长期以来，小脑这个位于大脑底部、致密且拳头大小的结构，一直没有受到神经科学家的重视。
大约两个世纪以来，科学界一直认为小脑（拉丁语意为“小脑袋”），它包含大约大脑一半的神经元，专门负责控制运动。然而，近几十年来，情况开始转变，研究人员揭示了这个结构在认知、情绪处理和社交行为中的作用细节。
人们对小脑的长期兴趣可以从法国生理学家玛丽·让·皮埃尔·弗卢朗（Marie Jean Pierre Flourens，1794–1867）的工作中看出。弗卢朗切除了鸽子的小脑，发现这些鸟变得不平衡，但仍然可以移动。基于这些观察，他得出结论，小脑负责协调运动。“[这]确立了小脑参与运动协调的教条，” 阿尔伯特·爱因斯坦医学院的神经科学家Kamran Khodakhah说，并补充道：“多年来，我们忽略了表明它也参与其他事情的迹象。”
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关于小脑更广泛作用的最有力的证据之一出现在大约二十年前，当时马萨诸塞州总医院的神经科医生Jeremy Schmahmann在发现小脑受损的个体出现抽象推理和情绪调节障碍等行为变化后，描述了小脑认知情感综合征。从那时起，这项研究领域不断扩大。已经有人类神经影像学研究表明，小脑参与认知处理和情绪控制——动物研究还揭示，除其他外，该结构对于社交和认知能力的正常发展非常重要。研究人员还将小脑功能改变与成瘾、自闭症和精神分裂症联系起来。
尽管许多这些发现表明小脑在奖励相关行为和社交行为中都起着重要作用，但解释这种联系的清晰神经机制仍然缺乏。本周发表在《科学》杂志上的新研究表明，一条直接将小脑与腹侧被盖区（VTA）——大脑主要的快乐中心之一——联系起来的通路可以控制这两个过程。“这项工作有助于阐明连接小脑与社交和奖励处理的回路，”匹兹堡大学的认知神经科学家Julie Fiez说，她没有参与这项研究。“我认为这真的很令人兴奋。”
Khodakhah是这项研究的作者之一，在审阅拨款申请时偶然发现了关于小脑非运动功能的文献之前，他的工作一直专注于小脑在运动协调中的作用。由于对小脑与自闭症和成瘾等疾病的联系感到好奇，他开始调查小脑是否可能与VTA（大脑中先前与这些疾病相关的区域）直接沟通。
他实验室早期的研究暗示，小脑与大脑的其他部分之间可能存在意想不到的联系。具体而言，在检查小鼠肌张力障碍（一种导致无法控制的肌肉收缩的运动障碍）的潜在脑回路时，Khodakhah的团队发现小脑直接与基底神经节（参与运动、动机和奖励功能）沟通，以控制复杂运动。以前人们认为，为了协调此类动作，这两个大脑区域通过皮层（负责计划和决策等高阶任务的区域）进行沟通。“这真的激励我们开始研究直接的小脑对其他大脑结构的操纵，”Khodakhah说。
为了研究小脑和VTA之间的联系，Khodakhah的团队首先将疱疹病毒注射到小鼠的小脑细胞中，疱疹病毒充当移动哨兵，在携带荧光标签的同时跳过突触——脑细胞之间微小的间隙。这项实验显示，VTA中的几个神经元被发光标记点亮，表明该大脑区域的细胞确实正在接收来自小脑的直接连接。然后，研究人员使用光遗传学（一种允许科学家用闪光打开或关闭神经通路中特定细胞的方法）证明，刺激小脑神经元可以激活VTA中的细胞。
接下来，该团队测试了该回路是否可以影响奖励相关行为和社交行为。他们发现，当小鼠探索方形围栏的一个象限时，用光遗传学刺激该通路会导致它们对该地点产生强烈的偏好。通过激活该通路，科学家们还能够驯化啮齿动物（夜行动物）偏好探索明亮的隔间，尽管它们天生偏爱黑暗的地方。“这些发现表明，该通路可能与成瘾行为有关，”Khodakhah说。他指出，后一个实验已广泛用于研究动物的药物成瘾，他的团队计划进行进一步研究。未来的实验可能会向啮齿动物提供可卡因，以观察抑制小脑和VTA之间的通路是否可以操纵成瘾行为。
当研究人员使用三个相互连接的腔室进行类似的小鼠实验时，他们有了一个有趣的发现。小鼠在一个腔室（“社交腔室”）中遇到了一只熟悉的动物。与之相邻的是一个空的腔室（“物体腔室”）。小鼠通常在社交腔室中花费更多时间。但是，在使用光遗传学停用小脑-VTA通路后，这种偏好消失了，这与科学家使用自闭症动物模型进行相同测试时通常观察到的行为相呼应。
有趣的是，该团队发现刺激该回路并没有增加啮齿动物与不熟悉动物的互动。作者认为，这一观察结果表明，该通路不一定增加亲社会行为，而是使无生命物体，例如，与与他人互动一样有奖励。“这项[研究]是最清晰、最有趣的证明之一，表明小脑确实参与了高水平的非运动功能的控制，” 意大利帕维亚大学的神经生理学家Egidio D’Angelo说，他没有参与这项工作，但为该论文撰写了一篇评论。“但这项工作是在小鼠身上完成的——现在我们必须看看这是否发生在人类身上。”
同样没有参与这项研究的Schmahmann指出，这些发现证实了科学家几十年前首次提出的通路的存在。“我很高兴看到[这项研究]，”他补充道。“它们为我们正在进行的[理解]小脑对认知和情感的贡献的尝试提供了另一个非常重要的基石。”
Khodakhah说，进一步探究小脑-VTA回路可能有一天会帮助科学家治疗各种疾病。对于患有成瘾或自闭症的个体，可能会使用经颅磁刺激或深部脑刺激等技术来操纵该回路。但在这些干预措施成为现实之前，还需要进行更多研究——目前，Khodakhah的团队计划在小鼠身上测试其中一些方法。
“对于小脑研究来说，这是一个非常激动人心的时刻，”Khodakhah说。“我认为在未来几年，我们将看到小脑在非运动功能（[例如]认知和情绪处理）中发挥越来越重要的作用。”