特殊输入通路可能是小脑感觉信息编码的关键

随着我们日常生活的发展，我们受到源源不断的感官信息的轰炸。以典型的早晨为例——通过刺耳的警报、新煮咖啡的强烈香味、高峰时段的刹车灯和交通喇叭从睡眠中醒来。在一天的过程中，我们会经历成千上万种不同意义上的线索。

虽然我们遇到了许多令人困惑的线索，但我们的大脑在组装和处理这些线索方面做得非常好。让我们了解我们周围的世界。这种加工可以通过非常明显的方式形成，比如我们的视觉和听觉，但也会发生得更加微妙和出乎意料。例如，当学习新动作时，我们的大脑会跟踪我们周围的感觉线索。这种感官快照有助于指导和引导运动学习，这样当我们再次遇到同样的情况时，我们更有可能以更好的方式进行锻炼。

尽管有丰富的知识支持感觉线索有益于运动学习的观点，但近年来，关于将两者结合起来的精确脑回路和机制一直存在争议。在最近发表的一篇关于这一主题的论文中，马普佛罗里达神经科学研究所(MPFI)实验室的研究团队负责人杰森克里斯蒂博士的神经元发现，进入小脑的一个特殊输入通道似乎掌握着编码感觉信息的关键。

小脑是大脑中独特的结构，在运动协调和学习中起着至关重要的作用，可以改善运动。通过接收来自大脑不同区域的许多输入，小脑通过一种叫做浦肯野细胞的单一神经元类型整合和发送精细信息。Purano细胞的一个重要输入是远程投射，称为攀缘纤维。

"攀援纤维是众所周知的，并且已经在这个领域进行了广泛的研究."描述了科学实验室的研究员和该出版物的第一作者，迈克尔加菲尔德博士。“这些纤维与小脑形成长距离连接，小脑被认为提供引导运动信号并传递感觉信息。然而，在过去的几年里，有人提出小脑中的局部回路，如分子层中的平行纤维或中间神经元，也可能参与感觉信息的编码。”

为了研究，该团队使用双光子钙成像来监测小鼠小脑中浦肯野细胞的活动，并显示各种感觉刺激(听觉、视觉和体感)。然后，他们分离和评估浦肯野细胞活性的变化，这直接对应于每次刺激和爬纤维输入的时间。

“在每一个浦肯野细胞中，我们看到每当感觉刺激出现时，活动就会持续增加。但所有三种感觉类型的增强效果并不完全相同，它会根据所呈现的刺激类型而有所不同，”加菲尔德解释道。

接下来，MPFI科学家研究了除了攀援纤维以外的其他细胞类型是否直接促进了浦肯野细胞的感觉增强活动。利用光遗传学(利用光抑制神经活动)和化学抑制(利用药物抑制神经活动)技术，该团队能够抑制局部小脑回路中的单个细胞类型。虽然局部活动有所改变，但浦肯野细胞的感觉增强活动没有改变。然而，通过直接抑制攀援纤维的活性，增强被取消。它表明攀爬纤维只负责向小脑传递感觉信息。

科学实验室的进一步研究创造了一项新技术，使他们能够监测攀爬纤维轴突投射本身的活动。他们发现，当感觉刺激出现时，爬坡纤维突触前活动的分级变化在浦肯野细胞中被精确显示。攀援纤维更强的活性正好反映了它们所连接的浦肯野细胞更强的活性。

克里斯蒂博士指出，“我们的发现实际上有点出乎意料”。“传统上，人们认为到达小脑的感觉信号是由浦肯野细胞利用局部连接整合和处理的。我们的研究结果表明，浦肯野细胞只反映攀爬的作用。这意味着大脑的另一个区域实际上正在处理感觉信息，并简单地将其传递给小脑。”

“因为浦肯野细胞活动对运动学习非常重要，我们现在正在研究更复杂的运动行为期间的感觉衍生活动，”克里斯蒂博士描述道。“我希望我们能发现攀爬纤维传递感觉信息的独特能力，以及学习如何从这种编码方案中获益的神经机制。”

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