Nature：神经科学家发现了小脑的全新作用

小脑--最为人所知的大脑区域之一—虽然体积只占大脑的十分之一，但却包含整个脑部50%的神经元。即使有很强的处理信息能力，小脑的作用被认为在自觉意识的范围之外，而不是协调躯体活动，例如站立和呼吸。但是现在神经科学家发现它对于奖赏回应也很重要。奖赏回应是驱使和塑造人类行为的重要动力之一。在之前的几个世纪，小脑区域被认为与运动机能和感觉输入有关。现在，不仅新的研究可能性被发现，而且我们还了解了小脑神经元—即“颗粒细胞”—是通过之前没预料到的方式发挥作用的。“即使有很多神经元位于小脑，关于小脑是如何参与大脑任务的研究进展却很少，这很大程度是由于之前关于小脑只与运动任务有关的假设，”来自斯坦福大学的研究人员Mark Wagner说。“我希望这项研究能使我们将关于其他脑部区域的研究统一起来，比如关于大脑皮质的研究。我们将它们放在一起。”小脑位于大脑后部，它和运动皮质含有大量的联结。运动皮质为大脑前额皮质的一个区域，它与规划、控制和自发运动的执行有关。即使之前已经有小脑与认知过程—例如注意力与语言功能—有关联的提示，之前关于颗粒细胞的研究仅仅将它们联系到基本感觉和运动功能上。这确实是合理的，因为你经常看见一个小脑受损的人会难以保持平衡，难以展现精细的运动能力，例如抓取和直立。“如果一个人的小脑中有中断，你注意到的第一件事就是运动协调缺陷。”研究者之一，Liqun Luo说。但可能还有相当多的其他事情发生在这个区域。人类大脑包含约600亿个小脑颗粒细胞—这超过所有大脑神经元的总和—关于它们的研究是非常困难的。为了弄清小脑是如何控制小鼠肌肉的，斯坦福大学的研究团队使用了一种叫做“双光子钙成像“的全新的技术来观察颗粒细胞，这项技术使他们能够记录神经元的实时活动。你可以在文章配图上看到这种成像的结果，亮绿色部分并不是假色，而是绿色荧光蛋白（GFP）。这种荧光蛋白由发光动物（例如水母）体内自然产生，因为它能够被加到基因组里且对细胞没有损害，所以常被用于工程，例如“Glofish“和氖鼠。这种技术也让研究人员对特定细胞的活动实时追踪变得容易许多，仅仅植入发光生物体的DNA，它就会在每次转录为RNA或装配入蛋白质时点亮。为了看GFP能在小鼠身体里揭示什么，研究人员通过当他们推动横杠就给它们送糖水的方式使它们运动。他们希望看见当这些肢体动作发生时小脑里的情况，但是令人惊讶的是，颗粒细胞和糖水触发的奖赏反应有关联！据该团队解释，有些颗粒细胞的确在小鼠推动横杠时亮了，但是另一组颗粒细胞是在小鼠等待奖励到来时点亮的。当他们把奖励去掉，另一组颗粒细胞此时点亮。“这其实是一个侧面观察，它们居然对奖励有回应！” Luo说。正如Jessica Hall指出，这并不是我们 第一次 发现一个大脑区域同时与运动协调和奖赏回应有联系，位于前脑底部的基底神经节，也同时被两种功能驱动。这个新研究提示我们：小脑也具有相当的复杂性。当然，这些研究结果目前仅在小鼠身上被观察到，在我们对人体进行实验之前，我们不能确定同样的情况会发生在人身上。但是小脑被认为是具有最多远古进化谱系的大脑区域之一，它在所有类别的脊椎动物种都有相似的牵连方式，所以我们在人脑中看到类似结果的几率很大。这提醒了我们，哺乳动物大脑是几乎无限复杂的，当人类乐于区隔事物的时候，我们在冒着失去缜密性的风险。

原始出处： Mark J. Wagner, Tony Hyun Kim, Joan Savall, Mark J. Schnitzer, Liqun Luo. (2017) Cerebellar granule cells encode the expectation of reward. Nature. doi:10.1038/nature21726

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