JP4261197B2 - コンピュータトレーニングシステムにおける方法および構成 - Google Patents

Description

発明の分野
この発明は、請求項１、１８および３５のそれぞれのプレアンブルに記載の、コンピュータトレーニングシステム内のコンピュータを用いるユーザのワーキングメモリ容量をトレーニングするためのコンピュータトレーニングシステムと、前記システム内で用いられるべきコンピュータプログラムとに関する。

関連技術の説明
ワーキングメモリ容量とは、情報を保持し操作する能力である。この能力は複雑な推論の基礎となる。注意欠陥多動性障害（ＡＤＨＤ）を患う人および外傷性脳損傷のある人は、脳幹神経節および前頭皮質に影響を及ぼす異常なドーパミン伝達を含む前頭葉の障害、または脳幹神経節と前頭皮質との間の結合障害に起因する、ワーキングメモリ障害のある人の群の典型である。

ＡＤＨＤは小児期に発症し、時には成人期にまで続く障害である。一般的に、ＡＤＨＤを患う小児および成人が困難を感じるのは、注意を払い集中すること（不注意）、じっとしていること（多動性）、および衝撃的な行動を制御すること（衝動性）である。これらの問題は生活のほとんどすべての局面に影響を及ぼすおそれがある。ＡＤＨＤを患う小児および成人はしばしば、自尊心が低く、人間関係に問題があり、かつ学校または職場での成績が低いことで苦労する。

ワーキングメモリにおいて情報を保持および操作する能力は、前前頭皮質に依存する。ワーキングメモリは、論理的推論および問題解決を含むいくつかの認知能力の基礎をなす。ワーキングメモリ容量は、一般的な認知能力の提案された尺度であるｇに密接に関連する、個人の永久的な特性と見なされている。これは、たとえば、キロネン（Kyllonen, P.C.）およびクリスタル（Christal, R.E.）の「推論能力はワーキングメモリ容量（と大差ないもの）である？！」（“Reasoning ability is (little more than) working-memory
capacity?!”）Intelligence 14, 389-433, (1990)で言及される。エリクソン（Ericsson, K.A.）、チェイス（Chase, W.G.）およびファルーン（Faloon, S.）の「記憶力の習得」（“Acquisition of a Memory Skill.”）Science 208, 1181-1182 (1980)を参照すると、多数の数字を記憶する方策を学習する被験者の事例研究があるが、このような方策は他の種類の刺激を覚えるのに有用ではなかった。したがって、このようなトレーニングは全般的なワーキングメモリ容量を増すものではない。

専門家は、小児のうち３％から５％がＡＤＨＤを患っていると見積もる。ＡＤＨＤのための最良の治療が何であるかについては論議を待つところである。現在、メチルフェニデート（リタリン、コンセルタ）またはデキストロアンフェタミン（デキセドリン）等の精神刺激薬が最も一般的な治療薬である。これらの刺激薬は、脳幹神経節（被殻、尾状核、前障、淡蒼球、黒質および視床下核）と称される脳の一部を標的にする。いわゆる線条体−前頭部のループは脳幹神経節と関連している。ＡＤＨＤの症例では、これらの線条体−前頭部のループが異常であり、脳幹神経節と相互作用しない。脳幹神経節を薬剤の標的にすることにより、線条体−前頭部のループの障害がより少なくなるであろう。

しかしながら、これらの薬の使用については綿密な調査中である。精神刺激薬の最も一
般的な副作用は、食欲不振、神経過敏および睡眠障害を含む。親もまた、当然のことながら、アンフェタミンに類似する精神刺激薬の長期にわたる影響、および依存症のリスクについて懸念している。

加えて、小児の神経系は発達途中であり、このため脆弱であるという理由で、幼児への刺激薬の投与に疑義を唱える医師もいる。治療による長期間にわたる影響が十分には知られていないという理由で、ＡＤＨＤを患う小児への刺激薬の投与に懸念を示す臨床医もいる。この薬の作用は持続時間が短いので、小児には１日に２、３回投薬する必要がある。

この薬剤はまた製造するのに費用がかかり、患者のための物理的な輸送システムを必要とする。

現在市場に出回っているいくつかの養生法、方法および装置は、小児の症状を軽減するよう構成されているが、ＡＤＨＤの症状または多動性を軽減するように構成される養生法はなく、また、人のワーキングメモリ容量をトレーニングするよう構成される養生法もない。

個人の悪化した反応を改善するためのコンピュータ化された方法およびコンピュータシステムが、ＷＯ ９９／４９８２２に示される。このシステムには、入力装置を介して刺激に対して患者から受取ったフィードバックを信号で伝えるために採用されるコンピュータが含まれ、このフィードバックに応じて刺激の頻度が変更される。

聴覚をトレーニングするための方法もまた公知である。

発明の概要
この発明の目的は、人のワーキングメモリ容量を改善するためのコンピュータトレーニングシステムを提供することである。

これは、請求項１の特徴を有するコンピュータトレーニングシステムと、コンピュータトレーニングシステム内のコンピュータの内部メモリに直接ロード可能な、請求項１８の特徴を有するコンピュータプログラムプロダクトと、コンピュータトレーニングシステム内のコンピュータに実行ステップを制御させる、コンピュータが使用可能な媒体に記憶される、請求項３５の特徴を有するコンピュータプログラムプロダクトとにより達成される。

コンピュータトレーニングシステムは以下の手段を含む。すなわち、提示手段上に第１の難易度レベルの第１のタスクを提示するための手段と、その間中ユーザがタスクを見ることも聞くこともできず、解答をコンピュータ（１１０）に入力することのできない、予め定められた時間の遅延を生じさせる手段と、次に続くタスクの難易度レベルがユーザの容量に適応されることで、ユーザが次のタスクに進むよう動機付けられるように、予め定められた適応規則に従いかつ前記評価に基づき、ユーザに提示されるべき次のタスクの難易度レベルを変更するための手段と、予め定められた制限時間を超過するかまたは予め定められた数のタスクが実行されるまで、上述のようにユーザの容量に適応した次のタスクを提示するための手段とを含み、これにより、システム内のコンピュータを用いるユーザは、トレーニングを行ない、自身のワーキングメモリ容量を改善することができる。

コンピュータトレーニングシステム内のコンピュータの内部メモリに直接ロード可能なコンピュータプログラムプロダクトは、以下のステップを実行するためのソフトウェアコード手段を含む。すなわち、ユーザに対して提示手段上に第１の難易度レベルの第１のタ
スクを提示するステップと、その間中タスクを見ることも聞くこともできず、解答をコンピュータに入力することのできない、予め定められた時間の遅延を生じさせるステップと、次に続くタスクの難易度レベルがユーザの容量に適応するように、予め定められた適応規則に従いかつ前記評価に基づき、ユーザに提示されるべき次のタスクの難易度レベルを変更するステップと、予め定められた制限時間を超過するかまたは予め定められた数のタスクが実行されるまで上述のステップに従ってユーザの容量に適応した次のタスクを提示するステップとであり、これにより、システム内のコンピュータプログラムを用いるユーザはトレーニングを行ない、自身のワーキングメモリ容量を改善することができる。

コンピュータが使用可能な媒体に記憶されるコンピュータプログラムプロダクトは、コンピュータトレーニングシステム内のコンピュータに以下のステップの実行を制御させるための読出可能プログラムを含む。すなわち、ユーザに対して提示手段上に第１の難易度レベルの第１のタスクを提示するステップと、その間中タスクを見ることも聞くこともできず、解答をコンピュータに入力することのできない、予め定められた時間の遅延を生じさせるステップと、次に続くタスクの難易度レベルがユーザの容量に適応するように、予め定められた適応規則に従いかつ前記評価に基づき、ユーザに提示されるべき次のタスクの難易度レベルを変更するステップと、予め定められた制限時間を超過するかまたは予め定められた数のタスクが実行されるまで、上述のステップに従ってユーザの容量に適応した次のタスクを提示するステップとであり、これにより、システム内のコンピュータプログラムを用いるユーザはトレーニングを行ない、自身のワーキングメモリ容量を改善することができる。

この発明の利点はワーキングメモリを強化させ得ることである。この効果には、短時間作用型の精神刺激薬を使用することなくＡＤＨＤにおける不注意および多動性の両方の症状を軽減することが含まれる。精神刺激薬を用いない１つの利点は、将来の薬物乱用のリスクを増すような、脳に対して起こり得る悪影響を避けることができる点である。

この発明の別の利点は、精神刺激薬の効果が６時間しか続かないのに対して、この発明によるワーキングメモリの強化が長期にわたり（数ヶ月）続く点である。

詳細な説明
図１は、この発明に従った具体的なコンピュータトレーニングシステム１００のブロック図である。システム１００はコンピュータ１１０を含み、このコンピュータ１１０は、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）、ワークステーションコンピュータまたは他の種類のコンピュータであってもよく、以後ユーザと称される、自身のワーキングメモリ容量をトレーニングし改善しようとする人によって用いられる。このユーザは、たとえば、ＡＤＨＤを患う小児等の、ワーキングメモリ障害のある人、卒中後などの外傷性脳損傷のある人、または自身のワーキングメモリ容量を改善したいと欲する人である。さらに、ユーザは、ワーキングメモリの容量が低下した高齢者、またはワーキングメモリの容量を改善したいと欲する人であってもよい。

コンピュータ１１０は、ユーザの自宅、ユーザの学校、ユーザの職場等に配置することができる。

コンピュータ１１０は、ユーザのワーキングメモリをトレーニングするためのコンピュータプログラムを含むよう適応され、このプログラムはコンピュータ１１０で実行するよう適応される。このコンピュータプログラムは、コンピュータ読取可能媒体１１８、たとえば、コンピュータのメモリ１１２、コンピュータ１１０のＣＤＲＯＭ読出実体に挿入可能なＣＤＲＯＭ、コンピュータ１１０のＤＶＤ読出実体に挿入可能なデジタルビデオディ
スク（ＤＶＤ）、またはコンピュータのフロッピー（Ｒ）ディスク読取装置に挿入可能なフロッピー（Ｒ）ディスクに記憶される。コンピュータプログラムがどのように作動するかは、後にさらに詳細に記載される。

コンピュータ１１０は、ワーキングメモリトレーニングコンピュータプログラムに従って、ユーザによりタスクに対する解答、情報等のデータをコンピュータ１１０に入力するよう適応された入力手段に接続可能である。入力手段は、たとえば、キーパッド１０２、コンピュータマウス１０４等のポインティングデバイス、マイクロフォン１０３等であり得る。コンピュータ１１０は、ワーキングメモリトレーニングコンピュータプログラムに従って、ユーザのためにタスクを提示するよう適応された視覚および／または聴覚提示手段にさらに接続可能である。視覚提示手段はスクリーン１０６であり得、タスク、情報等は、ユーザがタスクを読んだり見たりすることができるように提示されるよう適応される。スクリーン１０６は、さらに、スクリーン１０６上に表示されるカーソルと相互作用するマウス１０４によって、またはキーパッド１０２によってユーザが挿入する、タスクに対する解答、情報等を視覚化するよう適応される。聴覚提示手段は、たとえばラウドスピーカ１０８またはヘッドセットであり得、コンピュータプログラムに従って、ユーザのために命令、タスク等を提示するよう適応される。

コンピュータ１１０は、たとえばインターネット１１６を介してサーバ１１４に接続可能であり得る。この場合、コンピュータ１１０はインターネットインターフェイスを含む。サーバ１１４は、たとえば、トレーニングタスクの結果を記憶したり、ワーキングメモリトレーニングコンピュータプログラムを記憶したりするように適応される。ユーザは、サーバに接続してワーキングメモリトレーニングコンピュータプログラムをダウンロードすることができる。コンピュータ１１０はまた、たとえばトレーニングアドバイザおよび／または医療アドバイザによって用いられる第２のコンピュータ１１８によってアクセス可能であり得、ユーザはアドバイザと通信することができ、さらにアドバイザはユーザのテスト結果にアクセスすることができる。したがって、この発明は従来のコンピュータにより実行され、トレーニング演習の結果は分析され得る。

ユーザは、この発明に従った所要のワーキングメモリトレーニングコンピュータプログラムを用いるトレーニングのために使用するコンピュータ１１０を準備する。これは、たとえば、コンピュータを、インターネット１１６を介してサーバ１１４に接続してコンピュータプログラムをダウンロードするか、または、コンピュータプログラムを含むＣＤＲＯＭまたはフロッピー（Ｒ）ディスクをコンピュータ１１０のＣＤＲＯＭまたはフロッピー（Ｒ）ディスク読取実体に挿入することにより実行され得る。コンピュータトレーニングはまたウェブベースあってもよく、この場合、ユーザはコンピュータ１１０をネットワーク、たとえばインターネットに接続し、ショックウエーブ^ＴＭ（Shockwave^TM）等のメディアプレーヤを用いてオンラインでトレーニングを行なう。コンピュータプログラムは、たとえばＡＤＨＤを患う小児をトレーニングする気にさせるようビデオゲームのようなものであってもよい。

トレーニングは、この発明に従ったコンピュータプログラムに従って提示された複数のタスクにユーザが解答することにより行なわれる。ここで、このワーキングメモリトレーニングコンピュータプログラムのステップをさらに詳細に説明する。第１のレベルのタスクは、スクリーン１０６上に、またはラウドスピーカを用いてタスクを伝える音声により、ユーザに対して提示される。コンピュータプログラムは前記タスクの提示後、好ましくは０．１〜１０秒の遅延を実行する。この遅延中、記憶されるべく提示された刺激が提示手段から取去られ、すなわち、ユーザは刺激を見ることも聞くこともできず、また、この時間間隔中に、解答を入力することができない。この短時間の遅延中、ユーザは、自身のワーキングメモリにその刺激についてのタスク情報を保つ。タスクの難易度レベルをより
高くするために、コンピュータはこの遅延中に視覚または聴覚による妨害を提示することができる。視空間的ワーキングメモリタスクに対しては、遅延中にタスクとは無関係な視覚の刺激を提示することにより妨害することができる。言語的タスクでは、タスクとは無関係な音が提示され得る。この場合、ユーザは、提示されたタスク情報を自身のワーキングメモリに保つために、より懸命に集中する必要がある。

遅延後、ユーザは、遅延中にワーキングメモリに保持したものに従って、提示されたタスクに解答しなければならない。好適には、データをコンピュータに入力することにより解答がなされ、たとえば、キーパッド１０２に打込むか、コンピュータマウス１０４でクリックするか、またはコンピュータが音声で処理される場合、単に解答をマイクロフォン１０３に伝えることにより、解答をスクリーン１０６に入力することでなされる。

次いで、コンピュータ１１０は解答が正しいか否かを評価し、予め定められた適応規則に従って、また、難易度レベルを有する前記評価に基づき、次のタスクを提示する。このようにして、タスクの難易度レベルがユーザの容量に近くなるよう適応され、ユーザが次のタスクを続けるよう動機付けを維持することができる。ユーザは、タスクが難しすぎず簡単すぎない場合、すなわち退屈しない場合、続ける気になる。

予め定められた適応規則とは、好ましくは、ユーザが現在のレベルの１つ以上、好ましくは３つの先行するタスクを解決した場合に、プログラムにおいて難易度レベルがより高い次のタスクが提示されることを意味し得る。ユーザが現在の難易度レベルのタスクに間違って解答した場合、レベルがより低い次のタスクが提示される。このようにして、適応的トレーニングでは試験ごとにその難しさが調整されるので、患者の容量に近いトレーニングを行なうことができる。

好適には、適応的トレーニングは、タスクごとおよび日ごとに平均して好ましくは７０〜９０％の正解率で患者がタスクを解決するように適応される難易度を含む。最も好ましくは、適応的トレーニングは、実質的に８０％の正解率で患者が問題を解くように適応される難易度を含む。タスクがユーザの容量に適応せず、ワーキングメモリの負荷が低い場合、トレーニングはワーキングメモリの容量に何の効果も及ぼさない。これは、プラセボ群で研究された（後述を参照）。

ワーキングメモリは、ワーキングメモリにおける情報の保持、ならびに情報の保持および操作（たとえば、分類）の両方を含む、空間的部分、言語的部分および対象指向的部分を含む。これらのうちいずれか１つの部分のトレーニングでも、ユーザのワーキングメモリ容量が改善され、このため線条体−前頭部のループを介する脳幹神経節に対する影響も改善されるが、いわゆるサブタスクまたは部分的なトレーニングテストを用いてユーザのワーキングメモリの３つの部分すべてをトレーニングすることによって、より効率的にワーキングメモリ容量が改善される。

ワーキングメモリの空間的部分のトレーニング
ワーキングメモリの空間的部分は、コンピュータ１１０で実行されるコンピュータプログラムにより提供される視空間的ワーキングメモリタスクによってトレーニングされ得る。このタスクは、ユーザにはスクリーン１０６上に見える４組の提示シーケンスとして、図２に示される。このタスクは以下のステップで実行される：
２１１． 第１の難易度レベルの第１のタスクが提示される。ここでは、３×３のグリッド４１内に、照らされた正方形Ｐ１、Ｐ２が一度に１つずつ現われる。有利には、このグリッドはまた、４×４のグリッドを構成してもよいが、明確にするために９つの正方形のみが示される。

２１２． ２１２で、たとえば５秒の遅延が現われる。

２１３． 次いで、ユーザは、２１３で、ポインタ３５に作用するコンピュータマウス１０４を用いて、先に照らされたが現在は照らされていない正方形ｉ１およびｉ２の位置を、照らされたのと同じ順序で示し得る。これにより、第１のレベルの第１のタスクに関するユーザの解答に対応して、コンピュータ１１０にデータが入力される。コンピュータ１１０は入力データを評価して、解答が正しいか否かを確定する。

ユーザは、同じ難易度レベルの複数の類似のタスクを実行する。ステップ２２１、２２２、２２３、２３１、２３２および２３３を参照。

２４１． ユーザが、たとえば試験で３回続けて正解した場合、難易度レベルがより高いタスクがコンピュータ１１０によりスクリーン１０６上に提示される。そこで、照らされた正方形Ｐ１、Ｐ２およびＰ３が一度に１つずつ現われる。

２４２． たとえば１秒遅延される。

２４３． 次いでユーザは自分の解答に印を付ける。２４３で、ユーザが正しい正方形Ｐ３に印を付け損ない、間違った位置ｉ３に入力した場合、先に行なわれた２１１、２２１および２３１と同じ、より低い難易度レベルのタスクが提示される。これは、図５に示されるフローチャートに従って、ユーザの解答、すなわち入力データを正確なデータと比較する、この発明に従ったコンピュータプログラムによって達成される。

ワーキングメモリの言語的部分のトレーニング
ワーキングメモリの言語的部分は、たとえば、コンピュータ１１０で実行されるコンピュータプログラムによって提供され、かつ図３に示される、文字スパンタスクでトレーニングされる。タスクは以下のステップで実行される：
３０１． 文字Ｆ、ＧおよびＡがラウドスピーカ１０８によって一度に１つずつ読上げられる。ユーザは、それらの文字が何であるかとそれらの文字の順序とを記憶しなければならない。

３０２． 次いで、３０２で、ランプの列４３がスクリーン１０６上に見え、点滅するランプ４５によって、どの文字を報告し返すべきであるかがユーザに指示される。たとえば、３番目のランプが照らされた場合、ユーザは先に聞いた第３の文字を報告しなければならない。

３０３． ３０３で、文字はスクリーン１０６上に現われるが、先に提示されたのとは異なる順序であり、これによって、患者３は、ポインタ３５を用いて正しい文字に印を付け得る。これが、コンピュータ１１０への入力データを構成する。コンピュータが入力データを評価して、解答が正しいか否かを確定する。

ワーキングメモリの対象指向的部分のトレーニング
ワーキングメモリの対象指向的部分は、たとえば、ワーキングメモリに保持される情報の操作を用いる、逆行言語／または対象スパンタスクでトレーニングされ、これは図４に示される。
このタスクは以下のステップで実行される：
４０１ ９つの異なる対象（数字でもよい）を備えたキーボードが、ユーザに対してスクリーン１０６上に示され、
４０２ 一連の前記図示された対象は、たとえば３つの対象がラウドスピーカ１０８により読上げられる。たとえば、ラウドスピーカが「自転車」（Ｐ１）、「星」（Ｐ２）、
「飛行機」（Ｐ３）と読上げる。

４０３ 一連の対象について聞いた後、ユーザは対象に印を付けるが、逆の順序で付ける。コンピュータマウス１０４またはキーパッド１０２を用いて、ポインタ３５によりコンピュータ１１０に入力する。正しい解答は「飛行機」（ｉ１）、「星」（ｉ２）および「自転車」（ｉ３）である。

もちろん、サブテストの内容は、この発明に従ったワーキングメモリの刺激の結果を得るために、他の記号または符号も含んでいてもよい。

また、図２および図３に示された複雑性の問題の組に従えば、ユーザが試験で続けて３回正解した場合、さらなるトレーニング演習を含むより高いレベルが提示される。次のレベルには、読上げられる追加の対象が含まれる。間違うと、プログラムに、難易度レベルがより低いものを提示するよう指示する信号が送られる。こうして、サブタスクおよびトレーニング演習のすべてに対して適応的機構が提供される。

ワーキングメモリをトレーニングするための部分的な演習のすべてに対して、難しさが、この発明に従って、記憶されるべき刺激の数を変更することにより調整される。好ましくは、１つのレベルの試験で続けて３回正解した後、このレベルはより高いレベルへと引上げられる。間違いを１つ犯すとレベルは下げられる。これにより確実に全体的な正解率を約８０％にすることができる。これはユーザにやる気を出させる難易度レベルである。好適には、ユーザは、各部分的な演習について毎日３０回の試験を完了することができ、この場合１日当たりのトレーニング時間は全体で約１０〜１２０分である。トレーニング演習は、好ましくは、１週間に少なくとも３日行なわれる。この発明に従ったトレーニングは約２〜７週間、好ましくは５週間行なわれる。このトレーニング量は神経可塑性を誘発するために必要である。

この発明に従ったトレーニングによりユーザのワーキングメモリが改善されることに加えて、ユーザがＡＤＨＤである場合、多動性が減じられる。

ワーキングメモリのトレーニング後に多動性が軽減されることで、認知機能と運動行動との間の因果関係が明らかとなる。トレーニングされていないワーキングメモリおよび問題解決タスクに対する改善は、前前頭皮質の活性化を必要とするが、その改善が、トレーニング効果のある部位が前前頭皮質であることを示唆することが、実験から分かる。認知トレーニングがＡＤＨＤにおける認知症状および多動性の両方に作用し得るという事実から、この発明に従った方法は、将来の臨床使用にとって興味深いものである。

図５は、この発明に従った、試験ごとに一連のタスクの難しさを調整する適応的段階を示すフローチャートである。一連のタスクは、上述の３種類のサブタスクのうちの１つであり得る。３つのサブタスクはすべて、１日のトレーニング中に自由に活性化され得る。すなわち、図５に示されるフローチャートは、各サブテストに対して実際に行われるものである。したがって、適応的機構は、言語的ワーキングメモリの言語的トレーニング演習、視空間的ワーキングメモリの視空間的トレーニング演習、および対象指向的ワーキングメモリの対象指向的トレーニング演習のそれぞれに対して採用される。

この発明に従ったワーキングメモリトレーニングコンピュータプログラムにより、コンピュータ１１０がユーザのワーキングメモリトレーニングを提供する。前記コンピュータプログラムは、読取可能媒体を含み、これは、コンピュータ１１０での実行時に、コンピュータに以下のように実行させる：
５０１ プログラムを開始させ、
５０２ タスク情報を含む、第１のレベルｎ＝２のタスクを提示する。このタスクは、上述のようにユーザのワーキングメモリ容量を強化させるよう設計される。第１のタスクは第１の試験ｉ＝１を構成する。

５０３ コンピュータはユーザの解答を入力データの形で受取る。

５０４ コンピュータ１１０により処理が行なわれ、入力データは、その解答が正しい否かについて評価される。

５０５ 以下では、続いて提示されるタスクの難易度レベルは、予め定められた適応規則に従いかつ前記評価に基づいたものとされ、次のタスクの難易度レベルがユーザの容量に適応するようにされる。この例では、適応規則は、解答が１つのレベルで続けて３回正解である場合、次のタスクをより高い難易度レベルに上げることを決定する。パラメータｋは連続して正解した解答の数を表わし、パラメータｎはタスクの実際の難易度レベルを表わす。

５０６ 解答が間違っている場合、すなわち、ユーザが現在のレベルのタスクを解決しなかった場合、コンピュータ１１０は難易度レベルがより低いタスクを提示する。解決されるべき第１のレベルはレベルｎ＝２であるが、したがってこれが最低のレベルである。

５０７ たとえば３０回の試験の後では、ユーザはある一定の時間トレーニングしたこととなる。トレーニングは中断なしに、または複数部分に分けて行なわれ得る。ｉがたとえば３０である場合、または代わりにある一定の時間の後に、プログラムがコンピュータ１１０にコンピュータプログラムを終了させ、終了がもたらされる。

この発明は、ユーザのワーキングメモリのトレーニングを行なうためのソフトウェアコード手段を含むコンピュータプログラムプロダクトによって実現される。コンピュータプログラムプロダクトは、コンピュータトレーニングシステム１００内のコンピュータ１１０で実行される。コンピュータプログラムは、直接、またはフロッピー（Ｒ）ディスク、ＣＤ、インターネット等のコンピュータが使用可能な媒体からロードされる。

人の脳に関して、いわゆる線条体−前頭部のループは脳幹神経節および前前頭皮質と関連している。これらの線条体−前頭部のループは、ＡＤＨＤの場合、異常であり、脳幹神経節および前前頭皮質と相互作用しない。

外傷性脳損傷においては、脳幹神経節、前前頭皮質、または脳幹神経節と前前頭皮質とを結ぶ白質路に損傷がある可能性がある。

高齢者の脳における前頭葉は変性している可能性がある。

この発明に従って、人の脳の前前頭皮質の機能に応じてワーキングメモリをトレーニングすることにより、線条体−前頭部のループの障害は少なくなるであろう。

多動性に対するワーキングメモリの作用は、脳幹神経節に対する前前頭皮質の影響、および線条体−前頭部のループの統合的な役割によって影響され得る。

ＡＤＨＤを患う小児の治療のための発明の使用
コンピュータプログラムはビデオゲームのようなものであってもよいが、実際には、患者にワーキングメモリを働かせる複雑な知的タスクを行なわせることが可能である。このプログラムは、ＡＤＨＤを患う１４人の小児が視空間的ワーキングメモリタスク、視空間
的タイプの逆行数字スパンワーキングメモリタスク、および空間言語的ワーキングメモリタスクのトレーニングを行なった研究で確証されている。トレーニング中、コンプライアンスを高めるために、視覚的および言語的フィードバックがコンピュータプログラムにおいて実現された。対照として、発明者はまた、治療プログラムと類似したプラセボプログラムを設計したが、これには２つの主要な特徴は含めなかったので、難易度レベルは相互的に調整されず、毎日のトレーニングは１日当たり１０分未満であった。この研究は二重盲検試験として設計され、小児、親、ならびにトレーニング前およびトレーニング後のテストを行なう心理学者は、小児がどのタイプのコンピュータプログラムを実行したか、およびこの２つのタイプに予想される効果における違いについては知らされなかった。

被験者は、ワーキングメモリ容量および前頭葉前部の機能を評価するためにトレーニングの前後に一連の認知タスクを行なった。衝動性および多動性も測定された。

治療群の小児はすべて、メチルフェニデートでの治療に匹敵するレベルにまで改善した。数人の小児は、ワーキングメモリトレーニングプログラム後に自発的に薬物療法を止め、治療後数ヶ月投薬なしで維持している。

この発明は上述の好ましい実施例に限定されない。さまざまな代替例、変形例および同等物を用いてもよい。したがって、上述の実施例は、添付の特許請求の範囲により規定されるこの発明の範囲を限定するものと理解されるべきではない。

この発明に従った具体的なコンピュータトレーニングシステムを示す図である。 この発明に従った視空間的ワーキングメモリタスクを示す図である。 この発明に従った文字スパンタスクを示す図である。 この発明に従った逆行言語／または対象スパンタスクを示す図である。 この発明に従った一連のタスクの難しさを調整する適応的段階を示すフローチャートである。

Claims (52)

1. コンピュータトレーニングシステム内のコンピュータ（１１０）のユーザのワーキングメモリ容量を改善するためのコンピュータトレーニングシステムであって、前記システムは、
   コンピュータ（１１０）を含み、前記コンピュータ（１１０）は、
   ユーザによってデータを入力するよう適応された入力手段（１０２，１０４）と、
   ユーザのためにタスクを提示するよう適応された視覚（１０６）および／または聴覚（１０８）提示手段と、
   提示されたタスクの解答を前記入力手段によりユーザから受取るための手段と、
   解答が正しいか否かを評価するための手段と、
   前記提示手段上に第１の難易度レベルの第１のタスクを提示するための手段と、
   次のタスクの難易度レベルがユーザの容量に適応されることで、ユーザが次のタスクに進むよう動機付けられるように、予め定められた適応規則に従いかつ前記評価に基づき、ユーザに提示されるべき次のタスクの難易度レベルを変更するための手段と、
   予め定められた制限時間を超過するかまたは予め定められた数のタスクが実行されるまで、上述のようにユーザの容量に適応した次のタスクを提示するための手段とに接続可能であり、
   前記コンピュータ（１１０）は、
   予め定められた時間の遅延を生じさせるための手段を含み、この遅延中、ユーザは記憶されるべき刺激を見ることも聞くこともできず、また、この遅延中、コンピュータ（１１０）に解答を入力することもできず、このため、この遅延中ユーザは自身のワーキングメモリに刺激についてのタスク情報を保つことを特徴とする、コンピュータトレーニングシステム。
2. 前記予め定められた適応規則は、１つ以上の正しい解答の後に難易度レベルを上げ、１つ以上の間違った解答の後に難易度レベルを下げることを決定する、請求項１に記載のコンピュータトレーニングシステム。
3. 前記難易度レベルは、３つの正しい解答の後に上げられ、また、難易度レベルは、１つの間違った解答の後に下げられる、請求項２に記載のコンピュータトレーニングシステム。
4. コンピュータ（１１０）は、タスクの結果を記憶するよう適応されたサーバ（１１４）に接続可能である、請求項１から３のいずれかに記載のコンピュータトレーニングシステム。
5. コンピュータ（１１０）は、ワーキングメモリトレーニングコンピュータプログラムを記憶するよう適応されたサーバ（１１４）に接続可能であり、このため、ユーザは前記コンピュータプログラムをコンピュータ（１１０）にダウンロードできる、請求項１から４のいずれかに記載のコンピュータトレーニングシステム。
6. コンピュータ（１１０）は、インターネットを介してサーバ（１１４）に接続するためにインターネットインターフェイスを含む、請求項４または５のいずれかに記載のコンピュータトレーニングシステム。
7. 前記サーバ（１１４）は、トレーニングアドバイザおよび／または医療アドバイザによって用いられる第２のコンピュータ（１１８）によってアクセス可能である、請求項４から６のいずれかに記載のコンピュータトレーニングシステム。
8. 遅延を生じさせるための手段において予め定められた時間は０．１〜１０秒である、請求項１から７のいずれかに記載のコンピュータトレーニングシステム。
9. 前記遅延中に妨害をもたらすための手段を含む、請求項１から８のいずれかに記載のコンピュータトレーニングシステム。
10. タスクはワーキングメモリの空間的部分をトレーニングするよう適応される、請求項１から９のいずれかに記載のコンピュータトレーニングシステム。
11. タスクおよび次のタスクはワーキングメモリの空間的部分をトレーニングするよう適応される、請求項１から１０のいずれかに記載のコンピュータトレーニングシステム。
12. タスクおよび次のタスクはワーキングメモリの言語的部分をトレーニングするよう適応される、請求項１から９のいずれかに記載のコンピュータトレーニングシステム。
13. タスクおよび次のタスクはワーキングメモリの対象指向的部分をトレーニングするよう適応される、請求項１から９のいずれかに記載のコンピュータトレーニングシステム。
14. システムは、注意欠陥多動性障害（ＡＤＨＤ）を患う人の治療上の処置のために用いられる、請求項１から１３のいずれかに記載のコンピュータトレーニングシステム。
15. 治療上の処置はＡＤＨＤを患う人の多動性を減ずるために用いられる、請求項１４に記載のコンピュータトレーニングシステム。
16. システムは外傷性脳損傷のある人の治療上の処置のために用いられる、請求項１から１３のいずれかに記載のコンピュータトレーニングシステム。
17. システムは、ワーキングメモリの容量が低下した高齢者の治療上の処置のために用いられる、請求項１から１３のいずれかに記載のコンピュータトレーニングシステム。
18. 請求項１から１７のいずれかに記載の、コンピュータトレーニングシステム内のコンピュータ（１１０）のユーザのワーキングメモリ容量を改善するためのコンピュータトレーニングシステムにおけるコンピュータ（１１０）に直接ロード可能なコンピュータプログラムプロダクトであって、前記コンピュータプログラムプロダクトは、
    ユーザにより入力手段を用いてコンピュータ（１１０）に入力される、提示されたタスクに対する解答を受取るステップと、
    前記解答が正しいか否かを評価するステップと、
    ユーザに対して、提示手段上に第１の難易度レベルの第１のタスクを提示するステップと、
    次のタスクの難易度レベルがユーザの容量に適応するように、予め定められた適応規則に従いかつ前記評価に基づき、ユーザに提示されるべき次のタスクの難易度レベルを変更するステップと、
    予め定められた制限時間を超過するかまたは予め定められた数のタスクが実行されるまで、上述のステップに従ってユーザの容量に適応した次のタスクを提示するステップとを実行するためのソフトウェアコード手段を含み、
    前記コンピュータプログラムプロダクトはさらに、
    予め定められた時間の遅延を生じさせるステップを実行するためのソフトウェアコード手段を含み、この遅延中、記憶されるべき刺激を見ることも聞くこともできず、また、この遅延中、解答をコンピュータ（１１０）に入力することもできず、このため、この遅延中、ユーザは自身のワーキングメモリに刺激についてのタスク情報を保つことを特徴とする、コンピュータプログラムプロダクト。
19. 前記予め定められた適応規則は、１つ以上の正しい解答の後に、コンピュータプログラムプロダクトが、
    難易度レベルを上げるステップを実行することを決定し、
    前記予め定められた適応規則は、１つ以上の間違った解答の後に、コンピュータプログラムプロダクトが、
    難易度レベルを下げるステップを実行することを決定する、請求項１７に記載のコンピュータプログラムプロダクト。
20. 前記難易度レベルは、３つの正しい解答の後に上げられ、また、難易度レベルは、１つの間違った解答の後に下げられる、請求項１９に記載のコンピュータプログラムプロダクト。
21. タスクおよび次のタスクの難易度は、ユーザが７０〜９０％の正解率でタスクを解決するように適応される、請求項１８から２０のいずれかに記載のコンピュータプログラムプロダクト。
22. 前記正解率は８０％である、請求項２１に記載のコンピュータプログラムプロダクト。
23. 前記コンピュータプログラムプロダクトは、コンピュータ（１１０）に接続されるサーバ（１１４）にタスクの結果を記憶するステップをさらに実行する、請求項１８から２２のいずれかに記載のコンピュータプログラムプロダクト。
24. 前記コンピュータプログラムプロダクトは、サーバ（１１４）からダウンロードされる、請求項１８から２３のいずれかに記載のコンピュータプログラムプロダクト。
25. 遅延を生じさせるステップにおける予め定められた時間は０．１〜１０秒である、請求項１８から２４のいずれかに記載のコンピュータプログラムプロダクト。
26. 前記コンピュータプログラムプロダクトは、前記遅延中に視覚または聴覚の妨害をもたらすステップをさらに実行する、請求項１８から２５のいずれかに記載のコンピュータプログラムプロダクト。
27. タスクおよび次のタスクは、ワーキングメモリの空間的部分をトレーニングするよう適応される、請求項１８から２６のいずれかに記載のコンピュータプログラムプロダクト。
28. タスクおよび次のタスクはワーキングメモリの言語的部分をトレーニングするよう適応される、請求項１８から２６のいずれかに記載のコンピュータプログラムプロダクト。
29. タスクおよび次のタスクはワーキングメモリの対象指向的部分をトレーニングするよう適応される、請求項１８から２６のいずれかに記載のコンピュータプログラムプロダクト。
30. 前記コンピュータプログラムプロダクトは、注意欠陥多動性障害（ＡＤＨＤ）を患う人の治療上の処置のために用いられる、請求項１８から２９のいずれかに記載のコンピュータプログラムプロダクト。
31. 治療上の処置はＡＤＨＤを患う人の多動性を減ずるために用いられる、請求項３０に記載のコンピュータプログラムプロダクト。
32. システムは外傷性脳損傷のある人の治療上の処置のために用いられる、請求項１８から２９のいずれかに記載のコンピュータプログラムプロダクト。
33. システムは、ワーキングメモリの容量が低下した高齢者の治療上の処置のために用いられる、請求項１８から２９のいずれかに記載のコンピュータプログラムプロダクト。
34. トレーニングはウェブベースで行なわれ、ユーザはインターネット等のネットワークにコンピュータ（１１０）を接続し、ショックウエーブ^ＴＭ等のメディアプレーヤを用いてオンラインでトレーニングを行なう、請求項１８から３３のいずれかに記載のコンピュータプログラムプロダクト。
35. 前記コンピュータプログラムプロダクトは、ユーザにトレーニングを行なう気にさせるために、コンピュータまたはビデオゲームのように設計される、請求項１８から３４のいずれかに記載のコンピュータプログラムプロダクト。
36. コンピュータが使用可能な媒体に記憶されるコンピュータプログラムプロダクトであって、請求項１から１７のいずれかに記載の、コンピュータトレーニングシステム内のコンピュータ（１１０）のユーザのワーキングメモリ容量を改善するためのコンピュータトレーニングシステムにおけるコンピュータ（１１０）が、
    ユーザにより入力手段を用いてコンピュータ（１１０）に入力される解答を受取るステップと、
    前記解答が正しいか否かを評価するステップと、
    ユーザに対して、提示手段上に第１の難易度レベルの第１のタスクを提示するステップと、
    次のタスクの難易度レベルがユーザの容量に適応するように、予め定められた適応規則に従いかつ前記評価に基づき、ユーザに提示されるべき次のタスクの難易度レベルを変更するステップと、
    予め定められた制限時間を超過するかまたは予め定められた数のタスクが実行されるまで、上述のステップに従ってユーザの容量に適応した次のタスクを提示するステップとの実行を制御するようにさせるための読出可能プログラムを含み、
    前記コンピュータプログラムプロダクトは、
    予め定められた時間の遅延を生じさせるさらなるステップの実行をコンピュータ（１１０）に制御させ、この遅延中、記憶されるべき刺激を見ることも聞くこともできず、また、この遅延中、解答をコンピュータ（１１０）に入力することもできず、このため、この遅延中、ユーザは自身のワーキングメモリに刺激についてのタスク情報を保つことを特徴とする、コンピュータプログラムプロダクト。
37. 前記予め定められた適応規則は、１つ以上の正しい解答の後にコンピュータプログラムプロダクトが、
    難易度レベルを上げるステップを実行することを決定し、
    前記予め定められた適応規則は、１つ以上の間違った解答の後にコンピュータプログラムプロダクトが、
    難易度レベルを下げるステップを実行することを決定する、請求項３６に記載のコンピュータプログラムプロダクト。
38. 前記難易度レベルは、３つの正しい解答の後に上げられ、また、難易度レベルは、１つの間違った解答の後に下げられる、請求項３７に記載のコンピュータプログラムプロダクト。
39. タスクおよび次のタスクの難易度は、ユーザが７０〜９０％の正解率でタスクを解決するように適応される、請求項３６から３８のいずれかに記載のコンピュータプログラムプロダクト。
40. 前記正解率は８０％である、請求項３９に記載のコンピュータプログラムプロダクト。
41. 前記コンピュータプログラムプロダクトは、コンピュータ（１１０）に接続されるサーバ（１１４）にタスクの結果を記憶するさらなるステップの実行をコンピュータ（１１０）に制御させる、請求項３６から４０のいずれかに記載のコンピュータプログラムプロダクト。
42. 遅延を生じさせるステップにおける予め定められた時間は０．１〜１０秒である、請求項３６から４１のいずれかに記載のコンピュータプログラムプロダクト。
43. 前記コンピュータプログラムプロダクトは、前記遅延中に視覚または聴覚の妨害をもたらすさらなるステップの実行をコンピュータ（１１０）に制御させる、請求項３６から４２のいずれかに記載のコンピュータプログラムプロダクト。
44. タスクおよび次のタスクは、ワーキングメモリの空間的部分をトレーニングするよう適応される、請求項３６から４３のいずれかに記載のコンピュータプログラムプロダクト。
45. タスクおよび次のタスクは、ワーキングメモリの言語的部分をトレーニングするよ
    う適応される、請求項３６から４３のいずれかに記載のコンピュータプログラムプロダクト。
46. タスクおよび次のタスクは、ワーキングメモリの対象指向的部分をトレーニングするよう適応される、請求項３６から４３のいずれかに記載のコンピュータプログラムプロダクト。
47. 前記コンピュータプログラムプロダクトは、注意欠陥多動性障害（ＡＤＨＤ）を患う人の治療上の処置のために用いられる、請求項３６から４６のいずれかに記載のコンピュータプログラムプロダクト。
48. 治療上の処置は、ＡＤＨＤを患う人の多動性を減ずるために用いられる、請求項４５に記載のコンピュータプログラムプロダクト。
49. システムは外傷性脳損傷のある人の治療上の処置のために用いられる、請求項３６から４４のいずれかに記載のコンピュータプログラムプロダクト。
50. システムは、ワーキングメモリの容量が低下した高齢者の治療上の処置のために用いられる、請求項３６から４４のいずれかに記載のコンピュータプログラムプロダクト。
51. トレーニングはウェブベースで行なわれ、ユーザはインターネット等のネットワークにコンピュータ（１１０）を接続し、ショックウエーブ^ＴＭ等のメディアプレーヤを用いてオンラインでトレーニングを行なう、請求項３６から５０のいずれかに記載のコンピュータプログラムプロダクト。
52. 前記コンピュータプログラムプロダクトは、ユーザをトレーニングする気にさせるために、コンピュータまたはビデオゲームのように設計される、請求項３６から５１のいずれかに記載のコンピュータプログラムプロダクト。

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