無痛で非侵襲的な脳刺激技術が、若年成人の数学学習能力を大幅に改善できることを、私と同僚たちが最近の研究で発見した。PLOS Biologyに掲載された論文で、この技術が、このスキルに関わる脳領域間のコミュニケーション方法により数学学習に困難を抱えがちな人々に最も有用である可能性があることを説明している。
数学は多くの職業、特に科学、技術、工学、金融分野において不可欠である。しかし、2016年のOECD報告書は、先進国の成人の大きな割合（24％から29％）が、典型的な7歳児と同程度以下の数学スキルしか持たないことを示唆している。この計算能力の欠如は、低所得、健康状態の悪化、政治参加の減少、さらには他者への信頼の低下にも寄与する可能性がある。
教育はしばしば、高成績者と低成績者の格差を縮めるのではなく拡大する。これはマタイ効果として知られる現象である。入学時により多くの単語を読めるなど、有利な状況で始まる人々は、さらに先に進む傾向がある。より強い教育的達成は、社会経済的地位、より高い動機、授業中に学習する教材へのより大きな関与とも関連している。
遺伝子、脳の結合性、化学的シグナル伝達などの生物学的要因が、環境要因よりも学習成果により強い役割を果たすことが、いくつかの研究で示されている。これは数学を含む様々な分野で十分に文書化されており、生物学的違いが教育的達成を説明する可能性がある。
この問題を探求するため、我々は72名の若年成人（18～30歳）を募集し、5日間にわたって新しい数学計算技術を教えた。一部はプラセボ治療を受けた。その他は経頭蓋ランダムノイズ刺激（tRNS）を受けた。これは脳に穏やかな電流を送る技術である。これは無痛で、しばしば知覚できないほどだが、それを感じ取ろうと懸命に集中しない限りである。
tRNSが長期的な副作用を引き起こす可能性があるが、以前の研究で私のチームは参加者を認知的副作用について評価し、その証拠は見つからなかった。
tRNSを受けた参加者は、2つの異なる脳領域のうちの1つでそれを受けるようにランダムに割り当てられた。一部は前頭前皮質で受けた。これは記憶、注意、または新しい認知スキルを習得する際に重要な領域である。その他は頭頂皮質でtRNSを受けた。これは主に学習が達成された後に数学情報を処理する領域である。
訓練の前後に、我々は彼らの脳をスキャンし、γ-アミノ酪酸（GABA）などの主要な神経化学物質のレベルを測定した。我々が以前に示したように、2021年の研究で、これは数学を含む脳の可塑性と学習に役割を果たす。
一部の参加者は前頭前皮質と頭頂脳領域間のより弱い結合から始まった。これは学習の低下と関連する生物学的プロファイルである。研究結果は、これらの参加者が前頭前皮質にtRNSを受けた際に学習で大幅な向上を示したことを明らかにした。
刺激は、より強い自然な結合性を持つ同世代に追いつくのに役立った。この発見は学習における前頭前皮質の重要な役割を示し、神経生物学に根ざした教育格差を減少させるのに役立つ可能性がある。
これはどのように機能するのか？一つの説明は確率共鳴と呼ばれる原理にある。これは、少量のランダムノイズが加えられた際に弱い信号がより明確になることである。
脳において、tRNSは、性能の低いニューロンの活動を穏やかに増強することで学習を促進し、それらが活動的になって信号を送るポイントに近づくのを助ける可能性がある。これは「発火閾値」として知られるポイントであり、特に数学学習のようなタスクに対して脳活動が次適であるこ人々において重要である。
この技術が行わないことを注意することが重要である。それは最優秀学習者をさらに良くすることではない。それがこのアプローチを格差を拡大するのではなく橋渡しするために有望にする要因である。この形の脳刺激は競技場を平等にするのに役立つ。
我々の研究は健康で高成績の大学生に焦点を当てた。しかし、数学学習障害のある子供たち（2017年）や注意欠陥・多動性障害のある子供たち（2023年）に関する類似の研究で、私と同僚たちはtRNSが彼らの学習と認知訓練における成績を改善するように見えることを発見した。
我々の発見は教育における新しい方向性を開く可能性があると私は主張する。学習者の生物学は重要であり、知識と技術の進歩により、我々は脳を回避するのではなく直接作用するツールを開発できる。これはより多くの人々に教育から最良の利益を得る機会を与える可能性がある。
やがて、tRNSのような個人化された脳ベースの介入が、劣った教育や個人的状況のためではなく、脳の働き方の自然な違いのために取り残されている学習者を支援する可能性がある。
もちろん、教育システムは不適切な資源、社会的不利、制度的障壁のために、しばしばその完全な潜在能力を発揮していない。そのため、いかなる脳ベースのツールも、これらの障害に取り組む努力と手を携えて進まなければならない。
