在我们的脑中，小脑是一个特别的存在。虽然这个结构比较小，体积只占整个脑的10%，但却拥有超过600亿个神经元，这比其他脑区神经元加起来还多！小脑为什么这么特别？过去研究表明，小脑主要参与运动协调、语言等功能，其通过大量信息处理，精准控制肌肉、保持身体姿势或者精细运动。换句话讲，小脑就是运动功能的“CPU”或“自动控制系统”，而实现这些功能则依赖于小脑中大量的颗粒细胞进行信息处理。

那么，颗粒细胞的功能仅限于此吗？NO！

今天，Nature刊登了斯坦福大学骆利群教授的最新重磅工作[1]，他们在转入钙敏感染料GCaMP6f的小鼠中，借助双光子钙成像技术，发现某些颗粒细胞编码了对奖励的期待信息，类似于我们在打开糖果盒前所经历的。接下来，我们一起看看这种对奖励的期待是如何编码的。

GCaMP6f转基因鼠小脑的结构以及蛋白表达

实验结果：

作者首先训练小鼠进行操作奖励训练。简单的说，这个训练中，只要小鼠移动其手中的操作杆达到8mm，0.8秒以后他就会获得一滴糖水作为奖励。由于小鼠被转入了钙敏感蛋白GCaMP6f，因而作者可以借助双光子显微镜观察颗粒细胞（图1b白色虚线框）的钙活动变化。

图1 实验示意图

经过分析，作者发现在上述行为任务中，大量颗粒细胞都在活动，有趣的是，这些活动出现的时间并不一致，有些甚至在奖励出现之前的空窗期就已经出现（图2b，黄色为钙活动）。

图2 小脑颗粒细胞在操作奖励任务中的钙活动变化

通过大量实验鉴定，作者发现约9%的小脑颗粒细胞特异性地对奖励的期待进行编码（图3），而对其他奖励相关信息的编码（如错失奖励）则分别由不同的颗粒细胞群负责。

图3 作者鉴定的参与奖励的小脑颗粒细胞分类

除了这种操作奖励学习，作者在经典的“巴普洛夫学习”中也发现了类似的现象。同时，如果奖励是意料之外的，编码其中信息的颗粒细胞也完全不同。这都充分说明小脑中存在一群特定的颗粒细胞，他们专门编码对奖励的期待信息。

最后，借助长时程钙成像技术（图4），作者监测了一周内、颗粒细胞对奖励任务的编码，发现无论是对于奖励的期待信息编码随时间逐步增强，且分布广泛。

图4 长时程钙离子成像技术

文中，作者还使用rAAV-retro病毒逆向追踪颗粒细胞的神经通路，寻找期待信息编码的来源，结果并没有发现其他脑区向小脑颗粒细胞的直接投射，进一步说明对奖励信息的期待可能就是小脑颗粒细胞的重要功能。

总结：

骆利群教授的研究首次发现小脑颗粒细胞编码对奖励的期待，开启了我们对小脑功能的全新理解。

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参考文献：

[1]  Wagner MJ, Kim TH, Savall J, Schnitzer MJ, Luo L. Cerebellar granule cells encode the expectation of reward. Nature. 2017.