一項合作研究揭示，小腦核在聯想學習中起著至關重要的作用，這挑戰了以往只關注小腦皮質的觀點。透過光遺傳學和電細胞測量等創新技術，研究顯示了這些小腦核如何促進學習過程，並對人類神經科學產生了影響。

聯想學習一直被認為是由小腦皮質調控的，小腦通常被稱為”小腦”。然而，荷蘭神經科學研究所、伊拉斯姆斯醫學院和尚帕利馬德未知中心合作的一項新研究發現，小腦核其實對這個學習過程做出了驚人的貢獻。

如果茶杯冒著熱氣，你會多等一會兒再喝。如果你的手指被門夾住了，下次你會更加小心。這些都是聯想學習的形式，正面或負面的經驗會導致學習行為。我們知道，小腦在這種學習形式中非常重要。但這究竟是如何實現的呢？

研究方法

為了研究這個問題，由羅賓-布羅森（Robin Broersen）、卡塔琳娜-阿爾貝加利亞（Catarina Albergaria）、丹妮拉-卡魯利（Daniela Carulli）組成，梅根-凱裡（Megan Carey）、卡特琳-坎托（Cathrin Canto）和克里斯-德-澤烏（Chris de Zeeuw）為資深作者的荷蘭和葡萄牙國際研究小組對小鼠的小腦進行了研究。研究人員用兩種不同的刺激對小鼠進行訓練：一束短暫的閃光，然後向小鼠眼睛輕輕吹一口氣。隨著時間的推移，小鼠學會了這兩者之間存在關聯，導致它們在看到閃光時會先發制人地閉上眼睛。這種行為範例多年來一直被用來探索小腦的工作原理。

小腦的結構與功能

如果觀察小腦，可以將其分為兩大部分：小腦皮質（即小腦外層）和小腦核（即小腦內層）。這兩個部分相互關聯。小腦核是一組從大腦皮質接收各種訊息的腦細胞。這些細胞核又與控制動作（包括眼皮閉合）的其他腦區相連。從本質上講，小腦核是小腦的輸出中心。

研究的藝術詮釋。明亮的藻類代表苔蘚纖維–與河豚互動的大腦連接，象徵對刺激做出不同反應的小腦核細胞。上方的小船木紋暗示了小腦皮質的結構，透過錨線與深海相連，描繪了皮質與核細胞之間的連結。圖片來源：麗塔-費利克斯

羅賓-布羅森：”長期以來，小腦皮層一直被認為是學習眼瞼閉合反射和時機的主要角色。透過這項研究，我們發現，小腦核也能調節眼瞼閉合的時機。兩個實驗室都在從事類似的研究課題，當我們意識到我們工作的協同作用時，我們決定開展國際合作，於是就有了這篇論文”。

小腦透過不同的連接，即所謂的苔蘚纖維和攀緣纖維，受到其他腦區的影響。在上述實驗中，人們認為苔蘚纖維傳遞來自光線的訊息，而攀登纖維則傳遞與氣流有關的訊息。這些資訊隨後匯聚到大腦皮質和小腦核。荷蘭研究小組調查了聯想學習對這些神經核連結的影響，結果發現，在進行聯想學習的小鼠中，苔蘚纖維與神經核的連結更加緊密。

用光激活

同時，葡萄牙研究小組利用光遺傳學（一種用光控制細胞的方法）測試了小腦核的學習能力。卡塔里娜-阿爾貝加利亞：”我們不是用普通的閃光來訓練小鼠，而是直接用光來刺激大腦連接，同時向小鼠眼睛噴氣。這使小鼠在正確的時間閉上了眼皮，顯示小腦核可以支持適時的學習。為了確保這種學習確實是在小腦核中進行的，我們在小腦皮層失活的小鼠身上重複了實驗”。

卡特琳-坎托介紹：在學習過程中，腦細胞之間的連結會改變。但是，我們並不清楚這些變化發生在小腦的哪個部位。因此，我們研究了苔蘚纖維和來自大腦皮質的連結在學習時發生了什麼變化。我們發現，在學習的小鼠中，苔蘚纖維和大腦皮質與神經核之間的連結變得更強，而沒有學習的小鼠則沒有這種變化」。

最先進的技術

坎托繼續說道：”我們也透過在活體小鼠的核細胞內進行電學測量，直觀地觀察了細胞內發生的情況。可以想像，這些細胞非常小，只有10 到20 微米。這比人類頭髮的直徑還要小。使用帶有電極的超細管，我們能夠在小鼠執行任務時記錄細胞內的電活動，這是一項巨大的技術挑戰”。

“在訓練有素的動物身上，光線照射會導致細胞核內的電活動發生變化：在時間上，越接近氣流，細胞就越活躍。從根本上說，細胞已經為即將發生的事情做好了準備，因此即使在”撲噠”一聲到來之前，它們的電活動也能精確到足以控制眼瞼。”

小鼠與人類

布羅森：『雖然這項研究使用的是小鼠，但小鼠和人類小腦的一般解剖結構是相似的。雖然人類有更多的細胞，但我們預期細胞之間的連結組織方式是相同的。”

“我們的研究結果有助於人們更好地了解小腦是如何運作的，以及在學習過程中發生了什麼。我們的研究結果有助於人們更好地了解小腦是如何運作的，以及在學習過程中發生了什麼，這也有助於人們更好地了解小腦受損後對功能的影響，從而在未來幫助患者。透過使用腦深部刺激來刺激小腦核的連接，或許有可能學習到新的運動技能”。