研究表明不同类型的小脑神经元控制运动和社会行为

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会和情绪行为非常重要。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Dan Duncan神经学研究所(Duncan NRI)研究员Roy Sillitoe博士领导的一项研究表明，两种不同类型的小脑神经元在发育过程中和成年期差异调节运动和非运动行为。

该研究发表在Nature Communications上，提供了第一个体内证据，支持兴奋性谷氨酸能神经元的特定子集在获得运动和感觉/情绪行为中的关键作用。此外，它表明存在于小脑不同区域的神经元在发育过程中和成年期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卷曲的外部组织层包裹，其中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、语言障碍和社会缺陷有关。然而，在患者和动物模型中越来越多的证据表明，损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差异方式建立和维持运动和社会行为，”主要作者，Sillitoe实验室的博士后研究员Meike van der Heijden博士说。

“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有助于广泛的运动和非运动功能进行更深入的研究。当我们开始这项研究时，人们对回路小脑相关行为的起源知之甚少，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。

van der Heijden博士和Sillitoe实验室的研究生Alejandro G. Rey Hipolito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多数小脑行为。

剖析这两种神经元谱系在获得不同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。他们采用了交叉遗传学和行为范式的组合，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。

小脑皮层的神经元控制社交行为，而小脑核神经元调节运动功能

研究小组发现，通过在表达Atoh2的神经元中遗传去除Vglut1基因，在出生后早期沉默小脑皮层和小脑核中的兴奋谱系，导致产前早期运动和社会发声行为严重受损。

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的正常化，令他们惊讶的是，这与这些小鼠的社会行为恢复和轻微的运动缺陷相吻合。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获得可能是由于小脑皮层神经元功能的逐渐正常化。

为了测试这一假设是否属实，他们使用Ntsr1-cre驱动程序消除了谷氨酸能核神经元亚群的神经传递。在重复相同的行为范式后，他们没有观察到任何社会缺陷，但在出生后早期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解决。

“我们的实验共同发现了几个重大的新发现，”共同第一作者Alejandro Rey Hipolito说。“首先，我们惊讶地发现，沉默兴奋性神经元并没有损害所有的小脑功能。其次，我们观察到小脑皮质与小脑核神经元的谷氨酸能神经传递差异地调节运动和社会行为的获得 - 小脑皮层神经元控制社交技能的获得，而小脑核影响运动行为的建立。最后，大脑似乎能够补偿发育中的小脑中发生的一些但不是全部的扰动。

“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，而且开启了几个有趣的问题，即抑制性GABA能核神经元在补偿兴奋性谷氨酸能神经元的丧失和恢复功能中的作用，我们打算在未来探索，”Sillitoe博士补充说。“此外，这些发现提供了几种令人兴奋和新的可能性来调节特定的小脑谱系，以恢复脑损伤和疾病后的运动和非运动功能。

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