科學家無意發現小腦的全新作用,高密度神經元挑戰數百年理論研究

2021-01-13 環球科學大觀

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小腦是人體腦部中最重要的區域之一，其體積僅為大腦總體積的10％，卻包含了腦部超過50％的神經元！去年，神經科學家發現小腦在獎賞效應中發揮著重要作用，是激勵和塑造人類行為的主要動力之一。這一發現不僅為數百年來主要與運動技能和感官輸入打交道的小腦開闢出新的研究方向，更表明組成大部分小腦顆粒細胞的神經元的作用方式是之前從未預料到的…

一直以來，人們認為小腦是重要的運動調節中樞。以前對小腦顆粒細胞的研究只是將它們與基本的感覺和運動功能聯繫起來，小腦受到破壞首先表現出的是運動協調方面的缺陷。例如一個小腦受損的人無法保持平衡、無法執行精細運動技能（如伸展和抓握）。儘管大腦一半的神經元都存在於小腦中，但基於小腦僅參與運動功能的假設，在將其整合到大腦如何解決問題的研究中仍進展乏力。

大腦額葉中的大腦皮層區域與自發運動的規劃、控制和執行有關，因而小腦與運動皮層保持著大量的神經元連接，將小腦與大腦皮層等備受關注的大腦區域結合起來，使得小腦與認知過程（如注意力和語言功能）的關聯也逐漸被意識到。

為了弄清小腦如何控制小鼠的肌肉，史丹福大學的研究小組使用一種新技術觀察雙光子鈣成像的顆粒細胞，實時記錄神經元的活動。研究人員將對細胞沒有危害的綠色螢光蛋白或 GFP引入到小鼠基因組中，使得更容易實時跟蹤某些細胞的行為活動。研究者們將小鼠體內GFP的插入位置依次調節，並同時提供一次糖水，希望看到小腦中發生的反應。令人驚訝的是，顆粒細胞與糖水引發的獎賞效應之間存在著明顯的聯繫。

小腦被認為是大腦所有區域中最古老的進化譜系之一，並且在所有脊椎動物中以類似的方式連接，所以人類小腦中很有可能有類似的反應。

文/朱張航宇

參考文獻：Cerebellar granule cells encode the expectation of reward, Nature, volume 544, pages 96–100.

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