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的小脑(拉丁语小脑袋)是大脑中在运动控制中起重要作用的区域。它也可能参与一些认知功能，如注意力和语言，以及调节恐惧和快乐反应，但其与运动相关的功能是最牢固的。小脑不发起运动，但它有助于协调、精确和准确的时间。它接收来自感觉系统、大脑和脊髓其他部分的输入，并整合这些输入来微调运动活动。由于这种微调功能，小脑的损伤不会导致瘫痪，而是在精细运动、平衡、姿势和运动学习方面产生障碍。

在解剖学上，小脑的外观是一个独立的结构，附着在大脑的底部，隐藏在大脑半球的下面。小脑的表面覆盖着细间距的平行沟槽，与大脑皮层宽阔的不规则弯曲形成鲜明对比。这些平行的凹槽掩盖了小脑实际上是一个连续的薄层组织(小脑皮层)，紧密折叠成手风琴的样式。在这一薄层中有几种高度规则排列的神经元，最重要的是浦肯野细胞和颗粒细胞。这个复杂的神经网络产生了强大的信号处理能力，但几乎所有的输出都指向位于小脑内部的一组小的深层小脑核。

除了在运动控制方面的直接作用外，小脑在几种类型的运动学习中也是必要的，最显著的一种是学习适应感觉-运动关系的变化。几个理论模型已经发展来解释感觉运动校准在小脑突触可塑性方面。其中大部分来源于大卫·马尔(David Marr)和詹姆斯·阿不思(James Albus)建立的早期模型，这些模型的动机是观察到每个小脑浦肯野细胞接受两种截然不同的输入:一方面，来自平行纤维的数千个输入，每一个都非常微弱;另一方面，来自单个攀爬纤维的输入，然而，它是如此强大，以至于单个攀爬纤维的动作电位会可靠地导致目标浦肯野细胞发射一组动作电位。马尔-阿不思理论的基本概念是，爬升纤维作为一个“教学信号”，它引起同步激活的平行纤维输入强度的持久变化。对平行纤维输入的长期抑郁的观察为这类理论提供了支持，但其有效性仍存在争议。