情報処理学会研究報告
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有酸素運動が英単語暗記に及ぼす影響の確認
湯浅成章2,a)黄瀬浩一1,b)

概要：我々は，学習増強を目指して，これまでに確信度に基づいた復習や，目標設定を利用した読書量の増加などの学習法を提案している．本研究では，これらに加わる新しい学習増強の方法として，有酸素運動を利用した英単語暗記法を提案する．従来の研究から，有酸素運動が脳の認知機能を改善することが明らかになっている．本研究は，この知見に基づくものである．有酸素運動の方法としては，場所を取らず，危険性も少ないステッパを用いる．英単語の暗記は，スマートフォンのフラッシュカードアプリを用いて行う．本手法の有効性を検証するために，実験参加者 10 名を対象として実験を行った．暗記の 1 日後，3日後，1 週間後にテストを行った結果，1 日後には有酸素運動による差が認められなかったものの，3 日後
では 7 パーセント，1 週間後では 6 パーセント，正答率が向上した．また，この差は統計的に有意であることを確認した．
キーワード：知能増強，学習増強，有酸素運動，英単語暗記

1. はじめに定時間行ったあとで，記憶課題を実施するとパフォーマンスが向上することや，低程度の運動であっても運動しなが知能増強（Intelligence Augmentation) とは情報技術の力

ら記憶課題を実施することで同様にパフォーマンスが向上によって人の知能を強化すること，あるいはその研究分野することが知られている．本研究では，これらの知見を基を指す．これを人の学習に適用して，より効果的・効率的な礎として，英単語学習に有効な経験サプリメントを作成す学習を実現することを学習増強 (Learning Augmentation)ることを最終目標としている．と呼ぶ．我々は，人の学習経験に基づいて学習増強を実現

本稿では，その第一歩として行った実験の成果を報告すするための研究に取り組んでいる．具体的には，どのようる．有酸素運動としてはステッパと呼ばれる足踏み運動をなタイプの人がどのような学習方法で学習した結果，どの取り上げ，それを行いながら英単語を記憶すると，運動せ程度うまくいったのか，あるいはいかなかったのかを経験ずに記憶した場合に比べて，単語テストの成績が向上する

バンクに記録して，それに基づいて，学習方法を提案することを示す．実験参加者 10 名による実験の結果，これまという枠組である．人の経験を参考にして，自分の学習経でに研究対象としてきた他の経験サプリメントと同様，こ験を積むことから，この枠組を経験サプリメントと呼んでの有酸素運動についても，効果がある人とない人がいるが，いる [1]．本研究は，この経験サプリメントによる学習増記憶後，3 日と 1 週間の単語テストにおいて，全体として強に関するものである．

は統計的に有意な差が得られた．なお，本研究は，大阪府

我々は，これまで，解答に対する確信度に基づいて効果的な復習をする方法 [2] や，目標を設定したり通知を活用して読書量を増やす方法 [3] など，いくつかの経験サプリメントを実現し，有効性を検証してきた．本研究は，学習のための新しい経験サプリメントとして，有酸素運動を取り上げるものである．

立大学大学院工学研究科の倫理委員会の承認を得たものである．

2. 関連研究
運動を伴う学習を調査した研究には習慣的に運動しながら記憶力を長期的に測定する研究と，一過性の運動が記憶有酸素運動が記憶力に好影響を及ぼすことは，従来の研力に与える影響を調査する研究がある．一過性の運動に関究で明らかになっている [4]．例えば，中程度の運動を一する研究は運動前，運動中，運動後に学習するものに分け12a)b)

現在，大阪府立大学大学院工学研究科
現在，大阪府立大学工学域
yuasa@m.cs.osakafu-u.ac.jp
kise@cs.osakafu-u.ac.jp

c 1959 Information Processing Society of Japan⃝

られる．ここでは，習慣的な運動に関する研究，一過性の運動後の学習に関する研究，一過性の運動中の学習に関する研究について述べる．

1

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ただし，こう言った研究では結果の分析を容易にするために専用に作られたテストを用いていることが多く，また，運動の強度を指定しているため，実際の学習に適応できるか否かについては検証が必要である．

2.1 習慣的な運動に関する研究
Chapman らは週 3 回エアロバイクとランニングマシンを交互に 1 時間用いる運動を 3 か月続けたとき，単語を暗記する能力がかなり増えたことを示している [5]．さらに，実験開始から早々に差がつきはじめ，6 週間後にはすでに単語の暗記能力に大きな差があったことも示している．また，Chapman らは記憶に関係する器官である海馬 [6] への血流量が増加したことも示している．海馬への血流量が増加すると海馬の働きが活発になる．それにより海馬で最も多く生成される BDNF と呼ばれる物質の生成量が増えると考えられている．BDNF は脳細胞同士のつながりを強化し，それによって記憶力も強化されることが知られている [4]．有酸素運動により心拍数が上昇したため海馬への図 1 フラッシュカードの例

血流量が上昇したと考えられる．Erickson らは心拍数の上がらないストレッチと心拍数が上がる持久力系トレーニン
グがそれぞれ海馬に与える影響を調査した [7]．ストレッチを行ったグループでは海馬は縮小したのに対し，持久力系トレーニングを行ったグループでは海馬は成長していたことを示している．

2.2 一過性の運動後の学習に関する研究
中野らは，一過性の運動が認知能力に与える影響を調査している [8]．この研究ではランニングとバスケットボー
ルドリブルを 5 分間行う前後に単語暗記を課し，その成績

図 2 有酸素運動を利用した英単語暗記の図を比較している．なお，ランニングとバスケットボールド
リブルを行った日には 1 週間の隔たりがある．単語暗記課

ほうが椅子に座りながらの学習よりも有意にテストの成績

題の成績は，ランニングにおいては運動の前後で有意差はが高かった．

見られなかった．しかし，バスケットボールドリブルにおまた，Schmidt らは自転車に乗りながらの学習と椅子にいては運動前より運動後のほうが有意に成績が向上した．

座りながらの学習についても調査している [12]．その結果，中野らは 10 分間のランニングについても調査しており，自転車に乗りながらの学習のほうがテストの成績が優位に

単語暗記課題の成績はランニング前よりランニング後のほうが有意に向上したことを示している [9]．

Labban らは運動前に暗記，運動後に暗記，安静時に暗記の 3 つの条件下でテストした結果，運動後に暗記が最もパフォーマンスが高かったことを示した [10]．

2.3 一過性の運動中の学習に関する研究向上した．
これらの研究で行われたテストはドイツ語とポーランド語のペアを音声のみで学習し，ポーランド語の音声を聞いてドイツ語を書きとるというものである．

3. 有酸素運動を利用した英単語暗記の手法
運動を伴う学習方法には 2.2 で述べた運動後に学習する

Schmidt らはランニングマシン上で歩行しながらの学習方法と，2.3 で述べた運動中に学習する方法がある．本手が単語の暗記に及ぼす影響を調査している [11]．この研究

法では 2.3 で述べた運動中の学習を行う．運動後に学習すではドイツ語を母国語とする実験参加者がポーランド語をる場合，運動する時間と学習する時間をとる必要があるたランニングマシン上で歩行しながらの学習と椅子に座りなめ，学習の補助として運動中の学習のほうが扱いやすいかがらの学習を行った．ランニングマシンの速度設定は実験らである．

参加者が決定した．テストの結果が歩行しながらの学習のc 1959 Information Processing Society of Japan⃝

運動の種類にも様々なものがある．例えば，ランニング2情報処理学会研究報告
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図 3 ステッパ

図 4 E4 wristbandなどの広い場所を必要とするものや，ステッパなどのその憶力に与える影響を調査する．実験では，実験参加者はス場で運動が可能なものがある．このような運動の中で，広テッパを用いて運動しながらでの英単語暗記，および椅子い場所を必要とする運動は運動中の学習には向いていない．に座りながらでの英単語暗記を同日数行った．ステッパ自音声を用いた学習など極めて制限のされた学習しかできな体の負荷は最も軽い設定とした．用いたステッパを図 3 にいからである．また，転倒などによってけがをする可能性示す．実験参加者には運動の強度については特に指示をしが高い．本手法ではその場で運動が可能なものを用いる．

なかった．

その場で運動が可能なものには足踏みなどの道具を使わ

心拍の測定には E4 wristband を用いた．その外観を図ない運動と，ランニングマシンやステッパなど道具を用い4 に示す．E4 eristband から取得可能な心拍の例を図 5 にる運動がある．道具を使わない運動には運動の強度を調節示す．

しづらいという欠点がある．強すぎる運動強度は認知機能暗記する単語は事前に用意した 360 語から重複が無いよの低下をもたらす [13]．適切な運動強度は脳の機能によっうランダムに選出し 1 日当たり 30 語暗記してもらった．てはある程度見積もられているものもある．例えば，ワー単語テストは暗記を行った日から 1 日後，3 日後，1 週間後

キングメモリは最大心拍数の 60 ％から 70 ％程度の運動をに 10 語ずつ重複なしで出題した．テストは csv 形式のファ

30 分間行うことが効果的だとされている [14]．最大心拍数

イルをメールで送信し，解答を返信してもらう形式で実は 220 から年齢を引いて求められる．暗記に対しての適切施した．その流れを図 6 に示す．単語は British Nationalな運動強度は十分な議論がなされていなく [15]，個人差がCorpus *1 において出現頻度ランキングが 30,000 位以下のあることは十分に考えられる．運動強度の調節を行いやす

単語のうち，Weblio *2 で学習レベルが 11 以上のものを選いのは大きな利点である．運動はステッパを用いて行う．

んでおり，難易度は高めである．こうすることで暗記する

ランニングマシンなどの大型機器と比べて安価であり，転単語間の難易度の差を減らし運動の効果をより見やすくし倒などの危険も少ないからである．

た．

学習する内容は英単語とする．近年の社会のグローバル

単語の暗記は既存のスマートフォン上でフラッシュカー化に伴い，日常的に英語を使用する機会が増えているた

ドアプリである単語帳 F を用いて行った．フラッシュカー

め，英語学習の必要性が高まってきている．特に，英語学

ドアプリでは実験参加者は各単語に「正」または「誤」の習においてもっとも基礎的なものに英単語の暗記があげらラベルを付けることができ，「正」のラベルがつけられたもれる．効率よく英単語を暗記することは，英語を上達させのはその後出現しないように設定した．実験参加者にはそるうえで重要な要素の 1 つである．の単語を覚えたと思ったものには「正」のラベルを付けて英単語の暗記はスマートフォンのフラッシュカードアプもらい，すべての単語に「正」のラベルをつけるまで学習リを用いて行う．それの例を図 1 に示す．書籍などと比べを行ってもらった．ステッパに乗りながら英単語の暗記をて軽量であり，片手での学習が可能だからである．また，行う際，途中で休憩することは認めた．ただし，休憩中に他科目の暗記でも利用可能だからである．以上までのまと単語を暗記することは禁止とし，ステッパを使いながらすめを図 2 に示す．

べての単語を暗記してもらった．

4. 実験
4.1 実験方法
本節では，3 で述べた手法が有効であるかを検証するために行った実験について述べる．
運動時と安静時での記憶力を比較することで運動が記

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実験は日本人大学学部生，大学院生で男性 3 名，女性 7名の計 10 名を対象に行った．実験参加日数は 6 日間，4 日間，2 日間のうちから選んでもらった．この日数は単語を覚えてもらった日のみを数えておりテストに解答した日は*1*2

http://www.wordcount.org/main.php
https://ejje.weblio.jp/

3情報処理学会研究報告
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図 5 E4 wristband から取得できる心拍の例

単語テストの正解率の平均値と t 検定の結果を表 1 に示す．表 1 中の 1 日後，3 日後，1 週間後はそれぞれ英単語を暗記した日からの日数を表している．この表より，暗記から 1 日後のテストの成績に差はほとんどないことがわかる．しかし，3 日後と 1 週間後のテストは運動しないときと比べて運動しながら暗記したほうが有意に成績が向上している．運動の強度を指定せずとも，ステッパを用いた運動で英単語の記憶の定着率が向上することを確認できた．

1 日後のテストで成績に差がでなかった原因について考察する．関連研究で述べたように中野らの研究 [8] [9] に図 6 実験中の学習とテストの流れおいて同じ継続時間では記憶力が向上した運動としない運動があり，また，同じ運動でも継続時間によって効果が変わっていた．ステッパによる運動では即座に記憶力が大きく改善するには運動強度あるいは継続時間が不十分であったと考えられる．
運動は認知能力の向上だけでなく，短期記憶から長期記憶への転送が行われやすくなる効果があることも知られている [4]．3 日後，1 週間後に成績が向上した要因はこれであると考えられる．
次に，正解率と心拍数の関係について述べる．各参加者図 7

それぞれのテスト結果と運動時の心拍数の平均を表 2 に示各参加者のテストの正解率の差分す．学習 1 日後，学習 3 日後，学習 1 週間後の行の値はそ含まれていない．内訳は，6 日間参加したのが 6 名，4 日れぞれ運動しながら学習したときのテストの正解率と運動間参加したのが 1 名，2 日間参加したのが 3 名であった．

せずに学習したときのテストの正解率の差分である．平均

報酬は 1 日当たり 4000 円分の金券で支払った．

は各実験参加者の学習 1 日後，学習 3 日後，学習 1 週間後の差分の平均値である．

4.2 実験結果

3 で述べたようにワーキングメモリの改善においては心運動の効果を検証するために 2 標本 t 検定を用いた．運拍数は最大心拍数の 60 ％から 70 ％が効果的であるとされ動しながら英単語暗記を行ったとき（グループ 1）と運動ている [14]．また，運動の強度が強すぎる場合，認知機能せずに英単語暗記を行ったとき（グループ 2）の 2 つのグのパフォーマンスは低下することが知られている [13]．本

ループ間において，帰無仮説を「2 群間に正解率の差はな

実験において実験参加者は大学学部生，大学院生であるたい」とし，対立仮説を「2 群間に正解率の差がある」とし

め最大心拍数は約 200bpm でありその 60 ％は 120bpm でた．それぞれのグループの正解率のデータ数を n1 ，n2 ，平ある．表 2 より，平均値が最大心拍数の 60 ％から 70 ％を均値を X1 ，X2 ，分散を s1 2 ，s2 2 とする．以下の式を用い超過しているものはいない．これは実験参加者に運動の強てまずを s を求めた．
√s1 2 (n1 − 1) + s2 2 (n2 − 1)s=n1 + n2 − 2度を指示しなかったためだと考えられる．p1，p5，p6 は日常的に運動していることがわかっている．このため，心(1)なり低いが，これは心拍数が上昇するほど実験中に運動をその後以下の式を用いて t 値を求めた．

X1 − X2
t= √s n11 + n12
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拍数が上がりずらかったと考えられる．p9 は心拍数がかしていなかったためであると考えられる．p10 は運動途中(2)で酔ったと報告しており，運動の強度があげられなかったため心拍数が低いと考えられる．今回の実験では成績と心4

情報処理学会研究報告
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表 1 正解率の平均値とｔ検定の結果
正解率の平均 (ステッパーあり)
正解率の平均 (ステッパーなし)

平均の差

t値

有意差

1 日後

0.72

0.73

-0.01

-0.45

なし

3 日後

0.55

0.48

0.07

4.0

p=0.01 であり

1 週間後

0.30

0.24

0.06

3.9

p=0.01 であり

表 2 各実験参加者のテストの正解率の差分と運動時の心拍数の平均
p1
p2
p3
p4
p5
p6
p7
p8

p9p10

学習 1 日後

0.07

-0.1

0.2

-0.2

-0.13

0.1

0.03

-0.17

-0.13

0.2

学習 3 日後

0.17

0.1

-0.1

00.2

0.1

0.13

0.1

-0.03

0

学習 1 週間後

0.03

0.1

-0.2

-0.05

0.2

0.2

0.033

0.033

0.16

-0.1

運動時の心拍数の平均

89.4

113.4

105.

104.5

88.1

84.2

103.4

108.8

76.4

76.1

運動時の心拍数の標準偏差

1210

22156

10121875

拍数の関係を見つけることは出来なかった。さらなる実験が必要である．

[5]

図 7 は表 2 のテストの成績部分をグラフにしたものである．縦軸が正解率の差分を表しており，横軸は参加者を表している．図 7 より，p1，p6 のように全体を通して効果があったものや p4 のように逆効果であったものがいること[6]が見て取れる．このような参加者を傾向を事前テストなどにより識別し，また，どの程度効果があるのかを推定する[7]

ことが今後の課題である．

5. まとめ・今後の課題
本稿では，ステッパによる運動が英単語暗記に良い効果を与えるか否かについて調査した．その結果，1 日後のテ

[8]

ストでは運動中の学習と何もしない状態での学習に成績の差は見られなかった．しかし，3 日後と 1 週間後のテストでは何もしない状態での学習と比べて運動中の学習のほう[9]が成績が有意に向上した．
今後の予定として，さらなる実験により提案した学習手法の効果をより確かなものとし，また，有酸素運動が有効[10]な人に識別をし，どの程度の学習効率の向上が見込めることができるのか推定することがあげられる．
謝辞 本研究の一部は，JST CREST (Grant No. JPMJCR16E1)，ならびに大阪府立大学キープロジェクトの補助による．

[11]

[12]

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