The cerebellum supports two systems for understanding others in early childhood

문제 정의
소뇌는 타인의 정신 상태를 추론하는 능력인 마음 이론(Theory of Mind, ToM)의 기여자로 점점 더 주목받고 있다. 그러나 사회적 인지의 '발달' 측면에서 소뇌의 구체적인 역할은 여전히 명확히 이해되지 않은 상태이다. 명시적 ToM(틀린 믿음에 관한 언어적 추론)은 보통 3세에서 5세 사이에 나타나지만, 언어 이전 단계의 영유아와 어린 아이들은 이미 비언어적으로 타인의 행동을 예측하는 능력을 보여준다. 소뇌가 성숙하고 명시적인 정신 상태 추론만을 지원하는 것인지, 아니면 이러한 초기 단계의 비언어적 형태의 사회적 이해를 뒷받침하는 것인지도 불분명하다. 나아가, 이러한 서로 다른 사회적 인지 능력들이 공유된 소뇌 기질에 의존하는지, 혹은 대뇌 피질에서 나타나는 전형적인 ToM 네트워크와 살리언스(salience)/행동 관찰 네트워크 사이의 해리(dissociation)와 유사하게 분리된 소뇌 기질에 의존하는지도 알려져 있지 않다.

연구 방법론
본 연구는 명시적 ToM이 출현하는 결정적 시기인 3~4세 아동을 대상으로 명시적 ToM과 비언어적 행동 예측의 구조적 소뇌 상관관계를 조사하였다.

• 데이터셋: 주요 분석에는 T1 가중치 MRI와 행동 데이터를 포함하는 ToMAP 데이터셋($N=37$, 3~4세)을 활용하였다. 독립적인 재검증 데이터셋(Richardson et al., $N=41$)은 명시적 ToM 결과 검증에 사용되었다. 세 번째 데이터셋(Baby Connectome Project, $N=31$)은 전조 증상으로서의 공동 주의(joint attention)를 조사하는 데 사용되었다.
• 행동 과제:
  • 명시적 ToM: 스캐너 외부에서 수행되는 틀린 믿음 과제(캐릭터의 틀린 믿음을 바탕으로 행동을 예측함)를 통해 평가되었다.
  • 비언어적 행동 예측: 안구 추적 과제를 통해, 에이전트(agent)가 물건을 찾을 위치를 예측하는 방식(에이전트의 틀린 믿음을 바탕으로 함)으로 평가되었다.
  • 통제 변수: 생물학적 성별, 연령, 전체 소뇌 부피, 그리고 광범위한 인지 능력(집행 기능, 언어, 일반 인지)을 통제하여 분석하였다. 한 과제의 수행 능력이 다른 과제의 분석 시 통제됨으로써 특이성을 확보하였다.
• 영상 분석:
  • 소뇌 처리: 소뇌 영역을 분리하고 SUIT 템플릿에 맞게 정규화하였다. 특정 영역의 회백질 부피와 과제 수행 간의 연관성을 조사하기 위해 Jacobian 변조를 적용한 VBM(Voxel-based morphometry)을 수행하였다.
  • 대뇌 처리: 대뇌 피질을 분할하고 CAT12를 사용하여 정규화하였다.
  • 공변산 분석: 특정 관심 영역(ROI) 내의 소뇌 회백질 부피와 과제 수행 간의 상호작용을 테스트하는 일반 선형 모델을 사용하여 소뇌-대뇌 구조적 공변 패턴을 식별하였다.
  • 검증: 성인 소뇌 지도(MDTB) 및 휴지기 네트워크를 통해 결과를 맥락화하였다. 재검증되지 않은 비언어적 예측 결과의 견고성은 leave-one-out 및 bootstrap 리샘플링을 통해 평가하였다.

주요 결과

1. 분리된 소뇌 기질:
   • 명시적 ToM: 명시적 틀린 믿음 과제 수행도가 높을수록 특히 좌측 Crus II의 회백질 부피가 컸다. 이 결과는 독립적인 Richardson 데이터셋에서도 재현되었다. 이 클러스터들은 성인 ToM 네트워크의 지도와 유의미하게 겹쳤다.
   • 비언어적 행동 예측: 높은 수행도는 양측 로불(lobule) VIIB 및 **후방 벌럼(posterior vermis)**에 위치한 별개의, 중첩되지 않는 클러스터와 관련이 있었다. 이 영역들은 성인의 행동 관찰 및 살리언스 처리 네트워크의 지도에 해당한다.
2. 분리된 소뇌-대뇌 공변성:
   • ToM 시스템: Crus II 부피와 ToM 수행 간의 상호작용은 우측 측두두정접합부(TPJ) 및 양측 상측두구(STS)를 포함한 전형적인 대뇌 ToM 영역과의 구조적 공변을 드러냈다.
   • 비언어적 예측 시스템: 로불 VIIB/후방 벌럼 부피와 비언어적 행동 예측 간의 상호작용은 살리언스 처리, 행동 지각 및 사회-정서적 기능을 담당하는 대뇌 영역(예: 대상 피질, 전두엽 피질, 전운동 피질, 체성 감각 피질)과의 공변을 드러냈다. 이러한 패턴은 ToM 공변 클러스터와 중첩되지 않았다.
3. 특이성: 모든 연관성은 일반적인 인지, 집행 및 언어 능력, 그리고 교차되는 사회적 인지 과제의 수행 능력을 통제한 후에도 유의미하게 유지되었다.

의의 및 주장
본 논문은 두 가지 분리 가능한 초기 사회적 인지 구성 요소를 뒷받침하는 신경해부학적으로 구별되는 소뇌 기질을 식별했다고 주장한다.

1. 명시적 정신 상태 추론에 기반을 둔 시스템(Crus II)은 전형적인 대뇌 ToM 네트워크와의 조화로운 성숙을 통해 성숙한 ToM의 출현을 위한 발판 역할을 하는 것으로 보이며, 이는 대뇌의 전형적인 ToM 네트워크와 협응하며 성숙한다.
2. 초기 단계의 비언어적 행동 예측을 지원하는 시스템(로불 VIIB 및 후방 벌럼)은 돌출된 사회적 단서 및 행동 관찰 처리와 연결되어 있으며, 살리언스 관련 대뇌 네트워크와 결합되어 있다.

저자들은 이러한 결과가 소뇌를 단순히 성숙한 추론만을 위한 기관이 아니라, 여러 단계의 사회적 인지 발달에 기여하는 핵심적인 요소로 자리매김한다고 주장한다. 서로 다른 소뇌 시스템이 각기 다른 형태의 사회적 이해를 뒷받침한다는 것을 입증함으로써, 본 연구는 소뇌가 초기 생애 동안 연결된 대뇌 네트워크의 성숙을 형성하는 데 불균형적으로 큰 역할을 할 수 있음을 시사한다. 저자들은 이러한 결과가 자폐증과 같이 비전형적인 사회적 기능이 특징인 질환에 대한 신경 발달 모델을 정교화하는 데 도움이 될 수 있다고 언급하며, 특정 질환과 관련된 구체적인 소뇌 경로를 식별해 낸다. 결론적으로, 본 연구는 별개의 소뇌 시스템이 성숙한 사회적 이해의 출현을 위한 발판 역할을 하며, 소뇌를 사회적 인지의 단일한 기여자라는 관점을 넘어선 존재로 바라보고 있다.