駱利群院士Nature發文顛覆傳統：小腦，不僅僅控制平衡

緊挨在大腦半球後方小腦似乎總不如它的鄰居受到的關注多。不同於大腦掌管人類的智力、思想和規劃，並將我們人類與其他物種拉開距離。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，近日發表於Nature上的一項研究顛覆了我們的傳統觀念。來自斯坦福研究人員表明，小腦內的神經元能夠響應並學習期望獎賞。這向長期以來一直被忽視的小腦研究邁出了第一步，並且為那些對認知根源感興趣的科學家們開闢了的研究道路。

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傳統思維：小腦和思考沒啥關係

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生的後果。該研究的共通訊作者，斯坦福大學神經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，那麼你第一個癥狀就是運動協調缺陷。」

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後的機制，部分原因是由於組成小腦的大部分神經元很難研究。這些這些神經元被稱為顆粒細胞（granule cell），它們主要功能是把信號傳遞給浦肯野細胞。顆粒細胞數量龐大，佔大腦中神經元的80％——所有的顆粒細胞都塞在小腦里，但是只佔了它體積的10%。在這樣高密度下，用於記錄細胞活性的常規技術不能很好地起作用，並且沒有實時研究顆粒細胞的有效方法，對於小腦到底做了些什麼，科學家們仍然不清楚。

綠色熒光為顆粒細胞 圖片來源：參考文獻

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新技術開啟新研究領域

Mark Wagner是駱利群實驗室的一個博士後研究員，他和Mark Schnitzer實驗室的Tony Kim共同完成了這項研究。Wagner期初並沒有打算為小腦「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發明了一種新方法在果蠅，老鼠和其他活體動物中成像神經元活動。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解析度。

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槓桿，然後給予它們糖水獎勵。Wagner記錄這個過程中每隻小鼠顆粒細胞的活動情況，並試圖尋找這些細胞中可能與規劃並執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。」

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將大腦連接在一起

這個發現是一個啟示。 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。

現在科學家們能更好地了解到底發生了什麼，Wagner的希望是這項研究可以開啟新世界的大門。 「鑒於大部分神經元都存在於小腦中，然而將小腦整合到更大的環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，並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域，如大腦皮層的研究統一起來，我們可以把它們放在一起研究，以弄清楚我們大腦裡面發生了什麼。」Wager說。

參考資料：

Scientists find a previously unknown role for the cerebellum

Cerebellar granule cells encode the expectation of reward

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