近几十年来，神经科学取得了一些惊人的进展，但大脑的一个关键部分仍然是一个谜。我指的是小脑，它的名字来源于拉丁语，意思是“小大脑”，它位于大脑的后部，就像一个发髻。这是一个不小的疏忽:小脑包含了大脑所有神经元的四分之三，这些神经元以近乎结晶的方式组织，与其他地方发现的错综复杂的神经元形成鲜明对比。
百科全书文章和教科书都强调小脑的功能是控制身体运动。毫无疑问，小脑具有这种功能。但科学家们现在怀疑这种长期存在的观点是短视的。
这是我11月在华盛顿参加神经科学学会年会时学到的，这是世界上最大的神经科学家会议。在那里，两位神经科学家组织了一次研讨会，讨论与运动控制无关的小脑新发现的功能。新的实验技术表明，除了控制运动外，小脑还调节复杂的行为、社会互动、攻击、工作记忆、学习、情感等。
主导智慧的裂缝
小脑和运动之间的联系早在19世纪就已为人所知。大脑区域遭受创伤的患者在平衡和运动方面有明显的困难，毫无疑问，它对协调运动至关重要。几十年来，神经科学家对小脑独特的神经回路如何控制运动功能有了详细的了解。关于小脑如何工作的解释似乎无懈可击。
1998年，在《大脑》(Brain)杂志上，神经学家报道了小脑受损患者的广泛情感和认知障碍。例如，1991年，一名22岁的女大学生在滑冰时摔倒;CT扫描显示她的小脑有一个肿瘤。手术切除后，她完全变了一个人。这位聪明的大学生已经失去了熟练写作、心算、命名普通物体或抄写简单图表的能力。她的情绪平静下来。她躲在被子里，举止不得体，在走廊里脱衣服，用婴儿语说话。她的社交互动，包括识别熟悉的面孔，也受到了损害。
这个和类似的案例使作者感到困惑。据了解，这些高级认知和情感功能存在于大脑皮层和边缘系统。他们总结道:“小脑的作用究竟是什么，以及小脑是如何完成这一作用的，还有待确定。”
尽管从临床研究中得出的这些线索表明，传统观念是错误的，但权威人士仍然坚持认为，小脑的功能是控制运动，除此之外别无其他。加州大学戴维斯分校的神经生理学家Diasynou Fioravante共同组织了这次研讨会，他说:“这有点令人难过，因为这些病例已经有20年了”。
阿尔伯特·爱因斯坦医学院(Albert Einstein College of Medicine)的神经学家斯蒂芬妮·鲁道夫(Stephanie Rudolph)与费奥拉万特共同组织了这次研讨会，她说，其他神经学家一直都注意到病人的神经精神缺陷。然而，没有确凿的解剖学证据证明小脑独特的神经回路如何可能调节所报道的心理和情感功能，因此临床报告被忽视了。
现在，对小脑回路的更好理解正在证明那些案例研究是正确的，而主流智慧是错误的。
精确布线
小脑中的线路模式被精确地组织和压缩，将大脑四分之三的神经元集中在一个4英寸的脑叶中。小脑中主要的神经元类型被称为浦肯野细胞，它像扇形珊瑚一样具有广泛的分支，但却是扁平的，几乎是二维的。风扇的叶片是神经元的树突，负责接收输入信号。这些扁平的神经元是平行排列的，就好像数百万扇珊瑚紧密地堆叠在一起。成千上万个微小的神经元像织布机上的线一样，使轴突(大脑传递电脉冲的电缆)垂直地穿过树突堆叠。每个轴突都与成千上万的浦肯野细胞的树突相连。
这种程度的互联性赋予了小脑的500亿个神经元惊人的整合能力。这种电路是小脑独有的，可以处理来自感官的大量传入数据，以调节身体运动。芭蕾舞演员在舞台上跳跃的流畅动作需要小脑快速处理来自所有感官的信息，同时跟踪四肢的变化位置，保持平衡，并绘制身体移动的空间。小脑利用这些动态信息来精确地控制肌肉，并在正确的社会背景下，在情感和动机的驱动下这样做。
菲奥拉万特和鲁道夫告诉我，神经科学家现在意识到，小脑中整合身体运动信息的强大神经回路，也使它能够处理复杂的心理过程和行为。
“比如，现在，”我们在研讨会开始前谈话时，鲁道夫解释说，“你们问问题，我们回答。这是一种复杂的行为。”她需要理解我的话语，形成回应，然后用肌肉来说话。她还必须接受我的肢体语言和其他微妙的信号。她说:“例如，你现在在点头，所以我可以由此得出结论，你在听，而且感兴趣。”
这种程度的互联性赋予了小脑的500亿个神经元惊人的整合能力。这种电路是小脑独有的，可以处理来自感官的大量传入数据，以调节身体运动。芭蕾舞演员在舞台上跳跃的流畅动作需要小脑快速处理来自所有感官的信息，同时跟踪四肢的变化位置，保持平衡，并绘制身体移动的空间。小脑利用这些动态信息来精确地控制肌肉，并在正确的社会背景下，在情感和动机的驱动下这样做。
菲奥拉万特和鲁道夫告诉我，神经科学家现在意识到，小脑中整合身体运动信息的强大神经回路，也使它能够处理复杂的心理过程和行为。
“比如，现在，”我们在研讨会开始前谈话时，鲁道夫解释说，“你们问问题，我们回答。这是一种复杂的行为。”她需要理解我的话语，形成回应，然后用肌肉来说话。她还必须接受我的肢体语言和其他微妙的信号。她说:“例如，你现在在点头，所以我可以由此得出结论，你在听，而且感兴趣。”
新的方法使神经解剖学家能够追踪这些从小脑穿过中继点的通路，跟踪它们穿过整个大脑。例如，研究人员可以在神经元中植入狂犬病毒，以精确观察它们与哪些其他神经元接触。他们通过基因工程让荧光蛋白在神经冲动触发时闪烁，这样他们就能看到神经回路中的交通流量。它们还可以追踪神经元交流留下的足迹:当神经元放电时产生的蛋白质的外观可以帮助识别在特定行为发生时神经网络中所有交流的细胞。
在研讨会上，研究人员分享了一系列由这些新方法揭示的令人着迷的新发现，这些新发现证明了他们对小脑的不断发展的理解。
亚利桑那州立大学(Arizona State University)的杰西卡·维佩特(Jessica Verpeut)报告的数据描述了小鼠在社交或学习走迷宫时，整个大脑中被激活的复杂而广泛的小脑连接网络。
鲁道夫分享的实验表明，母性行为受到作用于小脑的激素的影响，尤其是促进母性关系的催产素。当这个机制在实验中被破坏时，母鼠就不再照顾她的幼崽了。
明尼苏达大学(University of Minnesota)的杨怡梅(Yi-Mei Yang)表明，当她破坏某些小脑神经元时，老鼠对引入笼子的陌生老鼠失去了兴趣。然而，他们在与新奇的无生命物体互动和记忆方面没有困难。这表明他们在复杂的社会认知记忆方面存在缺陷，这与自闭症患者的经历相似。
事实上，自闭症患者的小脑通常更小，鹿特丹伊拉斯谟大学医学中心的亚力山德拉·巴杜拉(Aleksandra Badura)提出的新数据表明，小脑与自闭症有关，因为它是感觉输入的中心，尤其是与社会环境有关的信号。
这项新研究超越了对老鼠的研究。德国埃森大学医院的Andreas Thieme提出了一项新的临床测试，用于准确诊断由小脑损伤引起的情绪和认知障碍。
这些突破性的新研究表明，小脑除了控制运动外，还调节复杂的社会和情感行为。为了实现这种全球影响力，小脑必须是一个数据处理中心，与整个大脑都有联系。难怪它有这么多神经元。事实上，要完成这种高层次的命令和控制，它必须是一个小小的大脑。
