뇌는 감각 신호가 돌아오기 전 움직임 결과를 미리 계산할까요?

상세 설명

운동계는 운동 기관의 내부 예측 모델을 이용해 음성 피드백만으로 가능한 것보다 더 나은 제어를 할 수 있습니다. 여러 이론은 소뇌가 이러한 예측 표상을 형성할 가능성을 제안해 왔습니다. 이 논문은 이 이론들을 고찰하고, 스미스 예측기(Smith Predictor)라는 공학적 제어 모델을 바탕으로 통합을 시도합니다.

저자들은 소뇌가 두 종류의 내부 모델을 형성한다고 제안합니다. 첫 번째는 팔다리와 근육 같은 운동 기관의 순방향 예측 모델로, 각 움직임이 가져올 감각적 결과를 빠르게 예측합니다. 두 번째는 제어 루프의 시간 지연을 모델링하며, 여기에는 수용기와 효과기의 지연, 축삭의 전도 특성, 인지 처리 지연이 포함됩니다. 이 두 번째 모델은 빠른 예측의 복사본을 지연시켜, 움직임에서 발생한 실제 감각 피드백과 시간적으로 맞춰 비교할 수 있게 합니다. 이 설명에 따르면 비교 결과는 수행 오류를 수정하는 데 쓰이는 동시에, 첫 번째 모델을 학습하기 위한 훈련 신호로도 쓰입니다.

이 고찰은 소뇌가 두 모델을 모두 형성할 수 있다는 근거를 논의하고, 소뇌에 적어도 두 개의 별도 스미스 예측기가 있을 가능성을 제안합니다. 외측 소뇌의 예측기는 시각 좌표계, 자기중심 좌표계 또는 신체 주변 공간 좌표계에서 움직임의 결과를 예측할 것입니다. 중간부 소뇌의 다른 예측기는 운동 좌표계에서 결과를 예측할 것입니다.

저자들은 자율신경 기능과 인지를 포함한 비운동 제어계에 소뇌가 관여한다는 점에 비추어, 스미스 예측기 이론을 일반화하는 방안도 논의합니다.