This thesis explores sensorimotor learning (SL) in the brain, focusing on its efficiency, generalization ability, and resilience to interference. It delves into how the brain's representational capacity (RC) - the number of possible neural representations - influences such aspects of SL. Our theoretical description suggests a direct relationship between RC and learning speed: faster learning tends to occur when the RC is smaller in the information-sending region and larger in the receiving region. Moreover, the description proposes that RC also impacts generalization and interference. MRI experimental findings reveal associations between gray matter volume (GMV) and learning rates. Initial performance is positively correlated with cerebellar GMV and negatively with dorsomedial prefrontal cortex (DMPFC) GMV. Early learning rate shows a positive correlation with dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC) GMV and a negative correlation with cerebellar GMV. Late learning rate correlates positively with thalamic GMV and negatively with cerebellar GMV. These correlations suggest the cerebellum's vital role across different adaptation stages, the prefrontal involvement in early learning, and the thalamus's role in later stages. Functional data further supports those involvements. Additionally, the study finds that conditions favoring rapid learning hinder motor generalization. MRI data shows a negative correlation between generalization and GMV in the cerebellum and putamen, with positive correlations in cortical areas. Interference is negatively correlated with GMV in the caudate nucleus and cerebellum. The theoretical description of RC provides a concise explanation of these intricate findings. In conclusion, this research advances understanding of the impact of GMV on key aspects of human SL and underscores the need for further investigation into the GMV-RC association. The current findings highlight the comprehensive role of the cerebellum, the significance of the prefrontal cortex in early learning, and the contribution of the caudate nucleus in skill re-acquisition, establishing a foundation for understanding the brain's SL capabilities.
이 논문에서는 뇌 영역의 표상 용량(RC)이 감각 운동 학습의 효율성, 일반화 능력, 다양한 작업에서의 간섭 등에 어떤 영향을 미치는지 연구했다. 본 연구의 이론적 서술은 정보를 보내는 영역의 RC가 작고 받는 영역의 RC가 클 때 학습이 빨라질 수 있다고 제안한다. 더불어, RC가 일반화 능력과 간섭에도 영향을 줄 수 있다 제안한다. MRI 실험은 초기 운동 능력은 소뇌 회색질 부피(GMV)와 양의 상관관계, DMPFC와 음의 상관관계를 보이고, 초기 학습 속도는 DLPFC GMV와 양의 상관관계, 소뇌 GMV와 음의 상관관계를 보이며, 후기 학습 속도는 시상 GMV와 양의 상관관계, 소뇌 GMV와 음의 상관관계를 나타내는 것을 관찰했다. 이는 소뇌가 학습 단계 전반에서 중요하며, 전두엽은 초기 학습, 시상은 후기 학습에 영향을 미친다는 것을 의미한다. 또한, 일반화와 소뇌 및 비핵 GMV 사이에 음의 상관관계가 있었고, 피질 영역에서는 양의 상관관계가 나타났다. 간섭과 소뇌 및 꼬리핵 GMV 사이에도 음의 상관관계가 확인되었다. 이러한 결과들은, GMV가 RC에 영향을 준다는 전제 하에, RC의 이론적 서술 결과로 잘 설명된다. 이 연구는 운동 학습에 관한 획기적인 시각을 제공하며, GMV와 RC의 관계에 대한 더 깊은 연구의 필요성을 강조한다.
