神经科学视角 | 身材虽小，本领不少——浅议小脑
原创 薛赛赛、吴海涛
神秘莫测的神经系统是由复杂多样的各种神经细胞组成的。鲜为人知的是，数量庞大的神经元中有一半以上蜗居在小脑(Cerebellum)之中。要知道，虽然看起来毫不起眼的小脑重量上仅占脑部10%左右，但人类小脑皮层的表面积却高达大脑皮层面积的70~80%。在大脑进化过程中，小脑被认为是与大脑紧密合作的好伙伴，其伴随着大脑皮层的发育一起扩张。过去人们印象中的小脑往往和运动控制、身体平衡等运动功能密切相关，然而随着研究的日渐深入，人们发现小脑的作用绝非那么简单，其在语言、注意力、奖赏和决策等高级认知功能中同样扮演着重要角色，笼罩在小脑表面的神秘面纱正逐渐被揭开。
小脑
小脑位于大脑和中脑的后方，脑干的上方。从解剖结构上来看，小脑分为两个部分：中部狭窄的小脑蚓部，两侧膨大的小脑半球。成熟的小脑皮层具有典型的“三明治”结构，包括最外层的分子层，最内层的颗粒细胞层，以及两层之间由单层浦肯野神经元（Purkinje cells，PCs）组成的浦肯野细胞层。小脑作为重要的运动调节中枢，拥有大量的传入和传出纤维，可接收来自大脑的指令并且执行和纠正运动信息，以此来保持躯体平衡、调节肌紧张，同时也可以协调随意运动，PCs的存活和功能异常往往会带来严重的后果。
小脑皮质结构模式图（Wang, Vincent Y. Nature Reviews Neuroscience. 2001）
比如，我们有时会遇到这样一类自称为“企鹅”的患者，他们走路不稳，摇摇晃晃，这种称之为脊髓小脑共济失调（Spinocerebellar Ataxia，SCA）的罕见病在临床上并不多见。该疾病通常与小脑PCs死亡、小脑与脊髓之间的神经通路退化有关，故称脊髓小脑共济失调症。病因上被认为是一组由基因变异引起的，以脊髓和小脑损害为主要临床表现的常染色体显性遗传性疾病，根据不同的致病基因可将其分为40多种亚型，其中最常见的一种是3型（SCA3）。除共济失调外，此病的症状还包括构音障碍、记忆障碍、眼球运动异常和吞咽困难等，提示除运动和平衡外的其他认知功能亦有受损。
随着我们对小脑的认识从参与运动调节的传统观点到参与认知功能的扩展后，小脑认知障碍性疾病也逐渐浮出水面。早在1998年，美国两位神经科学家就提出了小脑认知情感综合征（Cerebellar Cognitive Affective Syndrome，CCAS）的概念，他们对20名局限于小脑疾病的患者进行了系统的神经学检查，在评估了神经和精神功能变化的性质和严重程度后，他们发现在小脑后叶和蚓部病变患者中，往往会导致思维、注意、工作记忆能力退化和语言缺陷等异常表现，并伴有空间认知困难、人格改变、情感迟钝或失控等异常行为。因而，将其定义为“小脑认知情感综合征（CCAS）”。目前，小脑认知情感综合征的筛查和诊断主要依赖于神经心理学测试。针对CCAS的治疗除依赖于心理医生外，非侵入性脑刺激技术如经颅直流电刺激（tDCS），作为治疗小脑功能障碍的方法也越来越普及。随着对于疾病发病机制理解的不断深入，未来分子靶向疗法有望得到应用。
除此之外，自闭症谱系障碍（Autism Spectrum Disorder, ASD）的发病也与小脑有着千丝万缕的联系。在自闭症患者的验尸报告中发现，自闭症患者的小脑体积减小、浦肯野细胞数量减少、形态受损并且细胞兴奋性降低。近年来，大脑皮层和小脑皮层之间的功能联系也逐渐被揭示，研究发现，在自闭症患儿中存在小脑和大脑内侧前额叶皮质之间功能连接异常的现象，内侧前额叶皮质和小脑之间的这种异常连接可能介导了自闭症患儿社交互动障碍和重复刻板样行为。前额叶皮质被认为是脑部的命令和控制中心，它的功能涉及计划能力、决策制定、执行功能等。小脑与其之间的功能联系为进一步深入揭示自闭症患儿异常行为的神经机制提供了重要线索，同时也为自闭症异常行为的干预提供了更加精确的靶点。
随着科学研究的不断深入和临床诊疗技术的逐渐完善，未来人们对小脑的功能必将会有更深入的了解，针对小脑疾患导致的各种功能障碍也会找到更多新兴和有效的干预治疗手段，不能排除，未来通过结合人工智能与类脑智能技术，也许还能开发出一些基于小脑工作原理启发的新型类脑芯片或智能装备，给这个世界带来新的惊喜。
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- 作者信息 -
薛赛赛、吴海涛（青岛大学，军事医学研究院）
