在運動過程中，中樞多個腦區協同作用可預判下一步進程，讓身體提前產生對未來動作的預測，以達到最佳的時空精度調節。當預測運動的指令和實際反饋的感覺信號不一致時，會產生預測誤差，而小腦在更正預測誤差和更新運動指令中具有重要作用。小腦中的下橄欖核（Inferior olivary，IO）和整合小腦的反饋興奮信號和抑制信號，并產生復雜的尖峰放電（complex spike，CS）。最近研究發現小腦的CS可能編碼對未來運動的預測，在羽毛球、兵半球等運動中，眼球和身體會產生高速移動，在眼球開始運動時，CS的信號最為強烈，隨后逐漸變小。小腦核（cerebellar nucleus，CN）可向IO腦區發出GABA能投射神經元，抑制CS信號的產生，以實現運動的精確預判。2023年7月20日，來自荷蘭鹿特丹伊拉斯謨斯大學神經科學系Zhenyu Gao團隊在nature neuroscience上發表題為“Excitatory nucleo-olivary pathway shapes cerebellar outputs for motor control”的研究論文，不同于經典的抑制性假說，該團隊發現CN到IO的興奮性投射神經元編碼眼球和上半身的快速運動。

1、FN的興奮性神經元投射到mcMAO腦區

內側小腦核（FN）腦區有大量神經元投射到尾部內側下橄欖核（cMAO），為了確定FN-cMAO的投射性質，研究人員在SLc17ac-CRE（VGluT2-CRE）和GAD2-CRE小鼠的FN腦區注射示蹤病毒，發現FN的谷氨酸能神經元投射到內側cMAO（mcMAO）腦區，而FN的GABA能神經元投射到外側cMAO（lcMAO）腦區，進一步通過免疫電鏡和電生理確定FN到mcMAO的投射神經元存在大量的谷氨酸突觸。

對投射到mcMAO的FN興奮性神經元 （FNE-IO） 和投射到lcMAO的FN抑制性神經元（FNI-IO）的進行解剖分布研究，發現FNE-IO主要接收小腦皮質小葉的III至VI區域浦肯野細胞的投射，主要投射到小腦的爬行纖維。而FNI-IO主要接收小腦后小葉IX和X區域浦肯野細胞的投射。

圖1、FN到cMAO的投射神經元類型鑒定
 

2、FN^E-IO投射調節小腦的復雜的尖峰放電

研究發現激活FNI-IO投射會抑制CS的活性，但是FNE-IO投射對CS的影響并不清楚。研究人員在FNE-IO投射中選擇性表達ChrimsonR，使用光遺傳學特異性激活FNE-IO投射，發現光遺傳學激活可在小腦小葉上記錄到出強烈的CS信號。而光遺傳學抑制可降低CS信號。使用fMOST發現FNI-IO投射可分為兩類，投射到運動和非運動相關腦區。

圖2、光遺傳學激活FN^E-IO投射誘導CS信號
 

3、FN^E-IO投射調節小鼠的眼球掃視運動和上半身運動

FN^E-IO投射到腦橋網狀核、巨細胞網狀核和脊髓等，這些核團參與眼跳運動和頭/頸運動。光遺傳學激活FN^E-IO投射對小鼠行為學進行檢測，發現激活FN^E-IO投射引起眼部水平軸方位的運動和輕微垂直方向的運動，并且光激發強度越大，眼球運動更明顯。此外激活FN^E-IO投射可引起自由運動的小鼠上身快速轉向對側。

圖3、光激活FN^E-IO投射引起眼部掃視運動
 

總的來說，不同于經典的CN抑制性神經元調節小腦的復雜的尖峰放電，本文通過解剖學、電生理學和功能分析，證明FN腦區有大量的興奮性神經元投射到mcMAO腦區，FNE-IO投射通過影響小腦的復雜的尖峰放電調節小鼠眼球和上半身的快速運動。

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