小脑对学习的影响

你还记得你二年级老师的名字吗？你今天中午吃了什么吗？这些记忆可能相隔几十年，但都被认为是长期记忆。

半个多世纪以前，神经科学家发现，大脑内侧颞叶（medial temporal lobe，简称MTL）的损伤会对长期陈述性记忆造成严重损害。对诸如姓名和日期等明确事实的记忆；但短时记忆完好无损。MTL受损的患者可以跟上并进行简短的对话，但仅仅一两分钟后，他们就不记得曾经发生过这样的对话。

然而，令人惊讶的是，这些患者可以学习新的运动技能，并将其保留数天、数月甚至更长时间，这表明MTL损伤对运动技能的记忆几乎没有影响。

那么，哪个大脑区域负责长期的运动技能记忆，比如骑自行车？短期和长期感觉运动记忆形成的区域是否不同？研究人员多年来一直试图回答这些问题。

现在，哈佛大学工程与应用科学学院（SEAS）的研究人员已经证明，就像陈述性记忆一样，运动技能的短期和长期记忆是在大脑的不同区域形成的，小脑对长期技能记忆的形成至关重要。

这项研究发表在《PNAS》上。海洋与海洋学院生物工程戈登·麦凯教授、该研究的资深作者Maurice Smith说：“这项工作促进了我们对小脑在感觉运动学习中的作用的理解，并指出小脑是形成稳定的感觉运动技能记忆的门户，很大程度上独立于短期记忆系统。”

研究人员早就知道小脑对运动学习至关重要，但它在形成短期和长期技能记忆方面所起的作用尚不清楚。为了理解小脑和这些记忆之间的联系，Smith和第一作者Alkis Hadjiosif （SEAS和马萨诸塞州总医院的博士后）从先前关于小脑损伤患者运动学习的一组看似混乱的结果中获得灵感。

虽然这些先前的研究都发现了小脑损伤个体感觉运动学习受损的证据，但这种损伤的大小在他们之间差异很大。

Smith说：“虽然这种差异可能是由于损伤的数量或精确位置的不同，或者是运动学习任务类型的不同，但我们有不同的想法。”

Smith和Hadjiosif认为试验之间时间的细微差异；他们称之为记忆窗口；也许可以解释大多数观察到的差异。

Hadjiosif说：“如果长期感觉运动记忆特别受到小脑损伤的损害，情况就是这样，因为更长的记忆窗口会增加对受损长期记忆的依赖。”

挑战在于，这些时间间隔很少在已发表的论文中报道。Smith和Hadjiosif既是研究人员，也是侦探，他们从其中两项研究中找到了详细的原始数据，从中他们可以确定所有被研究个体的整个试验序列的间隔时间。

研究人员发现，这两项研究的间隔时间都很短，与健康个体相比，严重小脑疾病患者的学习能力只有很小的障碍。这意味着，当参与者被要求执行相同的任务，比如五次，每次重复之间只有几秒钟，小脑退化患者的表现只比健康个体略差。

但通过深入研究数据，Smith和Hadjiosif发现了一些有趣的事情。在两次试验之间，有时会有更多的时间让研究团队重新设置，或者让参与者短暂休息一下。

“当我们检查这些试验与试验之间的差异时，我们发现，在短时间间隔练习中表现接近正常的同一患者在同一时段的长时间间隔练习中表现严重受损。这两项研究的数据都是如此。”

然后，研究小组又研究了十几项小脑退化患者执行运动任务的研究，发现在任务中使用更多运动方向的研究，会增加共享感觉运动记忆的相同方向试验之间的时间；与那些运动方向较少的人相比，记忆障碍显著增加。

Smith说：“这些发现强调了时间对于理解小脑退化患者的记忆退化是多么重要，并解决了小脑损伤对感觉运动学习能力影响的试验之间和研究之间的差异之谜。我们的研究通常涉及设计新的实验操作，以获取新的数据集，这些数据集可以为学习和记忆的机制提供见解，但有时简单地通过正确的视角看待旧数据可能更具启发性。”