小脑位于你的后脑勺，是一种大脑结构，在我们如何学习、根据过去的经验调整我们的行为方面发挥着关键作用。然而，这种学习发生的确切方式仍在定义中。尚帕利莫基金会的一个团队领导的一项研究偶然发现了所谓的“僵尸神经元”，为这场争论带来了新的清晰度。这些神经元虽然还活着，但功能发生了改变，有助于增进我们对小脑关键教学信号的理解。

“小脑”一词的意思是“小大脑”，尽管事实上它拥有大脑一半以上的神经元。它对于协调运动和平衡至关重要，可以帮助您顺利执行日常任务，例如在拥挤的街道上行走或进行运动。它对于学习过程也至关重要，它允许您将感官线索与特定动作联系起来。每当你拿起一个杯子而不洒出里面的东西，根据容器的重量和装满程度毫不费力地调整你施加的力的大小时，你就会体验到小脑将视觉信号与相应运动联系起来的能力的后果回应。

大脑的“教学信号”

为了进行学习，小脑不断监视外部世界以及我们在其中所做的运动的结果。当我们犯错误时，有关我们错误的信息可以用来调整大脑连接的强度，随着时间的推移，导致我们对特定线索的行为反应发生变化。然而，目前尚不清楚此类“错误”或“教学信号”如何在大脑中表达以驱动习得的行为变化。尚帕利莫基金会凯里实验室的最新研究发表在《自然神经科学》杂志上，提供了令人信服的证据，表明特定类别的小脑输入(称为攀爬纤维)的活动对于联想学习的发生绝对至关重要。

为了研究攀爬纤维及其目标小脑浦肯野细胞在学习中的作用，研究人员设计了一项涉及小鼠的实验。他们使用了一种称为眨眼调节的常见学习任务。在这项任务中，老鼠学会眨眼以响应某种信号，例如发生事件之前的光，通常是对其眼睛的温和的一股空气。然后，动物表现出联想学习，学习将感觉信号与适应性运动反应(在本例中为眨眼)联系起来。

“在我们的实验中，”该研究的第一作者 Tatiana Silva 博士解释说，“我们使用了一种称为光遗传学的技术。这种方法的功能就像脑细胞的高精度遥控器，利用光在极其特定的时间打开或关闭某些感兴趣的细胞。”席尔瓦继续说道：“攀爬纤维通常会对感官刺激做出反应，就像眼睛看到一股空气一样。通过用光遗传学精确激活这些纤维，我们能够欺老鼠认为它已经接受到了吹气，而事实上它并没有。当我们在视觉提示呈现期间持续刺激攀爬纤维后，即使在没有刺激的情况下，小鼠也学会了眨眼来响应该提示。这证明这些纤维足以驱动这种类型的联想学习”。

作者进一步证明攀爬纤维对于联想学习也是必要的。席尔瓦透露：“当我们在实际吹气的过程中使用光遗传学选择性地沉默攀爬纤维时，小鼠完全无法学会根据视觉提示眨眼”。凯里的团队同样操纵了小脑内的许多其他类型的脑细胞，但发现它们都无法为学习提供如此可靠的教学信号。

“僵尸神经元”的出现

更仔细地观察他们的一些数据，研究人员发现了一个意想不到的变化。为了利用光遗传学操纵攀爬纤维活动，他们使用遗传工具在这些神经元中表达一种名为通道视紫红质-2 (ChR2) 的光敏蛋白。令人惊讶的是，他们发现当他们尝试使用传统的吹气方法来训练表达 ChR2 的小鼠时，这些动物完全无法学习。正如 Carey 解释的那样，在对这些小鼠小脑的神经活动进行系统记录后，“事实证明，将 ChR2 引入攀爬纤维改变了它们的自然特性，阻止它们对标准的感官刺激(如吹气)做出适当的反应。这反过来又完全阻碍了动物的学习能力”。

“值得注意的是，”席尔瓦说，“当我们将攀爬纤维刺激(而不是吹气)与视觉提示结合起来时，这些小鼠的学习效果非常好。”无意中，该团队实现了神经科学中的一个长期目标：调节特定神经元内的特定活动模式，而不完全关闭它们的通信，从而产生更自然的干预来阐明它们的因果作用。换句话说，尽管攀爬纤维仍然保持自发活动，并且在其他方​​面显然具有功能，但它们对感觉刺激的编码改变使动物完全无法学习这项任务。这导致席尔瓦将它们称为“僵尸神经元”：功能上还活着，但不能像往常一样与大脑回路相互作用。

由于 ChR2 表达在攀爬纤维中产生的意想不到的微妙影响，Megan Carey 博士说：“这些结果是迄今为止最令人信服的证据，证明攀爬纤维信号对于小脑联想学习至关重要。我们接下来的步骤包括了解为什么 ChR2 表达会导致神经元“僵尸化”，并确定我们的发现是否可以扩展到其他形式的小脑学习”。似乎即使是不生物也能教给我们一些关于生者世界的知识。