北海道体育学研究

51：1−7，2016

研究ノート

青年期における積雪期の運動量とワーキングメモリーの関係
石

暢１，篠

原

王

文

原

娟１，苫米地

伸

翠１，村

田

浩

美１

泰１，水

野

眞佐夫２

A Relationship between Daily Physical Exercise Levels andWorking Memory in the Snowy Period among Youth Adults
Toru Ishihara １，Midori Shinohara １，Hiromi Murata １
Wenjuan Wang １，Nobuyasu Tomabechi １，Masao Mizuno ２
Abstract
This study aimed at evaluating the relationships between daily exercise levels and working memory indices in thesnowy period among youth men and women. Ten undergraduate and graduate university students were studiedin December, 2015. All of the subjects underwent evaluations of their working memory（2-back Task and 3-back
Task）．Exercise habit in no-snow-season（past 1 year）and snow-season were evaluated by the use of questionnaire.
Daily exercise levels decreased from no-snow-season to snow-season（days/week : z = 2.11, p = .04, r = .47, hours/
day : z = 2.21, p = .03, r = .49, hours/week : z = 2.53, p = .01, r = .57）
．Daily exercise levels in no-snow-season wereinversely correlated with reaction time for 2-back Task（hours/day : ρ =−.65, p = .06, hours/week : ρ=−.69, p = .04）
and 3-back Task（days/week :ρ=−.59, p = .09, hours/week :ρ=−.59, p = .09）
，and intra-individual variability on
2-back Task（days/week :ρ=−.73, p = .03, hours/week :ρ=−.61, p = .08）and 3-back Task（days/week :ρ=−.75,
p = .02）．An inverse correlation was also found between daily exercise levels in snow-season and reaction time for
2-back Task（days/week :ρ=−.73, p = .03, hours/day :ρ=−.83, p < .01, hours/week :ρ=−.86, p < .01）and 3-back
Task（hours/day : ρ=−.74, p = .02, hours/week : ρ=−.70, p = .04）
，and intra-individual variability on 2-back Task
（days/week :ρ=−.77, p = .01, hours/day :ρ=−.92, p < .01, hours/week :ρ =−.93, p < .01）and 3-back Task（hours/
day :ρ=−.66, p = .05, hours/week :ρ =−.60, p = .08）
．Furthermore, a change in daily exercise levels from no-snowseason to snow-season was inversely correlated with the reaction time for 2-back Task（hours/day :ρ =−.64, p = .06）
and 3-back Task（hours/day :ρ=−.71, p = .03）
，and the intra-individual variability on 2-back Task（hours/day :ρ=−.84, p < .01）and 3-back Task（hours/day :ρ =−.71, p = .03）
．This study suggests that daily exercise levels
have an important role for facilitation of working memory, and in the snowy period an impairment of the working
memory is accompanied by a decrease in daily exercise levels in university students.
Key words : executive function, N-back Task, snowy area

１．北海道大学大学院教育学院〒060 0811

札幌市北区北11条西７丁目

２．北海道大学大学院教育学研究院〒060 0811
著者連絡先

石原

１．Graduate School of Education, Hokkaido University
Kita 11, Nishi 7, Sapporo 060 0811
２．Faculty of Education, Hokkaido University

札幌市北区北11条西７丁目

Kita 11, Nishi 7, Sapporo 060 0811

暢t.ishihara@edu.hokudai.ac.jp

─ 1 ─

石原

緒

暢ほか

運動とワーキングメモリー
Table 1

言Characteristics of the Study Participants
N or Mean（SD）

日常的不活動は身体的な健康のみならず，精神的な健康を阻害することが明らかとなっている．運動習慣を構築することはストレス受容を軽減し（石原ら，2016），
慢性的なストレスや不安と不眠を軽減すること（Fox，N

10

Male/Female

4/6

Range

Age（years old）

22.9（4.1）

19 ─ 32

Height（cm）

163.3（9.4）

151.4 ─ 182.0

Weight（kg）

57.8（7.7）

45.0 ─ 73.0

1999）
，メンタルヘルスの維持・増進に寄与すること（石BMI（kg/㎡）

21.7（1.7）

19.6 ─ 24.5

原ら，2015c），認知機能の維持・促進に寄与すること

Note：BMI = body mass index.

（Colcombe and Kramer，2003；石原ら，2015a；石原ら，
そ30分であった．実験前日に刺激物やアルコールの摂取

2015c；石原ら，2016）が報告されている．
認知機能の中でも目標志向的認知を司る遂行機能を避け，当日実験前には運動を行わないよう指示した．

（Banich，2009）は運動による促進効果が大きいことが報告されている（Colcombe & Kramer，2003；石原ら，

運動量2015a；石原ら，2015c）．遂行機能は以下の３つの下位

運動量を評価するため，日常生活における一般的な１要素から構成されることが示されている．１）
抑制機能：週間において，生活活動を除いた計画的に実施している

内部または外部の強い欲求を制御し，注意をコントロー

身体活動（運動）を週に何回，１回当たり何時間実施しルする機能．２）ワーキングメモリー：情報を短期的にているかを回答させた．質問は過去１年間を無積雪期と保持・更新し，その情報を適切に使用する機能．３）認

積雪期に分けて調査した．また，無積雪期と積雪期の運知の柔軟性：考え方や注意を向ける対象を柔軟に切り替

動量の差を積雪期から無積雪期の値を引くことで算出しえる機能（Miyake et al., 2000；Diamond，2013）．これた．

らの３つの機能が協働して論理的な思考や問題解決を実現していると考えられている（Diamond，2013）．遂行

ワーキングメモリー

機能は生活の様々な側面（仕事の成功・継続，心身の健本研究では，PC を用いた N-back Task（Owen et al.,康，恋愛，QOL，犯罪への関与）において重要な役割

2005）によりワーキングメモリーを評価した．N-backを果たすことが示されており，青年期に促進させること

Task は，系列提示された刺激を最終刺激から N 項目まの重要性が指摘されている（Diamond，2013）．

で遡って回答する課題であり，短時間の記憶の保持お積雪寒冷地において，年齢・世代を問わず積雪期に運よびその更新が要求される．本研究では2-back Task と動量が低下することが知られており（石原ら，2015b；

3-back Task の２種類を実施した．Ｎ項目前に提示され志手ら，1988；須田ら，1997），積雪期における運動量

た刺激と現在の刺激が同じものである場合に左の Ctrlの低下が遂行機能に与える影響を検討することは重要なボタン，同じものでない場合は右の Ctrl ボタンによるボ課題である．そこで，本研究は北海道在住の大学生を対タン押しを行うよう指示した．刺激はアルファベットか

象に積雪期の運動量と遂行機能の下位要素の１つである

ら構成され（刺激サイズ：1.5cm ×1.5cm，視角：1.72°），

ワーキングメモリーの関連性を横断的に検討することをすべての刺激を持続時間500ms，刺激間間隔2500ms で目的とした．

提示した（Figure 1）．14刺激から構成される練習ブロックを実施した後に，36刺激から構成されるブロックを２方

ブロック実施し，ブロック間の休息は１分間とした．各

法

ブロックにおける正反応が正答となる確率は1/6とした．
課題実施中は目からディスプレイまでの距離を50cm に

対象者
健康な大学生または大学院生男女10名を対象とした保つよう指示し，極端にずれた場合は休憩の間に注意を（男性４名，女性６名）．本研究は北海道大学大学院教育促した．課題成績として先行研究に倣い，平均反応時間学研究院倫理委員会の承認を得て，すべての対象者に対と正答率を用いた（Chen et al., 2014；石原ら，2015a；

して実験の趣旨，方法と本実験に関わる安全性について

Scudder et al., 2014）．また，反応時間の個人内変動（反充分な説明を行い，文書にて同意を得た上で実施した．

応時間の標準偏差）は神経学的健康の行動指標として用

対象者の身体特性を Table 1 に示した．

いられているため（Macdonald et al., 2006），反応時間の標準偏差も課題成績に含めた．反応時間の標準偏差は値が小さいほど安定して課題を実施していたことを指プロトコル
本研究は2015年12月の積雪期に実施された．対象は測し，課題成績が高いことを示す．平均反応時間，反応時

定室入室後，プロフィール，運動量に関するアンケート

間の標準偏差および正答率をワーキングメモリーの指標に解答した．その後，パソコンを用いたワーキングメモとして用いた．課題の所要時間はおよそ20分であった．

リー課題（N-back 課題）を実施した．所要時間はおよ─ 2 ─Ishihara T. et al. Daily Exercise and Working Memory

Figure 1 Schematic diagram of the 2-back Task（A）and 3-back Task（B）

運動量と N-back Task 課題成績の関連

統計処理
無積雪期の運動量と積雪期の運動量の比較および

運 動 頻 度， １ 日 当 た り の 運 動 時 間， 総 運 動 時 間 と

2-back Task 課題成績と3-back Task 課題成績の比較に

N-back Task 課題成績の間の順位相関係数を Table 4 に

ウィルコクソンの符号付順位検定を用いた．各測定項
目間の関係は Spearman の順位相関係数を用いて検討しTable 2

Exercise Habit of the Study ParticipantsMean（SD）

Range

days/week

3.2（1.8）

0.3 ─ 6.0

hours/day

2.1（1.3）

0.3 ─ 4.5

hours/week

7.5（6.9）

0.1 ─ 18.0

days/week

1.7（2.1）＊

0.0 ─ 5.0

hours/day

1.3（1.7）＊

0.0 ─ 4.5

hours/week

4.9（6.6）＊

0.0 ─ 18.0

た．ワーキングメモリーは加齢に伴い低下することが報
告されており（Park et al., 2002），本研究の対象者は19

Exercise habit of no snow season

歳から32歳と年齢に幅があったため，相関分析には年齢で調整後の値を用いた．有意水準は５％未満とし，10％未満を傾向有りとした．

結Exercise habit of snow season

果

無積雪期と積雪期の運動量の比較

Change in exercise habit

無積雪期と積雪期の運動頻度および運動時間を Table

days/week−1.5（1.7）−4.0 ─ 1.0

2 に示した．運動頻度，１日当たりの運動時間，総運動

hours/day−0.8（0.8）−2.0 ─ 0.0

hours/week−2.7（2.9）−9.0 ─ 0.0

時間は無積雪期と比較して積雪期で有意に低値を示した
p ＝ .04，
r ＝ .47；１日当たりの時間：z ＝2.21，（頻度：z ＝2.11，
p ＝ .03，r ＝ .49；総運動時間：z ＝2.53，p ＝ .01，r ＝ .57）．

Note：＊ versus exercise habit of no snow season, p < .05.

Table 3 N-back Task Performance of the Study ParticipantsMean（SD）

N-back Task 課題成績

Range

2-back RT（ms）

717.99（216.52）

395.91 ─ 1118.24

3-back RT（ms）

838.79（236.21）†

473.23 ─ 1268.88に示した．2-back Task と3-back Task の課題成績に有2-back SDRT（ms）

256.80（117.67）

66.57 ─ 440.18

意な差は認められなかったが，2-back Task から3-back

3-back SDRT（ms）

311.21（127.77）

96.05 ─ 465.79

2-back accuracy（%）

91.76（4.45）

85.29 ─ 97.06

3-back accuracy（%）

90.30（6.36）

78.79 ─ 96.97

2-back Task および3-back Task の課題成績を Table 3

Task にかけて反応時間が遅延する傾向が認められた（反応時間：z ＝1.88，p ＝ .06，r ＝ .42；反応時間の標準偏差：
z ＝0.81，p ＝ .42，r ＝ .18，正答率：z ＝0.81，p ＝ .42，r ＝ .18）．

Note : RT = reaction time, SDRT = standard deviation of reaction time,†
versus 2-back condition, p < .10.

─ 3 ─

石原
Table 4

暢ほか

運動とワーキングメモリー

Intercorrelations between exercise habit and N-back Task performance（adjusted for age）
2-back RT

3-back RT

2-back SDRT

3-back SDRT

− .46

− .59†− .73*− .75＊

2-back accuracy

3-back accuracy

Exercise habit of no snow
season− .43.00hours/day

− .65

− .42

− .50

− .10

.11

− .23

hours/week− .69＊− .59†− .61†

− .37

.05

− .06

days/week− .73＊− .48− .77＊

− .53

− .25

− .25

hours/day− .83＊＊− .74＊− .92＊＊− .66†

− .21

− .06

hours/week− .86＊＊− .70＊− .93＊＊− .60†

− .14

− .07

days/week†

Exercise habit of snow season

Change in exercise habit
days/week

− .46

.11

− .05

.40

.39

− .32

hours/day− .64†− .71*− .84＊＊− .71＊− .27.22hours/week

− .25

.00

− .18

.19

.34

Note：Data are presented as Spearmanʼs correlation coeﬁcient, RT = reaction time, SDRT = standard deviation of reaction time,＊＊p < .01.19†

p < .10, ＊ p < .05,

示した．無積雪期における運動頻度と2-back Task との標準偏差：ρ＝− .93，p < .01；3-back Task 反応時

3-back Task における反応時間の標準偏差の間に有意な

間：ρ＝− .70，p ＝ .04）．積雪期における総運動時間と負の相関関係が認められ（2-back Task：ρ ＝− .73，p3-back Task における反応時間の標準偏差の間に負の相＝ .03；3-back Task：ρ＝− .75，p ＝ .02）
，無積雪期に関傾向が認められた（ρ＝− .60，p ＝ .08）
．これらの結おける運動頻度と3-back Task における反応時間との間

果は積雪期において運動量が多い者ほど高いワーキングに負の相関傾向が認められた（ρ＝− .59，p ＝ .09）．無メモリーを有していることを示している．

積雪期における１日当たりの運動時間と2-back Task に

無積雪期から積雪期にかけての１日当たりの運動時

おける反応時間の間に負の相関傾向が示された（ρ＝間の変化と2-back Task における反応時間の標準偏差，− .65，p ＝ .06）
．無積雪期における総運動時間と2-back

3-back Task における反応時間と反応時間の標準偏差のTask における反応時間に有意な負の相関関係が認めら間に有意な負の相関関係が認められた（2-back Task 反れ（ρ＝− .69，p ＝ .04）
，また，無積雪期における総運

応時間の標準偏差：ρ＝− .84，p < .01；3-back Task 反動時間と3-back Task における反応時間，2-back Task

応時間：ρ＝− .71，p ＝ .03；3-back Task 反応時間の標における反応時間の標準偏差の間に負の相関傾向が認

準偏差：ρ＝− .71，p = .03）（Figure 2）．また，無積められた（3-back Task 反応時間：ρ＝− .59，p ＝ .09；

雪期から積雪期にかけての１日当たりの運動時間の変化

2-back Task 反応時間の標準偏差：ρ＝− .61，p ＝ .08）．

量と2-back Task における反応時間の間に負の相関傾向

以上の結果は，無積雪期における運動量が多い者ほど積が認められた（ρ＝− .64，p ＝ .06）
．以上の結果は，無雪期において高いワーキングメモリーを保持しているこ

積雪期から積雪期にかけて運動量が減少した者ほど積雪とを示している．

期におけるワーキングメモリーが低いことを示唆してい積雪期における運動頻度と2-back Task における反応

る．

時間と反応時間の標準偏差の間に有意な負の相関関係が認められた（反応時間：ρ＝− .73，p ＝ .03；反応時間

考の標準偏差：ρ＝−77，p ＝ .02）
．積雪期における１日

察

当たりの運動時間と2-back Task における反応時間と反本研究は，青年男女を対象に無積雪期及び積雪期の運

応時間の標準偏差および3-back Task における反応時間

動量と積雪期におけるワーキングメモリーの関連を検討の間に有意な負の相関関係が示された（2-back Task 反した．その結果，青年期における無積雪期と積雪期の運

応時間：ρ＝− .83，p < .01；2-back Task 反応時間の標動量とワーキングメモリーの間に正の関連があることが準偏差：ρ＝− .92，p < .01；3-back Task 反応時間：ρ

示された．また，無積雪期から積雪期にかけて運動量が＝− .74，p ＝ .02）
．積雪期における１日当たりの運動時低下した者ほど積雪期のワーキングメモリーが低い水準

間と3-back Task における反応時間の標準偏差の間に負であるという関連が認められ，積雪期における運動量のの相関傾向が認められた（ρ＝− .66，p ＝ .05）
．積雪期低下によりワーキングメモリーが損なわれることが示唆

における総運動時間と2-back Task における反応時間とされた．

反応時間の標準偏差および3-back Task における反応時

本研究においては積雪期および無積雪期の運動量が多間の間に有意な負の相関関係が示された（2-back Task

い者ほど積雪期におけるワーキングメモリーが高いこ

反応時間：ρ＝− .86，p < .01；2-back Task 反応時間とが示唆されたが，運動とワーキングメモリーの関連

─ 4 ─

Ishihara T. et al. Daily Exercise and Working Memory

Figure 2 Relationships between change in exercise hours and N-back Task performance（adjusted for age）．
Note: RT = reaction time, SDRT = standard deviation of reaction timeについては統一された見解が持たれていない．運動は課題である．

ワーキングメモリーの促進に寄与することが報告されて運動が認知機能に与える効果を検討した研究は横断いる一方で（Drollette et al., 2016；Kamijo et al., 2011；

的 研 究（Drollette et al., 2016； 石 原 ら，2015a； 石 原

Scudder et al., 2014），運動とワーキングメモリーの間ら，2015c；石原ら，2016；Scudder et al., 2014），またに関連が認められなかったとする報告も存在する（石原は介入研究（Hillman et al., 2014；Kamijo et al., 2011；

ら，2015a；Smith et al., 2010）．我々は本研究と同様にKramer et al., 2002；Oken et al., 2004）による様々な研

北海道在住の青年において，積雪期の運動量が多い者は

究デザインのものが存在するが，積雪期における運動量

積雪期の抑制機能が高い一方で，ワーキングメモリーにの低下が認知機能に与える効果を検討した研究は存在し

おいてはそのような関連が認められなかったことを報告ない．本研究の結果，積雪期に運動量が低下することをした（石原ら，2015a）．本研究の結果は，我々の先行研報告した先行研究（石原ら，2015b；志手ら，1988；須究とは異なる結果を示した（石原ら，2015a）．その原因

田ら，1997）と同様に無積雪期から積雪期にかけて運動として，対象者の運動習慣者の割合が異なったことが予量が有意に減少した．さらに積雪期にかけて運動量が減想される．本研究の対象者において運動習慣を形成して少した者ほど積雪期におけるワーキングメモリーが低いいた者（週２回，１回30分以上）の割合は50％であった

結果を得た．本研究により，積雪寒冷地在住の青年男女のに対して，石原ら（2015a）の対象者においては70％

において，積雪期の運動量の低下がワーキングメモリーの者が運動習慣形成者であった．この違いが運動習慣とを阻害することが示唆された．

ワーキングメモリーの関連性に影響を与えたと推察され本研究の限界として，サンプルサイズが小さいこと，る．厚生労働省による「平成26年国民健康・栄養調査結

横断的な研究デザインであることが挙げられる．本研究

果の概要」によると，運動習慣形成者は男性で31.2％，

においてはサンプルサイズが小さかったため，性別，喫

女性で25.1％であることが報告されている．本研究の対煙歴，飲酒習慣，既往歴等の交絡因子については検討す

象は比較的運動習慣形成者が多い集団であった．より一ることができなかった．また，運動以外の無積雪期か

般的な集団を対象とした調査が望まれる．

ら積雪期にかけて変容すると予想される生活習慣（e.g.,

運動がワーキングメモリーに与える効果を検討した

生活活動，食習慣，睡眠習慣）が考慮されていなかっ研究は発育発達期の子どもを対象としたもの（Drollette

た．本研究の結果は，運動量と N-back Task で評価したet al., 2016；Kamijo et al., 2011；Scudder et al., 2014），

ワーキングメモリーの間に正の関連があることを示唆す

中高齢者を対象としたものが多数を占める（Hoﬀman et

るものであるが，運動量と N-back Task 課題成績との間

al., 2008；Kramer et al., 2002；Oken et al., 2004）．青年に関連が認められなかった項目もいくつか存在する．そ期を対象に運動とワーキングメモリーの関連を検討したの原因として，上記の交絡因子の影響を排除しきれてい研究は比較的少ないが，本研究により青年期において運

なかったこと，無積雪期から積雪期にかけて運動以外の動量を増加させることでワーキングメモリーの保持・増

生活習慣の変容の影響を評価していないことが挙げられ進に寄与することが示唆された．ワーキングメモリーをる．今後はサンプル数を増やし，様々な交絡因子の影響

下位要素とする遂行機能の維持・促進は生活の様々な側を排除した検討が望まれる．また，本研究は横断的な研面（仕事の成功・継続，心身の健康，恋愛，QOL，犯究デザインを用いたため運動とワーキングメモリーの間罪への関与）に影響を与えていることが示されておりの因果関係を示したとは言えない．今後は縦断的な研究（Diamond，2013），運動量の増加による遂行機能の亢進デザインを用いて検討する必要があると考えられる．

が実際に生活に影響を与えるかを検討することが今後の

─ 5 ─

石原

結

暢ほか

運動とワーキングメモリー
123：55‑65.

語石原暢・富田有紀子・小笠原都貴子・竹花澪・水野眞佐

本研究は青年男女を対象に無積雪期と積雪期の運動量夫（2016）運動習慣が急性ストレスに対する遂行機とワーキングメモリーの関連を検討した．その結果，運能および主観的・生理的ストレス受容度に及ぼす影動量が多い者ほど高いワーキングメモリーを保持してい響．日本生理人類学会誌，21（1）：3‑9.

ることが示された．さらに，積雪期に運動量が低下した

石原暢・唐家楽・瀧澤一騎・水野眞佐夫（2015c）中高者ほど積雪期におけるワーキングメモリーが低いことが齢者における異なる種目の運動習慣が遂行機能とメ

示され，積雪期における運動量の維持がワーキングメモ

ンタルヘルスに与える効果─低強度運動と中高強度リーの保持・増進にとって重要であることが示唆された．

運動の比較─．日本生理人類学会誌，20（3）
：127‑
133.

文

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平成28年３月29日

受付

平成28年９月20日

受理─ 7 ─