GN⁺: 소뇌의 기능은 무엇인가?
(sarahconstantin.substack.com)소뇌는 어떤 역할을 하는가?
- 소뇌의 이름은 "작은 뇌"를 의미하며, 큰 뇌 아래에 있는 또 다른 뇌임.
- 소뇌는 균형과 관련된 기능으로 잘 알려져 있으나, 소뇌 질환을 가진 환자들은 다양한 운동 문제를 보임.
- 소뇌 질환 환자들은 손가락을 코에 대거나 박수를 칠 때 떨리는 움직임을 보이고, 눈이 떨리며(안진증), 서거나 걸을 때 앞뒤로 흔들려 넘어질 뻔함.
- 소뇌 질환은 근육의 긴장도 감소, 움직임의 부드러움 결여, 거리 추정 실패(과대 또는 과소 평가), 의도성 떨림(움직임 시작 시 나타나는 고진폭, 상대적으로 느린 떨림) 등을 유발함.
- 소뇌는 운동을 제어하는 데 중요한 역할을 하며, 손상될 경우 운동 능력에 장애가 생김.
소뇌의 구조적 특징
- 소뇌에는 푸르킨예 세포라는 매우 크고 복잡한 뉴런이 존재하며, 이는 소뇌에만 존재함.
- 푸르킨예 세포는 수백 개의 시냅스를 가지고 있는 반면, 대뇌의 뉴런들은 몇 개의 시냅스만을 가짐.
- 소뇌의 대부분 다른 세포들은 작은 입자 세포들로, 이들은 인간 뇌의 전체 뉴런의 절반 이상을 차지함.
- 소뇌는 전체 뉴런의 80%를 포함하고 있으며, 소뇌의 크기는 진화 과정에서 빠르게 성장함.
소뇌의 고유 기능
- 고전적 조건화(파블로프의 개 실험에서 볼 수 있는 것처럼 음식과 연관된 종소리에 대한 개의 침 흘림 반응)는 소뇌에서 발생함.
- 소뇌의 푸르킨예 세포는 단일 세포 학습 능력을 가지고 있으며, 이는 고전적 조건화에 필수적임.
- 소뇌의 푸르킨예 세포들은 자극의 타이밍에 대한 정보도 학습할 수 있음.
소뇌의 측정 기능
- 소뇌의 푸르킨예 세포들은 수량을 학습할 수 있으며, 이는 소뇌 질환의 증상과 관련이 있음.
- 소뇌 질환의 증상 중 하나인 거리 추정 실패(운동의 정확한 거리 및 속도 추정 실패)는 소뇌의 측정 기능과 관련이 있음.
소뇌의 예측 기능
- 소뇌는 예측 또는 준비 기능과 관련이 있으며, 이는 고전적 조건화와 운동 계획 및 순차적 실행에 중요함.
- 소뇌는 빠른, 무의식적인 의도 형성을 통해 다음 단계를 예측하고 준비하는 데 도움을 줌.
소뇌의 다른 동물에서의 역할
- 모든 척추동물은 소뇌를 가지고 있으며, 소뇌는 운동과 감각 인지에 관여함.
- 특히 수중에서 전기 위치 감지 능력을 가진 물고기나 해양 포유류의 소뇌는 확대되어 있음.
소뇌의 구조
- 소뇌는 기능과 기능적 연결성에 따라 대뇌와 밀접한 일대일 대응을 보임.
- 소뇌는 반복되는, 거의 결정체 같은 신경 구조를 가지고 있으며, 이는 빠른 "전방 모델" 생성에 기여할 수 있음.
지능에 대한 재고
- 소뇌는 인간의 높은 지능과 밀접한 관련이 있으며, 인간의 사고와 운동 능력에 중요한 역할을 함.
- 소뇌는 인지 기능과 운동 기능 사이의 연속성에 대한 "체화된 인지" 세계관과 일치함.
GN⁺의 의견:
- 소뇌의 역할은 단순히 균형 유지에 국한되지 않고, 운동 제어, 고전적 조건화, 예측 및 준비, 그리고 수량 학습에 이르기까지 다양함을 알 수 있음.
- 소뇌의 복잡한 구조와 대뇌와의 연결성은 인간의 고유한 인지 능력과 밀접한 관련이 있으며, 이는 인간의 진화 과정에서 중요한 역할을 했을 것으로 추정됨.
- 소뇌의 기능에 대한 이해는 인공 지능과 로봇 공학 분야에서 실시간 행동 제어를 위한 예측 모델링 접근 방식에 영감을 줄 수 있음.
Hacker News 의견
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이 글은 나에게 <i>매우 흥미롭다</i>. 저자가 소개한 소뇌가 담당하는 것으로 추정되는 목록은 내가 유독 서툰 것들의 목록과 일치한다:
- 소뇌가 담당할 것으로 추정되는 기능들에 대한 개인적인 경험 공유
- 조정 능력 부족, 일련의 작업 계획에 어려움, 언어 사용 시 혼동, 글쓰기 방식의 차이 등을 예로 듦
- 이러한 문제들이 생활에 미치는 영향은 경미하거나, 다른 방식으로 보상이 가능하다고 언급
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사람들은 이런 종류의 감각 시스템을 가지고 있지 않지만(그는 전기장을 이용한 3D 환경 감지에 대해 이야기하고 있다), 나는 이중청각이 그런 감각 시스템일 수 있다고 생각한다. 사람을 눈가리개를 하게 한 후 어떤 공간으로 인도하면, 그들은 자신이 야외에 있는지, 작고 텅 빈 방에 있는지, 콘서트홀에 있는지, 가구와 커튼이 있는 방에 있는지 말할 수 있다. 아마도 벽에서 얼마나 떨어져 있는지, 어느 방향인지도 알 수 있을 것이다.
- 이중청각이 특정 공간을 인지하는 감각 시스템이 될 수 있다는 가설 제시
- 눈가리개를 한 사람이 여전히 주변 환경에 대한 정보를 얻을 수 있다는 점을 예로 듦
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정말 멋진 기사다. 신경과학에서 물리적 움직임이 디버깅 계층으로서 얼마나 유용한지를 나는 결코 제대로 인식하지 못했다. 작업 중에 보행, 떨림, 속도, 정확도 등을 관찰함으로써, 비운동 작업에 대한 인지 작용을 더 깊이 이해할 수 있다. 결국 인지는 물리적 차원이 아닌 개념적 차원을 통해 이루어지는 움직임일 뿐이라는 생각이 든다.
- 물리적 움직임이 신경과학에서 인지 기능을 이해하는 데 도움이 될 수 있다는 관점 제시
- 인지 작업이 개념적 차원에서의 움직임이라는 통찰 공유
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이것은 흥미로운 관점이다. 나는 신경과학의 발전 속도가 인공지능(AI)에 비해 느리다는 데 동의하지만, 뇌를 이해하는 것과 지능적인 기계를 만드는 것은 근본적으로 다른 문제라는 점을 지적하는 것이 중요하다고 생각한다. 인간의 뇌는 수십억 개의 상호 연결된 뉴런으로 구성된 매우 복잡한 시스템이며, 우리는 여전히 그 작동 방식을 완전히 이해하기까지 갈 길이 멀다.
- 뇌를 이해하는 것과 AI를 개발하는 것은 서로 다른 문제라는 의견 제시
- AI가 특정 문제를 효율적으로 해결하기 위해 설계되었으며, 뇌의 작동 원리를 완전히 이해하지 않고도 인간의 인지 기능을 모방할 수 있다고 언급
- 신경과학의 발전이 AI의 잠재력을 완전히 발휘하는 데 중요하다고 강조
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"소뇌는 인공지능 접근법, 특히 로봇공학이나 다른 제어 분야에서 영감을 줄 수도 있는데, 실시간 행동을 제어하기 위해 빠른 전달만을 사용하는 예측 모델링 단계를 포함시키는 것이 유익할 수 있다..."
- 소뇌가 AI, 특히 로봇공학과 제어 분야에서 영감을 줄 수 있다는 의견
- 예측 모델링을 사용하여 실시간 행동을 제어하는 것이 유익할 수 있다고 언급
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소뇌가 없는 사람들도 있다. 이것은 사고와 감정에 영향을 미친다.
- 소뇌가 없는 사람들의 존재 언급
- 소뇌가 사고와 감정에 영향을 미친다는 사실 강조
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소뇌는 반복되고 거의 결정체 같은 신경 구조를 가지고 있다:
- 소뇌의 반복되고 결정체 같은 신경 구조에 대한 설명
- 소뇌가 뇌의 FPGA와 같은 역할을 할 수 있다는 소프트웨어 엔지니어 겸 신경외과 전문의의 직관적인 추측 공유
- 소뇌가 일상적인 작업을 빠르고 효율적으로 수행할 수 있도록 특화되어 있으며, 운동 학습이 소뇌의 올바른 연결에 크게 의존한다고 언급
- 기술을 배울 수 있지만 배웠다는 기억은 없는 흥미로운 기억 상실증에 대한 설명
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이 기사에 대한 나의 전반적인 읽기는 그 주장이 아마도 지나치게 자신감이 넘친다는 것이다. 즉, 흥미롭기는 하지만, 소뇌가 전반적인 인지에 어떻게 작용하는지에 대해 몇 가지 결과를 보고 큰 주장을 하고 있는 것 같고, 내 일반적인 생각은 여기서 많은 겸손이 보통 필요하다는 것이다: 간단하고 결정적인 진술은 보통 많은 예외와 설명되지 않은 행동으로 가득 차 있다.
- 기사의 주장이 과도한 자신감을 가질 수 있다는 비판적인 의견
- 소뇌와 인지 기능의 관계에 대한 큰 주장에 대해 신중한 접근이 필요하다고 강조
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왜 정신 기능이 물리적 구성 요소에 국한되어야 하는가?
- 정신 기능이 특정 물리적 구조에 국한될 필요가 있는지에 대한 의문 제기
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전체적으로, 소뇌는 모든 뉴런의 80%를 포함하고 있다!
- 소뇌가 전체 뉴런의 상당 부분을 차지한다는 사실 언급
- 트랜스포머 모델의 MLPs(다층 퍼셉트론)가 각 층의 가중치에서 차지하는 비율과 비교하며 흥미로운 유사성 지적