Главное преимущество произвольных движений — возможность формировать практически неограниченное разнообразие двигательных актов, адаптируясь к требованиям задачи и среды. А главный недостаток в том, что они тормозят высшие функции коры, конкурируя с ними за вычислительные ресурсы.

Поэтому при многократных повторах параметры движений запоминают мозжечок и базальные ядра (БЯ, базальные ганглии), которые постепенно берут на себя исполнение моторных программ. Сначала они лишь помогают коре больших полушарий, корректируя и стабилизируя движение, а затем частично «подменяют» корковый контроль, разгружая кору для решения других задач.

Причем, на МРТ хорошо прослеживается увеличение объёма мозжечка (коры мозжечка) у спортсменов, требующих высокой точности и координации. Базальные ядра также показывают структурные изменения, но менее выраженные.​

Мозжечок и базальные ядра (БЯ, базальные ганглии) выполняют дополняющие друг друга функции в системе моторного контроля.

Мозжечок обеспечивает точную настройку и калибровку движений: он сравнивает планируемые и фактические двигательные акты, формирует внутренние модели движений и запоминает параметры мышечных сокращений — силу, скорость, последовательность активации мышц — для их воспроизведения без постоянного сознательного контроля.

Базальные ядра отвечают за выбор, инициацию и последовательную организацию моторных программ: они фильтруют конкурирующие двигательные команды, запускают подходящие паттерны, поддерживают рутинные движения без участия коры и обеспечивают плавные переходы между элементами — от отдельных жестов до сложных двигательных последовательностей.

В упрощённом виде можно сказать, что мозжечок «точно настраивает» отдельные движения, а базальные ядра — «решают, что и когда запускать» и как последовательно соединять эти движения в устойчивые моторные программы.

То есть, мозжечок запоминает отдельные движения (их параметры). А базальные ядра берут на себя их запуск и переключения. При этом, кора больших полушарий существенно освобождается от этих задач. Поэтому можно, например, ехать на велосипеде и разговаривать одновременно.

Для ловкости особенно важно именно такое перераспределение контроля: чем больше базовые двигательные паттерны (бег, изменение направления, остановка, прыжок) автоматизированы, тем больше ресурса остаётся у префронтальной коры и сенсомоторных зон для анализа ситуации, принятия решений и быстрой перестройки тактики. Без надёжной автоматизации базовых программ сложная ловкость превращается в хаотичный набор произвольных усилий, перегружающих когнитивную систему.

Несколько примеров того, как взаимодействуют мозжечок и БЯ:
При игре на пианино мозжечок корректирует ошибки — точность попадания по клавишам. А ядра — запускают программу, «пальцы сами играют» (в случае клавиатуры — печатают).
При езде на велосипеде мозжечок отвечает за баланс и координацию, а БЯ запускают программу езды, когда вы садитесь на велосипед.
В футболе, БЯ — это общий рисунок игры, тип движений, темп, а мозжечок — отдельны движения, траектории, углы.
В танце БЯ — общая хореография и переходы, а мозжечок — отдельные движения.

Маршрут сигнала, при переходе от сознательного к автоматизированному, движению, меняется так:

При новом движении:

1. Префронтальная кора — формирует намерение, «хочу взять предмет».
2. Премоторная кора и SMA (дополнительная моторная) — строят план движения (какие мышцы, в какой последовательности).
3. Первичная моторная кора (M1) — отправляет нисходящие команды к спинному мозгу.
4. Обратная связь от мозжечка — корректирует ошибки по ходу движения.

Здесь движение требует внимания, концентрации, большой активности в префронтальной коре.

При автоматизированном движении:

1. Базальные ядра — запускают нужную моторную программу из памяти (вместо того чтобы строить её заново).
2. Мозжечок — обеспечивает плавность и точность исполнения (сверка внутренней модели с реальностью).
3. Моторная кора всё ещё активна, но она получает готовую программу и работает более «экономично».
4. Префронтальная кора практически не участвует — внимание больше не нужно.

Базальные ядра инициируют программу, мозжечок обеспечивает точность, а M1 исполняет движение, задействовать ресурсы префронтальной коры не нужно.

Двигательная (процедурная) память обычно более устойчива, чем эпизодическая и часть ассоциативной: даже при длительных перерывах навыки, сформированные в детстве (например, езда на велосипеде), сохраняются и быстро восстанавливаются. Для спортивной практики это означает, что базовые моторные паттерны, однажды качественно освоенные, служат фундаментом для дальнейшего развития ловкости и координации.

Отчасти это связано с тем, что мозжечок и базальные ядра, — это эволюционно более древние структуры. Они существуют с момента появления позвоночных, а неокортекс — это приобретение млекопитающих, то есть сформировался он примерно на 300 млн лет позже. У эволюции было время на оптимизацию.

И действительно, эти структуры характеризуются высокой плотностью нейронов. Мозжечок, занимая лишь небольшую часть объёма головного мозга (около 10%), содержит значительную долю его нейронов — по оценкам, сопоставимую или превышающую половину (по некоторым данными 70-80%) от общего числа. Это подчёркивает его роль как «вычислительного центра» тонкой моторной настройки.

Но есть и еще одна важная причина такой надежности двигательной памяти — тормозная система.

Автоматизация двигательных программ идет на двух уровнях:

1. Двигательное обучение.
2. Адаптация тормозной системы.

Двигательное обучение, как и любое другое, основано на формировании синаптических связей. В мозжечке и базальных ядрах особенно много участков синаптической пластичности и они очень устойчивы. После установки связей, формирования моделей движений такие программы трудно стираются.

Адаптация тормозной системы, растормаживание — основной и отличительный принцип работы мозжечка (и базальных ядер).

В отличие от сенсорных систем, где важно не потерять сигнал, в двигательных системах, наоборот, эволюционно важно не допустить лишних движений. Так как случайные движения могут привести к летальному исходу.

Поэтому в двигательных центрах огромную роль играют тормозные нейроны. Все двигательные нейросети «залиты» торможением. И чтобы движение было запущено, важно не просто передать двигательный сигнал, но еще и затормозить тормозной блок.

Как это устроено на уровне нейронов, на примере мозжечка.
В нём команду на сокращение подают глубокие ядра мозжечка. Но над ними, как страховка от запуска движений, висит постоянный тормозной блок.

Этот блок реализуют клетки Пуркинье — крупные нейроны коры мозжечка (одни из самых крупных клеток организм вообще) с чрезвычайно разветвлённой дендритной сетью и тысячами синапсов. Они являются основным выходом коры мозжечка и оказывают постоянное тормозное влияние на глубокие ядра, используя гамма‑аминомасляную кислоту (ГАМК) как медиатор. В покое это создаёт своего рода фоновую «тормозную завесу», предотвращающую спонтанные неконтролируемые движения. Для запуска движения требуется не только активировать двигательные центры, но и частично снять это торможение: уменьшить активность клеток Пуркинье и тем самым разрешить выход сигнала из глубоких ядер.

При повреждении мозжечка, зачастую, нарушается именно эта «тормозная завеса». Движения становятся более резкими, иногда вообще спонтанными, избыточно сильными.

Тормозят клетки Пуркинье, растормаживая движение (торможение второго порядка) звёздчатые и корзинчатые нейроны.

По мере многократных повторений происходит модификация «входных синапсов» клеток Пуркинье и они начинают затормаживать всё хуже. Фоновая завеса начинает снижаться. То есть, чем больше наработано движение, тем меньшую тормозную завесу нужно преодолевать для его старта.

И с этим связан тот факт, что правильной технике движений проще научиться с нуля, чем переучиться с неправильной. При устоявшихся неправильных паттернах мозжечок уже адаптировал тормозную систему под их воспроизведение: фоновое торможение для этих движений частично снижено. Поэтому при переучивании требуется не только сформировать новый паттерн, но и подавить старые синаптические связи и тормозные настройки, что делает процесс заметно более длительным и энергоёмким. А это, с учетом прочности двигательной памяти, существенно дольше и труднее.

Таким образом, обучении движению строится одновременно и на запоминании параметров движения, и на точечном снятии торможения с сильной тормозной сети.

В базальных ядрах организация несколько сложнее, в них идет конкуренция двух путей, активации или торможения. Но суть та же: тормоз — это основной механизм, и запуск движения требует выключения торможения.

При этом базальные ядра не ограничиваются моторной функцией: они являются важным узлом дофаминовой системы вознаграждения и участвуют в формировании эмоциональной оценки результата действий — от удовлетворения до разочарования. Именно дофамин‑зависимая модуляция синаптических связей в базальных ядрах укрепляет успешные двигательные программы и ослабляет неуспешные, повышая прочность двигательной памяти и выбор эффективных паттернов.