脳に電気刺激を与えることで数学のスキルが向上するという研究結果

2025年07月04日 08時00分 サイエンス

どうしても算数や数学の問題を解くのが苦手で、学生時代に苦労した経験があるという人は多いかもしれません。新たに、アメリカのオックスフォード大学などの研究チームが、「学生の脳に電気刺激を与えることで数学のスキルを向上させられる」という研究結果を発表しました。

Functional connectivity and GABAergic signaling modulate the enhancement effect of neurostimulation on mathematical learning | PLOS Biology

https://journals.plos.org/plosbiology/article?id=10.1371/journal.pbio.3003200

Could electric brain stimulation lead to better maths skills? https://theconversation.com/could-electric-brain-stimulation-lead-to-better-maths-skills-260134

Scientists zapped students' brains with electricity to improve their math learning | Live Science

https://www.livescience.com/health/neuroscience/zapping-the-brain-may-help-boost-math-skills-study-hints

ある程度の数学的スキルは日常生活や多くの職業にとって必要不可欠であり、特に科学技術や工学、金融分野では数学的スキルに優れていることが求められます。しかし、経済協力開発機構(OECD)が2016年に発表したレポートによると、先進国に住む成人の24～29％が平均的な7歳児と同程度の数学的スキルしか持っていないとのこと。

論文の共著者でイギリス・サリー大学の認知神経科学教授であるロイ・コーエン・カドシュ氏は、こうした数学的スキルの欠如は低所得や健康状態の悪化、政治に参加する能力の低下、他者への信頼の低下といった問題につながる可能性があると指摘。しかし、学業成績における個人間の格差は大きなものであり、遺伝子や脳の接続性といった生物学的要因も大きな役割を果たしていることが知られています。

カドシュ氏らの新たな研究では被験者として18～30歳の男女72人を募集し、5日間にわたる数学学習セッションを受講させると共に、非侵襲的に脳へ電気刺激を与える経頭蓋ランダムノイズ刺激(tRNS)を合計で150分間実施しました。tRNSで脳に与えられる電流は微弱であり、痛みはなく、意識して感知しようとしない限りほとんど感じられない程度だとのこと。

被験者は「背外側前頭前野(dlPFC)にtRNSを受ける実験群」「後部頭頂皮質(PPC)にtRNSを受ける実験群」「偽のtRNSを受ける対照群」のいずれかにランダムで割り当てられました。背外側前頭前野は記憶や注意、新たな認知スキルの獲得に重要な領域であり、後部頭頂皮質は学習が完了した際の数学的情報を処理する領域で、いずれも数学の学習中に活性化することが知られています。

実験開始時に被験者の脳の接続性と数学的スキルを測定したところ、ベースラインとなる数学的スキルが高い被験者では、背外側前頭前野と後部頭頂皮質の接続性が強い傾向がみられました。

5日間にわたる実験の結果、背外側前頭前野と後部頭頂皮質の接続性が弱い被験者のうち、偽のtRNSを受けたグループと後部頭頂皮質にtRNSを受けたグループは、接続性が強い被験者に比べて計算問題を理解するのに苦労しました。 一方、同じく背外側前頭前野と後部頭頂皮質の接続性が弱い被験者であっても、背外側前頭前野にtRNSを受けたグループは、数学的スキルが顕著に向上したことが確認されました。この理由についてカドシュ氏は、tRNSによってパフォーマンスが低下しているニューロンの活動が穏やかに促進され、学習能力を高めている可能性があると指摘しています。

カドシュ氏は、「脳への電気刺激は、先天的な神経接続がより強い同年代の仲間との差を埋めるのに役立ちました。この発見は、前頭前皮質が学習において重要な役割を果たすことを示しており、神経生物学に基づいて教育格差を軽減するのに役立つ可能性があります」とコメントしました。