紧挨在大脑半球后方小脑似乎总不如它的邻居受到的关注多。不同于大脑掌管人类的智力、思想和规划，并将我们人类与其他物种拉开距离。小脑，如同它的字面意思，长久以来被认为仅仅是帮助我们保持平衡及呼吸。

不过，近日发表于Nature上的一项研究颠覆了我们的传统观念。来自斯坦福研究人员表明，小脑内的神经元能够响应并学习期望奖赏。这向长期以来一直被忽视的小脑研究迈出了第一步，并且为那些对认知根源感兴趣的科学家们开辟了的研究道路。

1　传统思维：小脑和思考没啥关系

长期以来，科学家们一直认为，小脑帮助控制肌肉，主要是因为小脑受伤所产生的后果。该研究的共通讯作者，斯坦福大学神经科学研究所的著名华人科学家骆利群说：“如果你小脑被破坏，那么你第一个症状就是运动协调缺陷。”

诚然，有一些研究暗示小脑可能有更重要的作用。但科学家们很难弄清楚这背后的机制，部分原因是由于组成小脑的大部分神经元很难研究。这些这些神经元被称为颗粒细胞（granule cell），它们主要功能是把信号传递给浦肯野细胞。颗粒细胞数量庞大，占大脑中神经元的80％——所有的颗粒细胞都塞在小脑里，但是只占了它体积的10%。在这样高密度下，用于记录细胞活性的常规技术不能很好地起作用，并且没有实时研究颗粒细胞的有效方法，对于小脑到底做了些什么，科学家们仍然不清楚。


绿色荧光为颗粒细胞 图片来源：参考文献

2　新技术开启新研究领域

Mark Wagner是骆利群实验室的一个博士后研究员，他和Mark Schnitzer实验室的Tony Kim共同完成了这项研究。Wagner期初并没有打算为小脑“正名”，他只想研究小鼠中小脑如何控制肌肉。在这项实验中，Wagner使用了一种新技术，这将允许他实时记录颗粒细胞。

Wagner与Schnitzer的工作让他获得了博士学位，Schnitzer发明了一种新方法在果蝇，老鼠和其他活体动物中成像神经元活动。这种被称为双光子钙成像（two-photon calcium imaging）的方法具有Wagner研究小鼠颗粒细胞活动所需的分辨率。

为了研究运动控制，研究人员必须让小鼠移动。在这个实验中，研究人员让小鼠推动小杠杆，然后给予它们糖水奖励。Wagner记录这个过程中每只小鼠颗粒细胞的活动情况，并试图寻找这些细胞中可能与规划并执行手臂运动相关的活动。

从某种程度上来说，他的想法是对的，当动物运动时，一些颗粒细胞会放电。但是，令人意想不到是，当小鼠在等待糖水奖励时，另一些颗粒细胞也出现放电。当Wagner偷偷地拿走了糖水奖励，还是有其他颗粒细胞放电。

骆利群表示：“这其实是一个侧面观察，这些细胞实际上响应奖励。”

3　将大脑连接在一起

这个发现是一个启示。 50多多年来，科学家们一直认为颗粒细胞以及小脑只执行最基本的功能。但事实上，没有人有工具能仔细观察颗粒细胞的运动，“我们只是不知道。” Wagner说。

现在科学家们能更好地了解到底发生了什么，Wagner的希望是这项研究可以开启新世界的大门。 “鉴于大部分神经元都存在于小脑中，然而将小脑整合到更大的环境中以研究大脑如何处理任务，这方面取得的进展相对较少，并且大部分这种割裂开来的研究都建立在这样的假设上——小脑只参与运动任务。” Wagner说。

“我希望这项研究能允许我们将它与更广泛的大脑区域，如大脑皮层的研究统一起来，我们可以把它们放在一起研究，以弄清楚我们大脑里面发生了什么。”Wager说。

参考资料：

Scientists find a previously unknown role for the cerebellum

Cerebellar granule cells encode the expectation of reward

http://mp.weixin.qq.com/s/GH7kgK4vp02ITKoBej0QVA