小脑是大脑皮层下位于大脑后部的一个区域，被发现支持运动和肌肉控制，以及记忆、学习和其他精神功能。一些神经科学研究假设，小脑通过联想学习来完善人类和其他哺乳动物的动作，但这一假设尚未得到证实。

 

科罗拉多大学医学院的研究人员最近开展了一项研究，通过改变小鼠小脑的活动来探索这种可能性，并观察这对整体神经活动和小鼠伸手行为的影响。他们的研究结果发表在《自然-神经科学》（Nature Neuroscience）杂志上，为小脑参与运动控制提供了新的有价值的见解。

 

开展这项研究的研究人员之一阿比盖尔-佩恩（Abigail Person）告诉《医学快讯》（Medical Xpress）：“小脑被我们这些研究它的人视为一个可控的电路--它与大脑的其他部分隔开，但又通过孤立的输入-输出通路与大脑的其他部分相连。”

 

“这一结构特征使得人们很容易识别信息在通过小脑的输入、中间和输出层时的'转换'，本质上就是识别一种计算。对延迟眼睑条件反射等行为的研究利用了这一特点，并确定了小脑回路通过联想学习将环境中的事件联系起来的方式。”

 

成熟的理论和过去的实验证据一再表明，动物可以学会将声音或闪烁的光等中性感觉线索（即条件刺激）与痛苦或快乐的体验（即非条件刺激）联系起来。这就是所谓的联想学习。

 

Person 和她的同事们最近研究的主要目的是探索小脑的联想学习是否可能是某些肢体动作（尤其是伸手行为）的学习和协调的基础。他们在小鼠身上进行了实验，发现小鼠可以将爪子伸向前方抓取食物或触摸周围的其他东西。

 

“运动协调（需要小脑）的标志之一是，运动的早期部分与运动的后期部分是有组织的，也就是说，它们不是生涩的、时间上无序的，”Person 说。“此外，如果运动校准不当，这些关系也会发生变化。如果这是真的，那么也许小脑导致协调的方式之一就是将小脑孤立输入所传达的运动早期部分与小脑孤立输出所控制的运动后期部分的运动控制联系起来。”

 

北卡罗来纳大学教堂山分校亚当-汉特曼实验室最近的一项研究发现，可以通过改变小脑的输入活动来破坏小鼠的伸手行为。Person和她的团队的研究受到了这一观察结果以及小脑如何学习和协调运动的理论预测的启发。

 

“我们推断，如果我们在每次触球时都对小脑的这些输入进行修改，使其成为一种'可预测'的扰动，那么该系统也许就能学习并利用这些信息来重新校准和产生协调运动，”Person 解释说。“为了验证这一假设，我们在小脑的输入通路中引入了一种光激活离子通道--channelrhodopsin。这样，当我们用植入的光纤照射小脑时，就能改变小脑的活动。”

 

然后，研究人员利用他们精心设计的系统，在小鼠伸出爪子时短时间触发光脉冲，光脉冲基本上是由伸爪行为触发的。每当小鼠伸出爪子时，该系统就会通过其专用神经通路向小脑输入新的信息。

 

Person说：“正如之前观察到的那样，我们发现伸手行为最初会受到输入刺激的干扰。"然而，通过扰乱每一个触手的活动，我们发现很快触手就变得正常了，即使我们对这些触手进行了刺激。然后，当我们停止刺激时，虽然我们没有刺激，但到达点又被打乱了。这意味着，小脑学会了使用我们通过光遗传刺激提供的新信息，并将其作为运动计划的一部分。”

 

总之，该研究小组的研究结果表明，小脑的联想学习影响了小鼠伸手行为的学习和协调，因此也可能影响包括人类在内的其他哺乳动物。未来，新的研究可能会尝试在其他动物身上验证这一假设，或研究其他动作或运动行为。

 

“我们的研究将延迟眼睑调节等基本联想学习与熟练的运动控制和学习原理联系起来，”Person 补充道。“在接下来的工作中，我们计划研究与教学信号有关的奥秘--它如何检测到什么是错误的，以及它的信号如何导致快速变化。”

 

来源：medicalXpress.com

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