小脑是所有脊椎动物后脑的主要部分，对于运动协调、语言习得以及调节社交和情绪行为很重要。由贝勒医学院病理学和神经科学教授、德克萨斯儿童医院Jan和DanDuncan神经学研究所(DuncanNRI)研究员RoySillitoe博士领导的一项研究表明，两种不同类型的小脑神经元对运动和运动神经元的调节存在差异发育和成年期的非运动行为。

该研究发表在NatureCommunications上，提供了第一个支持兴奋性谷氨酸能神经元特定子集在获得运动和感觉/情绪行为中的关键作用的体内证据。此外，它表明存在于小脑不同区域的神经元在发育和成年期间对运动行为和非运动行为的贡献不同。

小脑回路由两种主要类型的神经元建立

小脑核存在于小脑的最深层。这些细胞核被称为小脑皮层的高度复杂的外层组织包裹着，小脑皮层包含小脑中大多数其他类型的神经元。小脑皮层接收来自身体大部分部位和其他大脑区域的信息。这些输入由许多类型的小脑神经元和深部小脑核——小脑中唯一的输出结构——整合，然后将这些信号发送到大脑的其他部分。

在发育过程中，早产儿的小脑损伤通常与运动障碍、语言障碍和社交缺陷有关。然而，越来越多的患者和动物模型证据表明，受伤部位及其相对严重程度决定了由此产生的症状的类型和程度。

揭示两种类型的小脑神经元的功能

“我们进行这项研究的目的是确定小脑皮层和小脑核中的兴奋性神经元是否在发育阶段和成年期以不同方式建立和维持运动和社会行为，”主要作者、博士后MeikevanderHeijden博士说。研究期间Sillitoe实验室的研究员说。

“最近的几项研究暗示了各种小脑神经元类型的离散作用，这些发现激发了我们对小脑中相对较少的神经元类型如何促进广泛的运动和非运动功能进行更深入的研究。当我们开始研究时在这项研究中，人们对回路小脑相关行为的起源方式知之甚少，以及相同的神经元亚型是否同样有助于获得这些不同的行为。”

Sillitoe实验室的vanderHeijden博士和研究生AlejandroG.ReyHipolito专注于小脑中的兴奋性谷氨酸能神经元谱系，因为人们普遍认为这些神经元谱系驱动大部分小脑行为。

剖析这两个神经元谱系在获得不同的小脑依赖行为中的功能贡献需要在电路开发过程中使用非侵入性和细胞类型特异性操作。他们结合了交叉遗传学和行为范式，使他们能够在不同发育年龄的小鼠模型中以无与伦比的精度和特异性解决这个问题。

该团队发现，通过从表达Atoh1的神经元中遗传去除Vglut2基因，在产后早期阶段沉默小脑皮层和小脑核中的兴奋性谱系会导致产前早期运动和社交发声行为的严重损伤。

然而，当这些Atoh1突变小鼠成年时，自然分子转变导致小脑皮层功能正常化，令他们惊讶的是，这与这些小鼠的社会行为恢复和仅有轻度运动缺陷一致。这一发现表明，这些小鼠的早期社交缺陷和正常社交行为的延迟习得可能是由于小脑皮层神经元功能的逐渐正常化。

为了检验这个假设是否正确，他们使用Ntsr1-cre驱动程序消除了一部分谷氨酸能核神经元的神经传递。在重复相同的行为范式后，他们没有观察到任何社交缺陷，但在出生后早期的小鼠中观察到严重的运动缺陷，这些缺陷随着年龄的增长而完全消失。

“总的来说，我们的实验中出现了几项重大的新发现，”共同第一作者AlejandroReyHipolito说。“首先，我们惊讶地发现，抑制兴奋性神经元并不会损害所有小脑功能。其次，我们观察到来自小脑皮层和小脑核神经元的谷氨酸能神经传递对运动和社会行为的获得有不同的调节——小脑皮层神经元控制获得社交技能，而小脑核影响运动行为的建立。最后，大脑似乎能够补偿一些但不是全部发生在发育中的小脑中的扰动。

“这项研究不仅导致了关于不同小脑神经元作用的几个重要发现，而且还提出了几个关于抑制性GABA能核神经元在补偿兴奋性谷氨酸能神经元损失和恢复功能方面的作用的有趣问题，我们打算探索未来，”Sillitoe博士补充道。“此外，这些发现提供了几种令人兴奋的新可能性来调节特定的小脑谱系，以在脑损伤和疾病后恢复运动和非运动功能。”

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标签：神经元小脑行为