で別の質問をされたら、保持していた数字を思い出せなくなることがある。
ワーキングメモリには、情報を保持・処理する能力に限界があるため、複数の課題が互いに妨げ合う場合がある。
5-2. 認知負荷とは何か
学習や問題解決の際に必要となる認知的な負担を、「認知負荷（にんちふか）」という。
Sweller（1988）は、問題解決の方法と学習との関係を研究し、問題を解くための処理に多くの能力が使われると、学習内容を理解するために利用できる処理能力が不足する場合があることを論じた。[8]
例えば、初めて習う数学の問題では、計算方法そのものを思い出しながら問題を解かなければならない。
一方、同じ種類の問題を何度も解いた経験があれば、計算方法を一から考える必要が少なくなる場合がある。
つまり、同じ問題でも、知識や経験によってワーキングメモリへの負担は変わるのである。[8]
5-3. マルチタスクは本当に効率的なのか
音楽を聴きながら勉強したり、動画を見ながらメッセージを返信したりするなど、私たちは日常的に複数の活動を同時に行っている。
しかし、複数の活動が同じような注意や情報処理を必要とする場合、互いに干渉する可能性がある。
例えば、難しい文章を読んでいるときに、別の文章を同時に理解しようとすると、内容を把握するのが難しくなることがある。
ただし、複数の活動を行うことが必ず学習を妨害するわけではない。
活動の種類や難しさ、習熟度などによって、影響の大きさは異なる。
重要なのは、同時に行う活動がどの程度、共通する注意や処理能力を必要とするかという点である。
6. なぜ人によって記憶容量が違うのか
ここまで、人間のワーキングメモリには容量の限界があることを説明した。
しかし、すべての人が同じ量の情報を覚えられるわけではない。
例えば、電話番号を一度聞いただけで覚えられる人もいれば、何度か聞き直す必要がある人もいる。
こうした違いには、情報を保持する能力だけでなく、注意の向け方や情報を整理する方法なども関係している。
Cowan（2010）は、ワーキングメモリの働きには個人差があり、その能力が記憶の保持方法や注意の制御によっても左右されることを論じている。[5]
また、長期記憶に保存された知識を利用できることも重要である。
EricssonとKintsch（1995）は、熟練した人が長期記憶の知識を利用することで、複雑な情報を効率的に扱える仕組みを論じた。[9]
例えば、将棋に詳しい人は、駒の配置を一つずつ独立した情報としてではなく、すでに知っている局面の特徴と結びつけて覚えられる場合がある。
このことから、記憶の成績は、生まれつきの保持能力だけで決まるわけではないと考えられる。
ただし、ある課題が得意だからといって、あらゆる記憶課題が得意であるとは限らない。
7. ワーキングメモリの限界に対処する方法
ワーキングメモリの容量そのものを簡単に大きくする方法が確立されているわけではない。
しかし、限られた容量を効率的に利用するための工夫は考えられる。
7-1. 情報をまとまりに分ける
先ほど説明したチャンクを利用すれば、多くの情報を整理しやすくなる。
例えば、英語の文章を読むとき、単語を一つずつ理解するだけでなく、意味のまとまりごとに読む方法がある。
「I went to the library yesterday.」という文章なら、「I went」「to the library」「yesterday」のように意味のまとまりを意識できる。
ただし、単語の意味や文法を知らない場合には、最初から簡単にまとめられるとは限らない。
知識を身につけることが、情報をまとめやすくする助けになるのである。
7-2. 情報を紙に書き出す
頭の中だけで複数の情報を保持するのが難しい場合には、紙に書き出す方法がある。
例えば、数学の複雑な計算では、途中式を紙に書くことで、すべての数字を頭の中で覚え続ける必要が少なくなる。
また、複数の予定がある場合にも、メモやカレンダーを利用すれば、予定を思い出し続ける負担を減らせる。
このように、情報を外部に記録することで、限られたワーキングメモリを現在の課題に使いやすくなると考えられる。
7-3. 一度に処理する情報を減らす
難しい内容を学習するときには、すべてを一度に理解しようとせず、内容を分けて取り組む方法がある。
例えば、数学の新しい公式を学ぶ場合、まず公式の意味を理解し、次に具体的な計算例を確認する。
その後、自分で問題を解くようにすれば、必要な情報を段階的に処理できる。
また、複雑な課題では、完成した解答例を参考にすることが理解を助ける場合もある。[8]
こうした工夫は、認知負荷に関する研究と関係している。
7-4. 不必要な情報を減らす
学習に関係のない情報が多いと、注意を向ける対象が増える場合がある。
例えば、勉強中に通知が何度も表示されると、内容を理解する途中で注意を切り替える必要が生じる。
そのため、集中が必要な課題では、通知を減らしたり、作業環境を整理したりする方法が考えられる。
ただし、静かな環境がすべての人にとって最も適しているとは限らない。学習する内容や本人の特性に合わせて環境を調整することが重要である。
8. ワーキングメモリは鍛えられるのか
ここまでの説明から、ワーキングメモリを訓練すれば、一度に覚えられる情報量を大幅に増やせるのではないかと考える人もいるだろう。
実際、記憶を使うゲームや、数字の並びを覚える訓練などが研究されてきた。
しかし、特定の記憶課題が上達することと、一般的な知能や学習能力が向上することは同じではない。
Melby-Lervåg、Redick、Hulme（2016）は、ワーキングメモリ訓練に関する研究をメタ分析によって検討した。[10]
メタ分析とは、複数の研究結果を集め、統計的に分析する方法である。
この研究では、訓練した課題やそれに近い課題の成績が改善する場合はあるものの、知能や学業成績など、訓練内容から離れた能力への効果については、説得力のある証拠が得られなかったと報告されている。[10]
したがって、記憶ゲームを繰り返せば、あらゆる学習能力が向上するとはいえない。
一方で、課題に必要な知識を身につけたり、情報を整理したりすることで、実際の作業を効率よく進められる可能性はある。
ワーキングメモリの限界を理解し、その限界に合わせて学習方法を工夫することが重要なのである。
9. おわりに
本記事では、ワーキングメモリの仕組みと、人間が一度に保持・処理できる情報量の限界について、心理学の研究をもとに解説した。
ワーキングメモリは、情報を一時的に覚えながら、その情報を使って考えるための仕組みである。
Miller（1956）の「マジカルナンバー7±2」や、Cowan（2001）の「マジカルナンバー4」は、人間の記憶容量の限界を考えるうえで重要な研究である。[3][4]
ただし、記憶容量は常に一定ではなく、情報の種類、注意の向け方、知識や経験、課題の難しさなどによって変化する。
また、ワーキングメモリの能力には個人差が存在するが、チャンクを作ったり、情報を外部に記録したりすることで、限られた容量を効率的に利用できる場合がある。
重要なのは、「人間は無制限に情報を同時処理できるわけではない」ということである。
こうした限界を理解することは、学習や仕事の方法を工夫し、人間の認知能力を適切に活用するうえで役立つだろう。
10. おすすめの記事
参考文献
本記事で参照した学術論文・総説を以下に示す。本文中の引用番号から対応する文献に移動できる。
- [1] Baddeley, A. (1992). Working memory. Science, 255(5044), 556–559.
- [2] Baddeley, A. (2000). The episodic buffer: A new component of working memory? Trends in Cognitive Sciences, 4(11), 417–423.
- [3] Miller, G. A. (1956). The magical number seven, plus or minus two: Some limits on our capacity for processing information. Psychological Review, 63(2), 81–97.
- [4] Cowan, N. (2001). The magical number 4 in short-term memory: A reconsideration of mental storage capacity. Behavioral and Brain Sciences, 24(1), 87–114.
- [5] Cowan, N. (2010). The magical mystery four: How is working memory capacity limited, and why? Current Directions in Psychological Science, 19(1), 51–57.
- [6] Luck, S. J., & Vogel, E. K. (1997). The capacity of visual working memory for features and conjunctions. Nature, 390, 279–281.
- [7] Vogel, E. K., McCollough, A. W., & Machizawa, M. G. (2005). Neural measures reveal individual differences in controlling access to working memory. Nature, 438, 500–503.
- [8] Sweller, J. (1988). Cognitive load during problem solving: Effects on learning. Cognitive Science, 12(2), 257–285.
- [9] Ericsson, K. A., & Kintsch, W. (1995). Long-term working memory. Psychological Review, 102(2), 211–245.
- [10] Melby-Lervåg, M., Redick, T. S., & Hulme, C. (2016). Working memory training does not improve performance on measures of intelligence or other measures of "far transfer": Evidence from a meta-analytic review. Perspectives on Psychological Science, 11(4), 512–534.