小脑是大脑的第二大皮层，约占大脑神经元的50%。虽然长期以来小脑众所周知的功能是协调运动，保持平衡。然而，有充分的证据表明小脑也参与了大量的非运动功能。人类功能磁共振成像(fMRI)研究显示，小脑在成瘾、社会认知、甚至情感处理相关的活动时非常活跃。同时小脑损伤或切除可导致各种形式的认知障碍和异常的社会行为。此外，越来越多的证据表明小脑也参与到了自闭症谱系障碍(autism spectrum disorder，ASD)、精神分裂症和成瘾中。最近Carta等的研究表明，小脑可以激活腹侧被盖区(ventral tegmental area，VTA)。VTA是一个中脑核团，产生皮质和脑边缘纤维束，向前额叶皮质和腹侧纹状体释放多巴胺。反过来，多巴胺通过调节动机和奖励在认知和情感功能中发挥着基础性作用。这将小脑置于调节大脑状态和社会行为的主要回路中。

Carta等的研究

Carta等来自美国爱因斯坦医学院神经科学系的研究者最近通过小鼠光遗传学实验和三箱社交实验发现：小脑向脑部负责处理和编码奖励机制的区域——腹侧被盖区（VTA）发送直接的兴奋性投射，且该通路的活性为小鼠的社会性所必需，这表明小脑在控制奖励机制和社会行为方面有重要的作用。这一成果发表在《科学》杂志上。

为了研究小脑和VTA之间的联系，研究者首先给小鼠的小脑细胞注射疱疹病毒。实验结果表明大脑VTA区域的细胞确实直接与小脑联系。然后，研究人员利用光遗传学证明，刺激小脑神经元可以激活VTA中的细胞。接下来，当研究人员使用三个相互连接的隔间进行类似的小鼠实验时，他们发现被放在一个隔间(“社交室”)里的小鼠遇到熟悉动物的话，相比于旁边的隔间(“客体室”)，小鼠通常在社交室中待的时间更长。但在使用光遗传学使小鼠的小脑-VTA通路失活后，这种偏好便消失了。这与科学家对患有自闭症的动物进行相同测试时观察到的行为一致。

这项研究描述了小脑在控制奖赏回路和社会行为方面一个主要的、以前未被重视的角色，它为我们正在进行的理解小脑对认知和情感的贡献提供了一个非常重要的基石。因此，进一步探索小脑-VTA回路可能在将来帮助科学家治疗各种疾病。

行为可以被定义为以某个目标为中心而协调发生的一系列植物神经和运动执行改变。有几个要素参与到了行为响应中，这些要素一直以来被分归于大脑的不同区域。经典理论认为，大脑皮层起着规划和决策的作用; 基底神经节控制行为选择，动机和奖励; 小脑协调运动行为; 海马体负责空间导航。虽然这些模式化的观念可能有助于让我们对行为反应是如何产生的形成概念，但它们还是过于简化了，因为脑回路在多个层面上都相互连接，并通过神经调节系统相互影响——这已被Carta等近期的研究所证实。

大脑皮质通过多个神经回路与小脑形成双向连接。在人类，这些回路既包括运动皮层区域，也包括控制认知、情感、注意力和社会行为的区域。这些非运动区域占到了小脑与脑皮质间神经纤维连接的80%以上，这些神经纤维束通过小脑深核和丘脑在小脑和大脑皮质之间传输。

小脑的典型作用模式已经被表征为运动协调。大脑皮层将运动计划详细描述为预期的感觉状态，通过下行路径传递到小脑。在小脑，该计划将与通过传入途径得到的实际感觉状态进行比较。根据运动学习理论，通过这种比较，小脑回路学会了将运动错误降到最小化。有人认为，这个过程还可以扩展到认知和情感域。

在功能性磁共振成像（functional magnetic resonance imaging，fMRI）研究中，根据受试者执行任务的性质，小脑的不同区域被激活。小脑前区在接收到运动指令时被激活，而小脑后区和大脑半球被激活是在我们看到由他人执行的动作时，来评估感觉知觉和感受情绪。此外，在静息态功能性磁共振成像研究中，小脑与大脑皮层的几个区域和海马均显示出一样的激活。

令人惊讶的是，最近研究人员发现小脑调节动机和奖励的过程通常归因于基底神经节。研究发现：在小鼠中，来自小脑顶核的单突触连接直接调节大脑腹侧被盖区的活性。通过这种方式，小脑得以调节与决策、情绪控制和注意力转换相关的功能，显示小脑直接与基底神经节相连通。研究结果揭示了一个更复杂的场景：两个主要的皮质下环路协调大脑中的多巴胺功能。

研究表明：小脑-腹侧被盖区连接的功能障碍可能是多巴胺能系统失调疾病发生的原因，包括ASD和精神分裂症，以及诸如药物成瘾的病症。这些有趣的发现需要在人类中进行验证，新的研究发现开辟了解释小脑功能、以及了解社交行为和相关病理的新途径，并提供了找到这些疾病新疗法的可能。

（编译：李伟）

参考文献：Science 2019;363:eaav0581

Science 2019;363:229