（图片来源：sbtlneet/Pixabay）
很久以来，小脑，这一拳头大小的位于大脑基部的稠密构造，并没有得到神经科学家的太多关注。
在大约两个世纪里，科学界认为小脑（cerebellum)（拉丁意为“小的脑子”）包含了脑部一半左右的神经元，它仅仅负责对运动的控制。然而最近几十年，这一主流观点开始被颠覆，因为研究人员已经从细节上揭示了这个结构在认知、情绪处理和社会行为上的作用。
法国生理学家Marie Jean Pierre Flourens(1794–1867)的研究可以看出其对小脑有着长期的浓厚兴趣。Flourens去除了鸽子的小脑，发现它们虽然还能动，却无法保持平衡。基于这些观察，他得出了小脑负责协调运动的结论。“（这）使得小脑参与对运动的协调成为了教条，”阿尔伯塔爱因斯坦医学院的神经科学家Kamran Khodakhah说，他补充道：“很多年以来，我们忽视了一些迹象，这些迹象显示出它还参与了其他事情。”
关于小脑具有更广泛功能的最有力证据之一出现在大约20年前，麻省总医院的神经病学家Jeremy Schmahmann描述了小脑的认知情感综合征，诸如抽象推理和情绪调节的障碍等行为改变会出现在小脑受到损伤的个体身上。随后一系列的研究就被展开了。人类神经成像的研究显示，小脑参与了认知处理和情感控制——并且对动物的研究揭示，在所有事情中，这个结构对社交和认知能力的正常发展尤为重要。研究人员也将发生了改变的小脑功能与成瘾、自闭症和精神分裂联系到了一起。
虽然很多发现都指出小脑在奖赏行为和社交行为中都起着重要的作用，却没有一种明确的神经学机制能解释这种联系。本周发表在《科学》杂志上的新研究论证了一条神经通路可以控制这两种行为，它直接连通了小脑和腹侧被盖区（VTA）——脑部关键的愉悦中枢之一。“这项工作有助于绘制出连接着小脑与社交及奖赏处理的回路，”Julie Fiez说，她是匹兹堡大学的认知神经科学家，没有参与这项研究，“我觉得这真的太让人激动了。”
Khodakhah是该研究的作者之一，他一直把研究重心放在小脑在运动协调上所起的作用，直到在审查拨款时偶然发现了有关该结构非运动功能的文献。他被小脑与自闭症及成瘾之间的联系所启发，决定弄清小脑是否会直接与腹侧被盖区交流，该脑区早已证明和这些病症相关。
他的实验室早期的研究已经暗示了小脑与脑部其他部分之间可能存在着意想不到的联系。尤其是在检测小鼠肌张力障碍（一种导致肌肉失控的运动疾病）的脑回路时，Khodakhah的团队发现，小脑直接与基底神经节（影响运动、激励和奖赏功能）交流来控制复杂的运动。以前普遍认为的是，为了协调这些运动，这两个脑区会通过皮质来交流，皮质这一区域负责计划和做决定之类的高级任务。Khodakhah说：“它驱使着我们去关注小脑对其他脑结构的直接控制。”
为了探寻小脑与腹侧被盖区之间的联系，Khodakhah的团队首先向小鼠的小脑细胞中注入了疱疹病毒，这种病毒携带着荧光标记，就像移动的哨兵一样跨过突触（脑细胞之间的小间隙）。实验显示腹侧被盖区的神经元被发光的标记点亮，说明这一区域的细胞确实正在接受直接来自于小脑的连接。然后，借助光遗传学（一种允许科学家们用闪烁的光束来激活或关闭神经通路中特定细胞的技术），研究人员证明了刺激小脑神经元能够激活腹侧被盖区的细胞。
接下来，该团队测试了这一回路是否能影响奖赏行为和社交行为。他们发现当小鼠正在探索封闭方形区域的某个象限时，用光遗传学刺激这条神经通路可以使小鼠对这个地点产生强烈偏好。通过激活这条通路，科学家们也能够让这种夜行性啮齿动物爱上明亮的隔间，尽管它们天生偏爱黑暗。“这些发现让人觉得这条通路会影响成瘾行为，”Khodakhah说。他指出，后一个实验已经被广泛地应用于研究动物的药物依赖性，并且他的团队也在计划着更深入的研究。未来的实验可能会给啮齿动物提供可卡因，来观察抑制小脑和腹侧被盖区之间的这条通路是否可以控制成瘾行为。
研究人员用相互连通的三个房间设置了相似的小鼠实验，他们得到了一个很有意思的发现。这些小鼠会在一个隔间（社交房间）中碰到一只熟悉的朋友，在它旁边则有一个空的房间（物体房间）。小鼠们普遍喜欢花更多的时间呆在社交房间中。但是在使用光遗传学阻止了小脑-腹侧被盖区通路的活动以后，它们的偏好消失了，科学家们在患有自闭症的动物模型上进行了同样的测试，也观察到了如出一辙的行为。
有趣的是，该团队发现刺激这处回路并没有增加这些啮齿动物与陌生动物的交流。在作者看来，他们观察到的现象暗示着这条通路未必会增强亲社会行为，反倒是将没有生命的物体当做和他人互动一样有益。“这项(研究）对小脑确实参与了高级的非运动功能的控制做出了最为清晰和有趣的论证，”意大利帕维亚大学的神经生理学家Egidio D’Angelo说，他并未参与此次研究但曾为这篇论文写过评论。“不过研究是在老鼠身上做的，我们现在必须看一下同样的情况会不会发生在人身上。”
Schmahmann也没有参与到研究中，他强调，这些发现证明了科学家们几十年前首次提出的通路是存在的。“看到（这项研究）我很开心，”他补充道，“我们不断尝试着（理解）小脑对认知和情感的贡献，他们则为此提供了重要的基石。”
对小脑-腹侧被盖区更深入的探索有朝一日将帮助科学家治疗各种疾病，Khodakhah如是说。我们可以借助某些技术来调控这条回路，比如对患有成瘾或者自闭症的个体进行经颅磁刺激或是深层脑刺激。不过在这类干预变成现实之前还需要做更多的研究——现在，Khodakhah的团队计划在小鼠身上测试其中的几种方法。
“这对于小脑研究真的是激动人心的一刻，”Khodakhah说道了，“我觉得在接下来这些年里，我们将会看到小脑在非运动功能上起着越来越明显的作用，（比如）认知和情绪的处理。”
翻译：卢大山
审校：杨青
作者：Diana Kwon（一位报道科学新闻的自由记者）
引进来源：科学美国人
京公网安备11010502039775号
