体性感覚の再影響における短時間の時間的摂動は、知覚および神経減衰を破壊し、補足的な運動面積脳の接続を増加させます

感覚フィードバックの固有の遅延は、運動制御に有害な場合があります。補償戦略として、脳は、運動コマンドのコピーに基づいて、順方向モデルを介して動きの感覚的結果を予測します。これらの予測を使用して、脳は体性感覚の再誤りを減衰させて、除外情報の処理を促進します。理論的には、この予測的な減衰は、予測された再生と実際の再誤りの間の（最小限でさえ）時間的誤差によって破壊されます。しかし、以前の神経画像研究では、除去されていない再feRifferent入力が障害入力とは対照的であるため、このような混乱の直接的な証拠は不足しています。ここでは、心理物理学と機能的な磁気共鳴イメージングを組み合わせて、体性感覚の再誤りのタイミングにおける微妙な摂動が予測処理を破壊するかどうかをテストしました。28人の参加者（14人の女性）が、右人差し指でセンサーをタップすることにより、左の人差し指にタッチを生成しました。左の人差し指の接触は、2本の指の接触の時刻または時間的摂動（つまり、153 msの遅延）の近くで配信されました。このような短い時間的摂動により、知覚レベルと神経レベルの両方での体性感覚再生の減衰が混乱し、知覚的変化に比例する小脳とのより大きな体性感覚および小脳応答、およびより弱い体性感覚的接続性につながることがわかりました。これらの効果は、将来のモデルが摂動した体性感覚再生を予測的に減衰させることができないと解釈します。さらに、摂動中に補助運動領域と小脳との接続性の増加が観察されました。これは、運動中心への時間的予測誤差の戻りを示す可能性があります。これらの遅延に対抗するために、運動制御理論は、脳が私たちの動きの体性感覚的結果のタイミングを予測し、その時に受け取った感覚を減衰させると仮定しています。したがって、自己生成されたタッチは、同じ外部タッチよりも弱いと感じます。ただし、予測されたおよび実際の体性感覚フィードバックの間の微妙な時間誤差がこの予測的減衰が不明のままであること。このようなエラーにより、それ以外の場合は減衰タッチがより強く感じられ、体性感覚応答が強くなり、体性感覚領域との小脳のつながりが弱まり、モーター領域とのこの接続性が向上することがわかります。これらの発見は、運動領域と小脳領域が、私たちの動きの感覚的結果に関する時間的予測を形成する際に基本的であることを示しています。

Intrinsic delays in sensory feedback can be detrimental for motor control. As a compensation strategy, the brain predicts the sensory consequences of movement via a forward model on the basis of a copy of the motor command. Using these predictions, the brain attenuates somatosensory reafference to facilitate the processing of exafferent information. Theoretically, this predictive attenuation is disrupted by (even minimal) temporal errors between the predicted and actual reafference; however, direct evidence of such disruption is lacking since previous neuroimaging studies contrasted nondelayed reafferent input with exafferent input. Here, we combined psychophysics with functional magnetic resonance imaging to test whether subtle perturbations in the timing of somatosensory reafference disrupt its predictive processing. Twenty-eight participants (14 women) generated touches on their left index finger by tapping a sensor with their right index finger. The touches on the left index finger were delivered close to the time of the two fingers' contact or with a temporal perturbation (i.e., 153 ms delay). We found that such a brief temporal perturbation disrupted the attenuation of the somatosensory reafference at both the perceptual and neural levels, leading to greater somatosensory and cerebellar responses and weaker somatosensory connectivity with the cerebellum, proportional to the perceptual changes. We interpret these effects as the failure of the forward model to predictively attenuate the perturbed somatosensory reafference. Moreover, we observed increased connectivity of the supplementary motor area with the cerebellum during the perturbations, which could indicate the return of the temporal prediction error to the motor centers.Significance statementOur brain receives somatosensory feedback from our movements with a delay. To counteract these delays, motor control theories postulate that the brain predicts the timing of somatosensory consequences of our movements and attenuates sensations received at that time. Thus, a self-generated touch feels weaker than an identical external touch. However, how subtle temporal errors between the predicted and actual somatosensory feedback perturb this predictive attenuation remains unknown. We show that such errors make the otherwise attenuated touch feel stronger, elicit stronger somatosensory responses, weaken cerebellar connectivity with somatosensory areas, and increase this connectivity with motor areas. These findings show that motor and cerebellar areas are fundamental in forming temporal predictions about the sensory consequences of our movements.