認知の柔軟性[注1 ]は、認知システムの固有の特性であり、その活動と内容を調整し、異なるタスク規則とそれに対応する行動反応を切り替え、複数の概念を同時に維持し、それらの間で内部の注意を移動させる精神的能力と関連付けられることが多い。[ 1 ]認知の柔軟性という用語は、従来、実行機能の1つを指すために使用されてきた。[ 2 ]この意味で、それは適応的で柔軟な行動の神経基盤と見なすことができる。ほとんどの柔軟性テストは、数十年前にこの仮定に基づいて開発された。今日では、認知の柔軟性は、機能的な脳の状態間の柔軟かつ適切な切り替えを促進する脳の特性の集合としても言及することができる。
認知の柔軟性は、個人の生涯を通じて変化する。[ 3 ]さらに、強迫性障害などの特定の状態は、認知の柔軟性の低下と関連している。認知の柔軟性は学習の重要な要素であるため、[ 4 ]この領域における欠陥は他の影響を及ぼす可能性がある。
認知の柔軟性を研究する一般的なアプローチは、無意識的なタスク切り替え能力と意識的な認知シフト能力に焦点を当てています。認知の柔軟性を測定する方法には、A-not-B タスク、次元変化カード分類タスク、多重分類カード分類タスク、ウィスコンシンカード分類タスク、ストループテストなどがあります。機能的磁気共鳴画像法(fMRI) の研究では、人が認知の柔軟性タスクに取り組むときに特定の脳領域が活性化されることが示されています。これらの領域には、前頭前皮質(PFC)、基底核、前帯状皮質(ACC)、後頭頂皮質(PPC) が含まれます。[ 5 ]さまざまな年齢層や特定の障害を持つ人々を対象に行われた研究により、認知の柔軟性が脳内でどのように発達し変化するかがさらに明らかになりました。
認知の柔軟性は、心理的な柔軟性と混同してはならない。心理的な柔軟性とは、状況の要求に適応し、生活上の要求のバランスを取り、問題や課題について斬新で創造的な方法で考えることによって行動にコミットする能力である(例えば、予期せぬ出来事が発生したときに姿勢やコミットメントを変えるなど)。[ 6 ]
Cognitive flexibility should similarly be distinguished from the broader construct of versatility, which extends beyond task-switching within controlled paradigms to encompass effective adaptation across multiple domains and professional contexts.[7]
The American Psychological Association (APA) defines cognitive flexibility as:
The capacity for objective appraisal and appropriately flexible action. Cognitive flexibility also implies adaptability and fair-mindedness.
—APA Dictionary of Psychology, "Cognitive Flexibility"[8]
Cognitive flexibility varies during the lifespan of an individual.[1] Researchers have more specifically described cognitive flexibility as the capacity to shift or switch one's thinking and attention between different tasks or operations typically in response to a change in rules or demands.[9] For example, when sorting cards based on specific rules, children are considered cognitively flexible if they are able to successfully switch from sorting cards based on the color of the object to sorting based on the type of object on the card.
Cognitive flexibility has been more broadly described as the ability to adjust one's thinking from old situations to new situations as well as the ability to overcome responses or thinking that have become habitual and adapt to new situations.[10][11] As such, if one is able to overcome previously held beliefs or habits (when it is required for new situations) then they would be considered cognitively flexible. Lastly, the ability to simultaneously consider two aspects of an object, idea, or situation at one point in time refers to cognitive flexibility.[12] According to this definition, when sorting cards based on specific rules, children are considered cognitively flexible if they can sort cards based on the color of the objects and type of objects on the card simultaneously. Similarly, cognitive flexibility has been defined as having the understanding and awareness of all possible options and alternatives simultaneously within any given situation.[13]
定義の具体性に関わらず、研究者たちは一般的に、認知の柔軟性は実行機能、つまり自分の思考を制御する能力を含む高次の認知の一要素であるという点で合意している。[ 14 ]実行機能には、抑制、記憶、情緒安定性、計画、組織化など、認知の他の側面も含まれる。認知の柔軟性は、抑制、計画、ワーキングメモリなど、これらの能力の多くと密接に関連している。[ 9 ]したがって、個人が刺激の側面を抑制してより重要な側面に集中できる場合(つまり、物体の色を抑制して物体の種類に集中する場合)、認知の柔軟性も高くなる。この意味で、計画、組織化、特定の記憶戦略の活用が得意になる。[ 15 ]
研究者たちは、認知の柔軟性も心理学者ジャン・ピアジェが最初に提唱した多重分類の構成要素であると主張している。多重分類課題では、参加者(主にこのスキルを既に習得しているか、習得中の子供)は、対象物を一度に複数の異なる方法で分類しなければならず、それによって対象物について柔軟に考えることになる。[ 16 ]同様に、認知的に柔軟であるためには、幼い子供が対象物や状況の1つの側面にのみ焦点を当てる傾向である中心化を克服しなければならない。[ 17 ]例えば、子供が幼いときは、対象物の1つの側面(つまり対象物の色)にのみ焦点を当てることができ、両方の側面(つまり対象物の色と種類)に焦点を当てることができない場合がある。したがって、研究によると、個人の思考が中心化されている場合、認知的に柔軟性が低くなる傾向がある。
Research has suggested that cognitive flexibility is related to other cognitive abilities, such as fluid intelligence, reading fluency, and reading comprehension.[16][18] Fluid intelligence, described as the ability to solve problems in new situations, enables fluid reasoning ability. When one is able to reason fluidly, they are in turn more likely to be cognitively flexible. Furthermore, those who are able to be cognitively flexible have been shown to have the ability to switch between and/or simultaneously think about sounds and meanings, which increases their reading fluency and comprehension. Cognitive flexibility has also been shown to be related to one's ability to cope in particular situations. For example, when individuals are better able to shift their thinking from situation to situation they will focus less on stressors within these situations.[19]
In general, researchers in the field focus on development of cognitive flexibility between the ages of three and five.[20] However, cognitive flexibility has been shown to be a broad concept that can be studied with all different ages and situations.[3] Thus, with tasks ranging from simple to more complex, research suggests that there is a developmental continuum that spans from infancy to adulthood.
A variety of assessments are appropriate for distinguishing between different levels of cognitive flexibility at different ages. Below are the common tests used to assess cognitive flexibility in the order of the developmentally appropriate age.
In the A-not-B task, children are shown an object hidden at Location A within their reach, and are then prompted to search for the object at Location A, where they find it. This activity is repeated several times, with the hidden object at Location A. Then, in the critical trial and while the child is watching, the object is hidden in Location B, a second location within easy reach of child. Researchers have agreed that the A-not-B task is a simple task that effectively measures cognitive flexibility during infancy.[20][21]

次元変化カード分類課題(DCCS)では、子どもたちは最初にカードを単一の次元(色など)で分類するように求められ、その後、戦略を変更してカードを2番目の次元(形など)に基づいて分類するように求められます。[ 22 ]通常、3歳児はカードを単一の次元に基づいて分類できますが、2番目の次元に基づいてカードを分類するように切り替えることはできません。しかし、5歳児はカードを1つの次元に基づいて分類することができ、その後、カードを2番目の次元で分類するように切り替えることができます。[ 21 ] [ 23 ]

多段階分類カード分類課題では、子どもたちはカードを見せられ、2つの異なる次元(例えば、黄色と青などの色、動物と食べ物などの物体の種類)に基づいて、マトリックス内の4つの山(例えば、黄色の動物、黄色の食べ物、青色の動物、青色の食べ物)に同時に分類するように求められます。この課題は、7歳の子どもが2つの次元に基づいてカードを同時に分類することができなかったという研究結果から、より難しいものと思われます。これらの子どもたちは2つの次元に別々に焦点を当てていましたが、11歳になると、子どもたちはこれら2つの次元に基づいてカードを同時に分類できるようになりました。これは、7歳から11歳の間で認知の柔軟性が高まっていることを示しています。[ 12 ] [ 16 ]

ウィスコンシンカード分類テスト(WCST)は、個人の抽象的推論能力と、必要に応じて問題解決戦略を変更する能力を判断するために使用されます。[ 24 ]
このテストでは、参加者に複数のカードが提示されます。カードに描かれた図は、色、数量、形が異なります。参加者はカードを一致させるように指示されますが、どのように一致させるかは指示されません。ただし、特定の一致が正しいか間違っているかは伝えられます。一致ルールを切り替える能力が測定されます。通常、9歳から11歳の子どもは、このテストに必要な認知的な柔軟性を示します。[ 3 ] [ 21 ]
ストループテストは、カラーワードネーミングテストとも呼ばれます。このテストでは、デッキに3種類のカードがあります。「カラーカード」にはさまざまな色のパッチが表示され、参加者はできるだけ早くそれらを識別するように求められます。「ワードカード」には、黒と白のインクで印刷された色の名前が表示され、参加者は再びできるだけ早くそれらの名前を答えるように求められます。最後のカードタイプは「カラーワードカード」で、色の名前が矛盾する色のインクで印刷されています(たとえば、REDという単語が黄色で印刷されます)。参加者は、矛盾する色の名前を無視して、インクの色を答える必要があります。各カードの基本スコアは、参加者が口頭で応答するのにかかる合計時間(秒)です。[ 25 ]通常、インクの色が色の名前と一致しない場合、単語の色を答えるのに時間がかかり、エラーも多くなります。このような状況では、大人は子供よりも反応に時間がかかる傾向がある。なぜなら、大人は単語の実際の色に敏感であり、印刷された矛盾する色の単語を答える際に、その色に影響されやすいからである。
認知の柔軟性の根底にあるメカニズムの理解は、現在の研究テーマである。それは、さまざまな形で現れる分散型脳機能の捉えどころのない特性である。機能的磁気共鳴画像法(fMRI)を用いたヒトの研究と光遺伝学を用いた動物の研究により、認知の柔軟性は、前頭前皮質(PFC)、前帯状皮質(ACC)、後頭頂皮質(PPC) 、基底核、視床など、協調して働くさまざまな脳領域に依存していることが示されている。[ 5 ] [ 26 ] [ 27 ]
The regions active during engagement of cognitive flexibility depend on the task and various factors involved in flexibility that are used to assess the behavior, as flexible thinking requires aspects of inhibition, attention, working memory, response selection, and goal maintenance.[9] Several studies using task switching paradigms have demonstrated the complexities of the network involved in cognitive flexibility. Activation of the dorsolateral PFC has been shown during resolution of interference of irrelevant task sets.[28] Another study further extended these results by demonstrating that the level of abstractness of the switch type influenced recruitment of differing regions in the PFC depending on whether the participant was asked to make a cognitive set switch, a response switch, or a stimulus or perceptual switch. A set switch would require switching between task rules, as with the WCST, and is considered to be the most abstract. A response switch would require different response mapping, such as circle right button and square left button and vice versa. Lastly, a stimulus or perceptual set switch would require a simple switch between a circle and a square. Activation is mediated by the level of abstractness of the set switch in an anterior to posterior fashion within the PFC, with the most anterior activations elicited by set switches and the most posterior activations resulting from stimulus or perceptual switches.[26] The basal ganglia is active during response selection and the PPC, along with the inferior frontal junction are active during representation and updating of task sets called domain general switching.[29] Network energy analysis revealed that the frontoparietal and dorsal attention networks primarily operate efficiently during cognitive flexibility, while the salience network and subcortical structures exhibit moderate levels of efficiency in supporting this function.[30] Task-based functional magnetic resonance imaging (fMRI) studies have provided detailed insights into the key brain regions involved in cognitive flexibility, including the inferior frontal junction and areas within the midcingulo-insular network, such as the insular cortex and dorsal anterior cingulate cortex, emphasizing their critical role in adapting to changing task demands.[31]
Children can be strikingly inflexible when assessed using traditional tests of cognitive flexibility, but this does not come as a surprise considering the many cognitive processes involved in the mental flexibility, and the various developmental trajectories of such abilities. With age, children generally show increases in cognitive flexibility which is likely a product of the protracted development of the frontoparietal network evident in adults, with maturing synaptic connections, increased myelination and regional gray matter volume occurring from birth to mid-twenties.[32]
Diminished cognitive flexibility has been noted in a variety of neuropsychiatric disorders such as anorexia nervosa, obsessive–compulsive disorder, schizophrenia, autism, and in a subset of people with ADHD.[33][34] Each of these disorders exhibit varying aspects of cognitive inflexibility. For example, those with obsessive–compulsive disorder experience difficulty shifting their attentional focus as well as inhibiting motor responses.[35] Children with autism show a slightly different profile with deficits in adjusting to changing task contingencies, while often maintaining the ability to respond in the face of competing responses.[36] Potential treatments may lie in neurochemical modulation. Juveniles with anorexia nervosa have marked decreases in set-shifting abilities, possibly associated with incomplete maturation of prefrontal cortices associated with malnutrition.[37] One can also consider people with addictions to be limited in cognitive flexibility, in that they are unable to flexibly respond to stimuli previously associated with the drug.[38]
The elderly often experience deficits in cognitive flexibility. The aging brain undergoes physical and functional changes including a decline in processing speed, central sensory functioning, white matter integrity, and brain volume. Regions associated with cognitive flexibility such as the PFC and PC atrophy, or shrink, with age, but also show greater task-related activation in older individuals when compared to younger individuals.[39] This increase in blood flow is potentially related to the evidence that atrophy heightens blood flow and metabolism, which is measured as the BOLD response, or blood-oxygen-level dependence, with fMRI. Studies suggest that aerobic exercise and training can have plasticity inducing effects that could potentially serve as an intervention in old age that combat the decline in executive function.[40]
Cognitive flexibility and other executive function skills are crucial to success both in classroom settings and life. A study examining the impact of cognitive intervention for at-risk children in preschool classrooms found that children who received such intervention for one to two years significantly outperformed their peers. Compared to same-age children who were randomly assigned to the control condition (a literacy unit developed by the school district), preschoolers who received intervention achieved accuracy scores of 85% on tests of inhibitory control (self-discipline), cognitive flexibility, and working memory.[41] Their peers in the control (no intervention) condition, on the other hand, demonstrated only 65% accuracy. Educators involved in this study ultimately opted to implement the cognitive skills training techniques instead of the district-developed curriculum.
Further indicative of the role cognitive flexibility plays in education is the argument that how students are taught greatly impacts the nature and formation of their cognitive structures, which in turn affect students' ability to store and readily access information.[4] A crucial aim of education is to help students learn as well as appropriately apply and adapt what they have learned to novel situations. This is reflected in the integration of cognitive flexibility into educational policy regarding academic guidelines and expectations. For example, as outlined in the Common Core State Standards Initiative, a standards-based education reform developed to increase high school graduation rates, educators are expected to present within the classroom "high level cognitive demands by asking students to demonstrate deep conceptual understanding through the application of content knowledge and skills to new situations."[42] This guideline is the essence of cognitive flexibility, and a teaching style focused on promoting it has been seen to foster understanding especially in disciplines where information is complex and nonlinear.[43] A counterexample is evident in cases where such material is presented in an oversimplified manner and learners fail to transfer their knowledge to a new domain.
認知の柔軟性を活かした代替的な教育アプローチとして、ハイパーテキストが挙げられます。これは、コンピュータ支援型の指導でよく用いられます。コンピュータは、複雑なデータを多次元的かつ一貫性のある形式で提示することを可能にし、ユーザーは必要に応じてそのデータにアクセスできます。ハイパーテキストの最も広く使われている例はインターネットであり、インターネットは相互接続(ハイパーリンクなど)によって情報を動的に提示します。したがって、ハイパーテキスト文書には、ノード(情報の断片)と、これらのノード間の経路であるリンクが含まれます。教員養成への応用例としては、ビデオ指導に基づく教員研修セッションがあり、新任教師は熟練教師が識字ワークショップを実施する映像を視聴します。この例では、新任教師はコース内容のレーザーディスク(ハイパーテキスト文書)を受け取り、学習者は自己主導的にコンテンツにアクセスしました。このような認知の柔軟性を活かすハイパーテキスト(CFH)は、学習者にとって教材を「三次元的」かつ「オープンエンド」な形で表現し、新しい情報を取り込み、既存の知識とのつながりを形成することを可能にします。[ 44 ] CFHを指導ツールとして有効かどうかを判断するにはさらなる研究が必要ですが、認知柔軟性理論がこのように適用される教室では、生徒が領域を超えて知識を転移する能力が高まるという仮説が立てられています。
この分野の研究者たちは、グループでの問題解決活動を取り入れ、より高度な思考を要求する教授法を提唱している。[ 45 ]このプロセスでは、まず教師が1つの質問をさまざまな方法で提示する。次に、生徒は教師と、また生徒同士でその問題について話し合い、質問をする。これらの質問を作成する際に、生徒は積極的にブレインストーミングを行い、既有知識を思い出す。この時点で、教師は議論されている問題の具体的な条件を提示し、生徒は自分の既有知識と仲間の知識を合わせて解決策を生み出す必要がある。
認知の柔軟性とビデオゲームの研究には、全く異なる応用例が見られます。オランダの研究者たちは、「精神的柔軟性」という名目でこの特性を調べたところ、一人称視点シューティングゲーム(例:コール オブ デューティ、バトルフィールド)のプレイヤーは、ゲームをしない人よりも一連の指標で「精神的柔軟性」が高いことを観察しました。[ 46 ]研究者たちは、ビデオゲームのプレイは、しばしばグロテスクな内容のため議論の的になる可能性があるものの、そのようなゲームの効果を活用することで、さまざまな集団(例:認知機能の低下に直面する高齢者)で同様の利益が得られる可能性があり、したがって社会的に意義があると主張しています。
Several online programs marketed to those seeking to increase cognitive ability have been created to enhance "brain fitness", including cognitive flexibility.[47][48][49]
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