灵长类小脑节结与小结节对自我运动的地面真实编码

大脑如何知道你在移动

每当你转头、站起来或乘车时，大脑必须准确判断你如何移动以及身体相对于重力的倾斜角度。这种内部的运动感知使你的眼睛保持稳定、维持平衡，并在改变姿势时调节血压。本研究提出了一个出乎意料但基本的问题：大脑中是否存在一个部分，能够简单地报告你的实际运动情况，而不管运动是自发产生的还是外力推动的？

承担重大任务的小小脑区

在脑后深处有一条很小的组织带，称为节结和小结节，是小脑的一部分。它接收来自内耳平衡器官以及颈部和身体传感器的信号。传统理论认为，这一脑区利用内部预测系统来抵消我们自主运动产生的预期感觉信号，从而突显出意外的扰动。但日常生活也需要对身体运动和相对于重力的姿态保持稳定的表征。作者旨在检验节结和小结节是否确实像基于预测的滤波器那样工作，还是更像一个“地面真实”自我运动计量器。

在运动中观察单个脑细胞

研究者在两只恒河猴身上记录了单个浦肯野细胞的电活动，这些细胞是该小脑区域的主要输出神经元。他们比较了动物由运动平台被动移动时的反应与猴子为获得奖励而主动移动头部时的反应。研究团队考察了直线平移（例如前后滑动）以及改变相对于重力方向的头部倾斜。通过仔细匹配主动和被动运动的速度与时序，他们可以检验这些神经元是否会根据谁“引起”运动——猴子还是机器——而改变其反应。

无论你主动移动还是被动移动，信号相同

在许多细胞中，自发产生的运动期间浦肯野细胞的活动与等效被动运动期间的活动高度一致。对前后滑动反应强烈的神经元在猴子自愿做出相同运动时也同样强烈放电。当主动与被动运动叠加时，这些细胞对头部在空间中的总运动进行编码，将两部分相加，而不是偏好其中之一。关键的是，当猴子试图移动头部但研究者悄然锁住装置使头部无法移动时，尽管运动指令显然已经下达到颈部肌肉，这些细胞的放电并未改变。这表明这些神经元由实际的感受性运动驱动，而不是由输出运动指令的副本驱动。

始终追踪重力

内耳的重力传感器对倾斜和直线加速的响应相似，因此大脑必须结合多种信号来区分两者。已知节结和小结节接收来自半规管（检测旋转）和重力敏感器官的信息。在本研究中，浦肯野细胞既编码了头部倾斜的摆动运动，也编码了相对于重力的最终静态头部位置。引人注目的是，无论倾斜是被动施加还是由猴子自身产生，其反应几乎相同。即使当头部在上下角度保持静止时，放电率也不随姿态如何达到而改变。这种稳定行为与邻近小脑区域形成对比，后者确实在主动运动期间抑制信号。

为什么地面真实的运动计量器很重要

综合来看，结果表明节结和小结节并非主要用来抵消预期的自我产生运动。相反，它们提供了一个稳定、与上下文无关的描述，告诉大脑头部和身体在空间中的真实运动以及相对于重力的朝向。这一地面真实的估计可为控制眼球运动、姿势、警觉性以及在改变姿势时对心率和呼吸的自动调整等系统提供输入。其他小脑区域可能仍专门用于过滤可预测信号以微调反射，但这个小区域似乎专注于尽可能可靠地告诉大脑其余部分：“这就是你此刻实际的运动情况。”

引用: Mildren, R.L., Cullen, K.E. Ground-truth encoding of self-motion in the primate cerebellar nodulus and uvula. Nat Commun 17, 3166 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-69909-9

关键词: 自我运动, 小脑, 前庭系统, 平衡, 重力