该研究由Yue Zhao、Jin-Tao Wu、Jia-Bin Feng等团队完成，研究成果以“Dual and plasticity-dependent regulation of cerebello-zona incerta circuits on anxiety-like behaviors”为题，于2025年4月在线发表在Nature Communications期刊上。

技术原理
在神经环路研究中，传统的主流方法包括电生理记录、化学遗传学调控及功能性磁共振成像（fMRI），这些技术虽能反映神经集群的整体活动或进行药理学干预，但在时空精度与细胞特异性方面存在局限。光遗传学技术作为核心突破，通过病毒载体将光敏感蛋白（如兴奋性蛋白oChIEF或抑制性蛋白NpHR）特异性地表达于目标神经元中，利用不同波长的光进行毫秒级精度的神经元活动激活或抑制，实现了对特定神经通路的精准功能操控。

本研究的关键技术原理涵盖以下几点：

01采用跨突触病毒追踪技术解析通路结构
通过向CN区注射AAV1-hSyn-Cre-EGFP病毒并在Ai9报告小鼠中观察tdTomato表达，研究团队精确定位了CN中IN与DN神经元向ZI的投射，并发现其接收神经元主要分布于bregma -2.00至-2.80的狭窄区域。

发展历程与应用场景
小脑参与非运动功能的研究概念最早于1998年由Schmahmann与Sherman提出，他们基于临床观察首次定义了“小脑认知情感综合征”（CCAS），表明小脑损伤患者可出现情绪调节障碍。2010年后，随着光遗传学技术的成熟（2010年获评Nature Methods年度技术），科学家开始尝试解析小脑与情感相关的神经环路。2019年，Zhang等人发现小脑齿状核直接投射至杏仁核的通路介导运动缓解焦虑的效应，为小脑情绪功能研究奠定基础。2025年，本研究的发表则进一步揭示了小脑通过未定带实现焦虑双向调控的新机制，标志着小脑情绪研究从环路发现迈向机制解析和靶点开发的新阶段。

在临床应用方面，该通路调控技术展现出广阔前景。典型病症如广泛性焦虑症（GAD）及创伤后应激障碍（PTSD）当前多以药物及认知行为疗法为主，但存在效应延迟或耐药性问题。本研究证实，通过光遗传技术特异性激活小脑谷氨酸能输出可诱发焦虑样状态，而抑制该通路或激活GABA能输出则产生抗焦虑效应。这提示未来可开发针对小脑输出核的非侵入性神经调控技术（如经颅磁刺激或深部脑刺激），为难治性焦虑患者提供替代治疗策略。

重要发现
本研究的核心贡献在于首次揭示了小脑核区至未定带的双传输神经通路及其依赖突触可塑性的焦虑调控机制。通过整合病毒追踪、光遗传学、在体光纤记录与电生理技术，团队不仅解析了该通路的结构连接特性，还证实了其在焦虑行为编码中的必要性与充分性。

在实验方面，研究者首先运用 Cre-Lox 依赖的病毒系统进行定向投射标记。通过在vGluT2-Cre或vGat-Cre小鼠的CN区注射AAV2/9-hSyn-FLEX-mGFP-2A-synaptophysin-mRuby，在ZI区清晰观察到谷氨酸能和GABA能轴突末梢的分布，证明CN神经元以双重递质形式投射至ZI。进一步通过逆行跨突触病毒追踪实验，发现约30%的CN GABA神经元投射至ZI GLU神经元，而约28%的CN GLU神经元投射至ZI GABA神经元，确立了“交叉投射”的组织模式。

关键的光学技术应用体现在行为水平的精准调控上。通过在CN区表达光敏感蛋白oChIEF或NpHR，并在ZI区植入光纤进行在体光刺激，研究发现：激活CN 

GLU→ZI通路可导致小鼠在高架十字迷宫中开放臂停留时间缩短、实时位置偏好测试中产生回避效应，表明焦虑样行为增强；抑制该通路则显著缓解急性束缚应激 induced 的焦虑。相反，激活CN GABA→ZI通路产生抗焦虑及奖赏效应。这些行为变化未伴随运动能力改变，表明效应特异于情绪状态。

在机制层面，团队揭示了突触可塑性的重要作用：对CN GLU→ZI通路进行连续多日光遗传刺激可引发突触前长时程增强（LTP GLUpre），表现为自发性兴奋性突触后电流（sEPSC）频率增加、配对脉冲抑制比率（PPR）下降及神经元内在兴奋性升高。类似地，在CN GABA→ZI通路中诱导出GABA能突触前LTP（LTP GABApre），从而持续调控ZI神经元活动并影响焦虑表型。

最后，研究通过化学遗传学手段（hM3Dq/hM4Di）及破伤风毒素阻断突触传递，验证了CN→ZI通路在运动缓解焦虑中的必要性。在体局部场电位（LFP）记录表明，旋转跑步训练可增强CN→ZI通路的传输强度，而特异性调控该通路可干预运动产生的抗焦虑效果。

挑战与展望
尽管本研究揭示了小脑-未定带通路在焦虑调控中的关键作用，其临床转化仍面临多重障碍。目前光遗传学技术依赖于病毒载体与侵入性光纤植入，在人类应用中存在安全性与免疫原性风险。未来需推动非侵入性调控技术（如聚焦超声或高精度经颅磁刺激）的发展，以实现深部脑区如小脑核的无创靶向。另一方面，ZI作为高度异质性的脑区，其细胞类型复杂且与多个情感相关核团互联，精确界定调控靶点是避免副效应的关键。此外，当前实验多基于雄性小鼠，性别差异对环路功能的影响仍需进一步探讨。展望未来，研究应致力于解析CN→ZI通路在灵长类中的保守性，开发可动态监测与调控神经元活动的新型光学工具，并探索多中心临床试验，以验证小脑调控对情感障碍患者的治疗潜力。

DOI:10.1038/s41467-025-58727-0.