導讀

　　人們對小腦的認識往往與身體平衡，肌肉伸張，運動調節(jié)有關。但與多研究都暗示小腦可能與更高級的大腦功能也存在關聯(lián)。近日，來自斯坦福大學的一項研究利用新技術觀察小腦中的顆粒細胞為這種猜想提供了有力證據(jù)——小腦能夠編碼獎勵期望。這項研究發(fā)表于Nature上。

　　緊挨在大腦半球后方小腦似乎總不如它的鄰居受到的關注多。不同于大腦掌管人類的智力、思想和規(guī)劃，并將我們?nèi)祟惻c其他物種拉開距離。小腦，如同它的字面意思，長久以來被認為僅僅是幫助我們保持平衡及呼吸。

　　不過，近日發(fā)表于Nature上的一項研究顛覆了我們的傳統(tǒng)觀念。來自斯坦福研究人員表明，小腦內(nèi)的神經(jīng)元能夠響應并學習期望獎賞。這向長期以來一直被忽視的小腦研究邁出了第一步，并且為那些對認知根源感興趣的科學家們開辟了的研究道路。

　　傳統(tǒng)思維：小腦和思考沒啥關系

　　長期以來，科學家們一直認為，小腦幫助控制肌肉，主要是因為小腦受傷所產(chǎn)生的后果。該研究的共通訊作者，斯坦福大學神經(jīng)科學研究所的著名華人科學家駱利群說：“如果你小腦被破壞，那么你第一個癥狀就是運動協(xié)調缺陷。”

　　誠然，有一些研究暗示小腦可能有更重要的作用。但科學家們很難弄清楚這背后的機制，部分原因是由于組成小腦的大部分神經(jīng)元很難研究。這些這些神經(jīng)元被稱為顆粒細胞(granule cell)，它們主要功能是把信號傳遞給浦肯野細胞。顆粒細胞數(shù)量龐大，占大腦中神經(jīng)元的80%——所有的顆粒細胞都塞在小腦里，但是只占了它體積的10%。在這樣高密度下，用于記錄細胞活性的常規(guī)技術不能很好地起作用，并且沒有實時研究顆粒細胞的有效方法，對于小腦到底做了些什么，科學家們?nèi)匀徊磺宄?/p>

　　新技術開啟新研究領域

　　Mark Wagner是駱利群實驗室的一個博士后研究員，他和Mark Schnitzer實驗室的Tony Kim共同完成了這項研究。Wagner期初并沒有打算為小腦“正名”，他只想研究小鼠中小腦如何控制肌肉。在這項實驗中，Wagner使用了一種新技術，這將允許他實時記錄顆粒細胞。

　　Wagner與Schnitzer的工作讓他獲得了博士學位，Schnitzer發(fā)明了一種新方法在果蠅，老鼠和其他活體動物中成像神經(jīng)元活動。這種被稱為雙光子鈣成像(two-photon calcium imaging)的方法具有Wagner研究小鼠顆粒細胞活動所需的分辨率。

　　為了研究運動控制，研究人員必須讓小鼠移動。在這個實驗中，研究人員讓小鼠推動小杠桿，然后給予它們糖水獎勵。Wagner記錄這個過程中每只小鼠顆粒細胞的活動情況，并試圖尋找這些細胞中可能與規(guī)劃并執(zhí)行手臂運動相關的活動。

　　從某種程度上來說，他的想法是對的，當動物運動時，一些顆粒細胞會放電。但是，令人意想不到是，當小鼠在等待糖水獎勵時，另一些顆粒細胞也出現(xiàn)放電。當Wagner偷偷地拿走了糖水獎勵，還是有其他顆粒細胞放電。

　　駱利群表示：“這其實是一個側面觀察，這些細胞實際上響應獎勵。”

　　將大腦連接在一起

　　這個發(fā)現(xiàn)是一個啟示。 50多多年來，科學家們一直認為顆粒細胞以及小腦只執(zhí)行最基本的功能。但事實上，沒有人有工具能仔細觀察顆粒細胞的運動，“我們只是不知道。” Wagner說。

　　現(xiàn)在科學家們能更好地了解到底發(fā)生了什么，Wagner的希望是這項研究可以開啟新世界的大門。 “鑒于大部分神經(jīng)元都存在于小腦中，然而將小腦整合到更大的環(huán)境中以研究大腦如何處理任務，這方面取得的進展相對較少，并且大部分這種割裂開來的研究都建立在這樣的假設上——小腦只參與運動任務。” Wagner說。

　　“我希望這項研究能允許我們將它與更廣泛的大腦區(qū)域，如大腦皮層的研究統(tǒng)一起來，我們可以把它們放在一起研究，以弄清楚我們大腦里面發(fā)生了什么。”Wager說。

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