あなたは脳波について聞いたことがありますか？ この記事では、脳波とは何か、実験室や教室でどのように測定できるのか、そしてなぜそれらを測定するのが面白いのかを説明します。

脳波: 脳内の電気的活動を測定する

あなたの脳内の細胞はニューロンと呼ばれ、あなたの脳はそれらの約86億を持っています。 これらのニューロンは、教室の学生のように、非常におしゃべりです。 言葉を使う代わりに、ニューロンは生成する小さな電気信号を介して通信します。 これらの信号は波に似た強度で上下に行きます：これらはあなたの脳波です。 脳波を測定するには、脳波計（EEG）と呼ばれる小さな検出器を人の頭の上に置くことができます。 通常、すべてのこれらの電極（最大256！）は、キャップによって所定の位置に保持されているが、携帯機器は、最近、手の込んだ外観のヘッドセットで、より少ない電極を使用することが開発され 脳波は、いずれかのニューロンが生成する電流が小さすぎるため、個々の脳細胞の電気的活動を測定することはできません。 これらの電流は、多くのニューロンが同時に同様の電気信号を送信する場合にのみ測定することができます。 何千人もの人々と音楽祭を想像してみてください。 一人だけが拍手すると、ステージ上のバンドはそれを聞くことはありませんが、全体の観客が同時に拍手すると、彼らは確かにそうなります。

脳の波：遅いと速い

脳の波は速度が異なります。 あなたは、海の大きな波として遅い脳波を考えることができ、船を上下に動かし、速い脳波は水面の小さな波紋として考えることができます。 私たちが脳波を使用すると、同時に起こっている速くて遅い脳波の混合物が得られます。

ではなぜこれが面白いのですか？

非常に目を覚まし、まだ夢のようではない、早朝に自分自身を想像してみてください。 その瞬間に脳波を測定した場合、比較的遅い脳波が表示されます。 今、あなたが激しく焦点を当て、試験を受けて学校にいると想像してみてください。 このような状況では、我々はより速い脳波を検出するかもしれません。 これらの例は、脳波の速度があなたがいる状態に関連していることを示しています。 脳波の速度は周波数と呼ばれます。 脳波を使用して異なる周波数範囲を識別することができます。 たとえば、デルタ範囲は、1秒に1〜4回上下する比較的遅い脳波、または周波数の単位である1〜4ヘルツ（Hz）に対応します。 図1は、周波数範囲（周波数帯域とも呼ばれます）の概要と、それらがあなたの精神状態にどのように関係するかを示しています。

遅いと高速を超えて：イベント関連の電位

脳波周波数帯域は非常に興味深いですが、すべての質問がそれらを調 たとえば、あなたが聞いた言葉を脳がどのように理解しているのか、それが衝動をどのように制御しているのかを知りたいのであれば、妹があなたを怒らせた場合、あなたの妹を殴っていないようなものですか？ このような質問のために、研究者は別の方法で脳波を分析する：イベント関連の可能性、またはERPを計算することによって。 ERPは、単語を読んだり、衝動を制御したりするなど、特定のイベントに対する電気的な脳の応答です。 ERPＰ法では，これらの特定の事象によって引き起こされるＥＥＧ信号の部分を調べた。 この方法を使用するために、参加者が脳の特定の機能、例えばインパルス制御を研究するように特別に設計されたコンピュータ化されたタスクを実ここでは、”Go/No-Go”タスクと呼ばれるこのようなタスクの説明を示します（図2）。 別の文字は、画面上に一つずつ表示されます。 “X”は”ボタンを押す”ことを意味します（Go！）、および”O”は”ボタンを押さない”ことを意味します（No Go！). このタスクの”X”は”O”よりもはるかに頻繁に提示されるため、参加者は自動的に文字が画面に表示されるたびに応答する準備をします—”O”であっても、参加者は”O”の場合にボタンを押す衝動を制御する必要があります。 あなたは彼らが最も興味を持っている文字を推測することはできますか？P>

研究者は、参加者がボタンを押す衝動を制御する必要があるときであるため、”O”に対する脳波応答に最も興味があります。 「O」に対する脳の応答を調べるために、研究者は「O」の各提示に対する脳波応答を単離し、これらすべての応答を一緒に平均化する。 この特定のイベントに対する平均化されたEEG応答はERPであり、インパルスを制御しようとする脳の試みを反映しています。 ERPをふるいとして計算し、関心のないEEG信号の部分をフィルタリングし、研究者が最も興味を持っている信号だけを残すプロセスについて考えるこ実験室実験の限界

科学者たちは、実験室で脳波やERP実験を行うことから、脳がどのように機能するかについて多くのことを学んできました。 私たちがそのような実験をするとき、私たちは通常、人々がコンピュータ化されたタスクを実行するときに脳の活動を測定します。 このようなタスクは、例えば、単語の読み取り、算術演算、またはインパルスの制御など、特定の脳機能を測定するように設計されています。 通常、そのような実験室の仕事は、私たちが日々の生活の中で行うこととはかなり異なっています。たとえば、インパルス制御を研究するために使用される頻度の高い”X”とまれな”O”を持つタスクについて考えてみましょう。

たとえば、インパルス制御を研究するために使用される頻度の高い”X”とまれな” これは、あなたの先生が指示を与えている間に他の学生と移動したりチャットしたりする衝動を制御するのと同じですか？ 脳波ラボでは、あなたは静かな部屋に一人で座って、ボタンを押したり、時にはボタンを押さないようにしようとするような作業をしています。 この実験室の実験では、脳がどのように衝動を制御するかについていくつかのことを教えてくれますが、子供たちが学校で衝動にどのように対処す これは実験室の実験の限界です: 彼らはむしろ不自然な状況で脳の活動を測定します。

教室でポータブルEEGを使用して

研究室で勉強することは困難である人間の行動のもう一つの側面は、人々がお互いに相互作用する方法、例えば、学生が学校でお互いに相互作用する方法です。 実験室での実験は、この質問に答えるには非常に限られていますが、ポータブル脳波の最近の発展は、現在、科学者が実験室の外で脳研究を行うことを可これはまさにニューヨーク大学の研究者チームが最近行ったことです。

彼らは地元の高校と提携し、11の生物学の授業中に教師と学生のグループの脳活動を測定しました（図3A）。 各レッスンでは、講義、教育ビデオ、グループディスカッションなど、さまざまな学習活動に参加しました。 研究者らは、これらの教室での活動中に、学生の脳波が同期していることを発見しました。 言い換えれば、彼らの脳波は、同期して、一緒に上下に行きました。 さらに興味深いことに、より多くのクラスに従事していると報告した学生は、他の学生とさらに同期していました（図3B）。P>

ポータブル脳波デバイスは、研究だけでなく、教育目的にも使用できるため、エキサイティングです。 ニューヨーク大学で開発された神経科学高校のプログラム「BrainWaves」では、学生は脳波を使って自分の脳について、そして神経科学がどのように機能するかにつ 学生は自分の研究プロジェクトを開発するために科学者と協力します。 たとえば、脳波を使用して、有名な顔や有名でない顔の画像に脳がどのように反応するか、または音楽を聴くことが集中力にどのように影響するか

ポータブル脳波は、実験室の脳波研究を置き換えるために発明されていませんでした。 むしろ、それは日々の状況で脳のプロセスに関する洞察を提供することによって、研究室の研究を補完します。 しかし、より自然な環境で脳を研究する利点には、いくつかのトレードオフがあります。 ポータブルEEGによって収集されたデータの品質は、ポータブルデバイスがはるかに少ない電極を持っており、参加者がより多くの周りを移動するため、 また、研究室外の環境は研究者の管理下にないため、実験結果を解釈するのがより困難になる可能性があります。

これはSfのように聞こえますか？

だから、このすべてを読んだ後、あなたはどう思いますか？

あなたはあなたの教室で脳波デバイスを身に着けていることに興味がありますか、またはあなたはこれが少し怖いと思っていますか？ まあ、あなたを安心させるために、これまでのところポータブル脳波は、脳活動の一般的な尺度を提供するだけです。 脳波は確かにあなたの心を読むことができません。 だから、あなたはあなたが今まであなたの学校でこれらの脳波デバイスのいずれかを置く場合、研究者やあなたの先生が自分の考えを読むことがで 私たちは、心の読書はまだsfであることをあなたを安心させたいです！EEGデバイスを製造および販売するいくつかの商業企業は、EEGが異なる脳波の強さを読み、これを”集中”または”気を取られた”にデコードすることによって、学生を監視するために使用できると主張しています。”我々は、これは様々な理由のために、非常に良いアイデアだとは思いません。 まず、脳波信号が脳機能の観点から何を意味するのかを十分に理解する前に、より多くの研究を行う必要があります。 第二に、学生は必ずしもすべての時間を集中する必要はありません。 私たちは、脳も休息するためにいくつかの時間を必要とし、心の放浪は、実際に学習のために有用であることを知っています。

結論

ポータブルEEGデバイスは、教室のような自然環境で脳がどのように機能するかを研究する能力など、いくつかの素晴らしい機会を提 彼らはお互いに相互作用している間、ポータブルEEGは、一度に複数の人々の脳活動を測定するために使用することができるように、自然な状況での脳の研究は、特に、社会的相互作用の私たちの理解に利益をもたらすことができます。 さらに、ポータブル脳波は、脳がどのように機能するかを学生がよりよく理解するのにも役立ちます。 しかし、科学は小さなステップで進歩するので、私たちはsf映画のための心の読書を残してみましょう、そしてその間に我々はこれまで現実になりた

用語集

脳波：同時に活動しているニューロンのグループによって生成される電流のサイクル。

ニューロン：電気信号を送信することによって相互に通信するあなたの脳内の細胞。

ニューロン：電気信号を送信することによって相互に通信

EEG：脳波検査、電極と呼ばれる小さな検出器がキャップまたはヘッドセットを使用して人の頭皮に置かれる技術。

EEG：脳波検査、電極と呼ばれる小 EEGは同じような電気信号を同時に送信するニューロンのグループの電気活動を測定する。電極：頭皮に配置された検出器で、脳内のニューロンによって生成された電流を記録するために脳波で使用されます。

電極：頭皮に配置された検出器。周波数：脳波の速度;脳波が1秒で上下に行く回数。ヘルツ（Hz）単位の周波数の単位;1Hzは毎秒1サイクルを意味します。

周波数：脳波の速度;脳波が1秒で上下に行く回数。周波数帯域：特定の精神状態に関連する脳波周波数の範囲。

周波数帯域：特定の精神状態に関連する脳波周波数の範囲。

周波数帯域：特定の精神状態 例えば、1-4Hzの範囲の周波数はデルタバンドと呼ばれ、深い睡眠に関連しています。ERP：イベント関連電位、EEGを使用して測定。

ERP：イベント関連電位、Eegを使用して測定。

ERPは、音を聞いたり、単語を読んだりするなど、特定のイベントに対する電気的な脳の応答です。 ERPメソッドでは、参加者は、関心のある特定のイベントが頻繁に繰り返されるコンピュータ化されたタスクを実行します。 これらの事象によって引き起こされるＥＥＧ信号の部分は一緒に平均化される。 この平均化により、ランダムな脳活動が平均化され、脳波の関連部分が残る。同期：脳波が一緒に上下に行くとき。

同期：脳波が一緒に上下に行くとき。

同期： これは、1つの脳内（例えば、脳の異なる部分からの脳波）または脳間のいずれかであり得る。 この後者の例は、脳と脳の同期と呼ばれています。

利益相反

著者らは、この研究は、潜在的な利益相反と解釈される可能性のある商業的または財政的関係がない場合に行われたと宣言し

謝辞

このコレクションの記事の翻訳を支援してくれた人たちに、英語圏以外の国の子供たちがよりアクセスしやすいようにし、記事を翻訳 NAはオランダ語にこの記事を翻訳しました.

図2のイラストはDikkerらから転載されています。 、著作権（2017）、エルゼビアからの許可を得て。

私たちは、EARLIとJacobs財団が資金を提供し、教育神経科学研究における新興フィールドグループPortable Brain Technologiesのメンバーと資金提供者に感謝したいと思います。 NAおよびTJは、欧州研究評議会（＃716736）からの開始助成金によってさらに支援されています。

BrainWavesプログラムは、米国国立一般医学研究所の科学教育パートナーシッププログラムの支援を受けて開発されました。