Cell | 美国科学院院士骆立群再取新突破，揭示皮质和小脑是作为一个联合动力系统

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在整个哺乳动物新皮层中，第5层椎体细胞（L5）通过脑桥投射到大量小脑颗粒细胞（GrCs），形成基本途径。然而，关于皮层动力学传播到GrC层或者皮质 - 小脑通信的特性如何随着学习而发展，鲜为人知。

2019年3月28日，斯坦福大学骆立群，Schnitzer及Wagner共同通讯在Cell 在线发表题为“Shared Cortex-Cerebellum Dynamics in the Execution and Learning of a Motor Task”的研究论文，该研究通过使用双位点双光子Ca2 +成像在前肢运动任务期间，发现L5和GrC动力学高度相似。 L5细胞和GrCs共享一组任务编码活动模式，具有相似的响应多样性，并且表现出与L5细胞之间的局部相关性的高相关性。

慢性成像显示这些动力学在皮质和小脑中共同出现在学习上：随着行为表现的改善，最初不同的L5细胞和GrCs融合到共享的，低维度，任务编码的一组神经活动模式上。因此，皮质 - 小脑通信的关键功能是在学习过程中出现的共享动态的传播。总体而言，该研究结果表明，研究皮质和小脑作为一个联合动力系统，以充分了解每个对行为学习和表现的贡献是至关重要的。

哺乳动物的大脑进化在小脑中的总神经元与新皮质中的总神经元保持了非常保守的~4：1比例，这两种结构在人脑中含有~99％的神经元。小脑和新皮质也密集相关：大多数新皮质区域向脑桥核发送第5层（L5）突出物，通过颗粒细胞（GrCs）为小脑提供最大输入。然而，关于皮层动力学传播到GrC层或者皮质 - 小脑通信的特性如何随着学习而发展，鲜为人知。

双光子Ca2 +成像

GrC的解剖结构非常独特：每个GrC只接受四个输入，称为Mossy纤维，在发育期间固定，可以通过脑桥核以及脑干和脊髓来源于新皮质。此外，不同的GrC不太可能共享同一组四个输入。因此，源自L5的任何个体信号可能与给定GrC中的三种其他不同的Mossy纤维重组，并且大量的GrC（大脑中超过一半的所有神经元）可以允许许多不同的输入重组。这种基本的，保守的解剖学特征被认为允许GrC层产生与皮质高度不同的输出。

L5和GrC动力学高度相似

尽管有这些解剖学线索，研究尚未详细阐述L5-GrC传播的功能特性及其随学习的演变。这源于一些技术障碍。首先，记录颗粒细胞具有挑战性，因为它们体积小，包装密度高，最近才通过双光子Ca2 +成像实现动物颗粒细胞集合的记录；其次，尚未从L5细胞和GrCs获得同时的单细胞分辨率记录。因此，之前对皮质 - 小脑相互作用的研究未发现L5-GrC信号传递及其在学习过程中的演变。

脑桥输入对GrC表示的贡献以及与L5的相关性

该研究通过使用双位点双光子Ca2 +成像在前肢运动任务期间，发现L5和GrC动力学高度相似。 L5细胞和GrCs共享一组共同的任务编码活动模式，具有相似的响应多样性，并且表现出与L5细胞之间的局部相关性相当的高相关性。

文章总结

慢性成像显示这些动力学在皮质和小脑中共同出现在学习上：随着行为表现的改善，最初不同的L5细胞和GrCs融合到共享的，低维度，任务编码的一组神经活动模式上。因此，皮质 - 小脑通信的关键功能是在学习过程中出现的共享动态的传播。总体而言，该研究结果表明，研究皮质和小脑作为一个联合动力系统，以充分了解每个对行为学习和表现的贡献是至关重要的。

原文链接：

https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(19)30168-0#

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