我们的小脑核比最初想象的更重要

联想学习一直被认为是由小脑皮层(通常被称为“小大脑”)调节的。然而，荷兰神经科学研究所、伊拉斯谟医学中心和尚帕利莫未知中心合作的新研究表明，事实上，小脑核对这个学习过程做出了令人惊讶的贡献。

如果茶杯正在冒热气，您需要等待一段时间才能饮用。如果你的手指被门夹住，下次你会更加小心。这些是联想学习的形式，积极或消极的经历会导致学习行为。我们知道我们的小脑在这种学习形式中很重要。但这到底是如何运作的呢?

为了研究这个问题，荷兰和葡萄牙的一个国际研究小组(由 Robin Broersen、Catarina Albergaria、Daniela Carulli 以及资深作者 Megan Carey、Cathrin Canto 和 Chris de Zeeuw 组成)对小鼠的小脑进行了研究。研究人员用两种不同的刺激来训练小鼠：短暂的闪光，然后向眼睛轻轻吹气。随着时间的推移，老鼠了解到两者之间存在关联，导致它们在看到闪光时先发制人地闭上眼睛。这种行为范式多年来一直被用来探索小脑的工作原理。

输出中心

如果你观察小脑，你可以区分其中的两个主要部分：小脑皮质(小脑的外层)和小脑核(小脑的内部部分)。这些部分是相互关联的。细胞核是从皮质接收各种信息的脑细胞群。这些细胞核又与控制运动(包括眼睑闭合)的其他大脑区域有联系。本质上，细胞核是小脑的输出中心。

罗宾·布罗尔森(Robin Broersen)：“长期以来，小脑皮层一直被认为是学习眼睑闭合反射和时机的主要参与者。通过这项研究，我们发现小脑核也可以调节眼睑的适时闭合。两个实验室都致力于类似的研究课题，当我们意识到我们工作的协同作用时，我们决定开始一项国际合作，从而产生了本文。

小脑通过不同的连接(所谓的苔藓纤维和攀爬纤维)受到其他大脑区域的影响。在上述实验中，人们认为苔藓纤维携带来自光的信息，而攀缘纤维则携带与吹气相关的信息。然后这些信息汇聚到小脑的皮层和核中。荷兰研究小组研究了联想学习对这些与细胞核的连接的影响，发现苔藓纤维与表现出联想学习的小鼠的细胞核建立了更强的连接。

光激活

与此同时，葡萄牙团队利用光遗传学(一种利用光控制细胞的方法)测试了小脑核的学习能力。Catarina Albergaria：“我们没有使用常规的闪光来训练小鼠，而是直接用光刺激大脑连接，同时将其与眼睛的吹气配对。这使得小鼠在正确的时间闭上眼睑，表明小脑核可以支持适时的学习。为了确保这种学习确实发生在细胞核中，我们在小脑皮层失活的小鼠身上重复了实验。

凯瑟琳·坎托(Cathrin Canto)：“学习时，脑细胞之间的连接会发生变化。尽管如此，目前还不清楚这些变化发生在小脑的哪个部位。因此，我们研究了学习时苔藓纤维和皮质连接发生的情况。我们发现，在学习的小鼠中，从苔藓纤维以及从皮层到细胞核的连接变得更强，而那些没有学习的小鼠则不然。

最先进的技术

坎托继续说道：“我们还通过对活体小鼠核细胞内的电测量来可视化细胞内发生的情况。您可以想象这些细胞非常小，只有 10 到 20 µm。这比人类头发的直径还小。使用带有电极的超细管，我们能够在小鼠执行任务时记录细胞内的电活动，这是一项巨大的技术挑战。

“在经过训练的动物中，光照会导致核细胞内的电活动发生变化：在时间上越接近吹气，细胞就越活跃。从本质上讲，这些细胞已经为即将发生的事情做好了准备，因此即使在抽气发生之前，它们的电活动也足以精确地控制眼睑。

小鼠与人类

布罗尔森：“虽然这项研究使用的是老鼠，但老鼠和人类的小脑的一般解剖结构是相似的。虽然人类有更多的细胞，但我们期望细胞之间的连接以相同的方式组织。我们的结果有助于更好地理解小脑的工作原理以及学习过程中发生的情况。这也让人们更多地了解小脑损伤如何影响功能，这可能会对未来的患者有所帮助。通过使用深部脑刺激刺激与细胞核的连接，也许可以学习新的运动技能。