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。



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