認知神經科學領域長期關注小腦在學習與錯誤處理中的作用，而下橄欖體(inferior olive)作為向小腦提供攀緣纖維(climbing fibers)的關鍵結構，其認知功能機制仍不明確。傳統觀點認為該結構主要參與運動協調和經典條件反射，但近年理論模型如前向模型(forward model)提出其可能通過比較預期與實際事件生成誤差信號。言語工作記憶(verbal working memory)任務涉及序列學習與誤差檢測，但下橄欖體在此過程中的動態響應模式尚未闡明。

約翰斯·霍普金斯大學醫學院的Annakarina Mundorf團隊在《Brain Structure and Function》發表研究，采用事件相關fMRI技術，讓19名健康受試者完成改良版Sternberg任務——通過聽覺呈現新穎(novel)與重復(repeating)的5字母序列，分析左側下橄欖體在編碼(encoding)、維持(maintenance)和檢索(retrieval)階段的激活差異。研究創新性地將檢索階段細分為匹配(match)與非匹配(non-match)探針條件，并利用Brainstem Nuclei Atlas的ROI進行精準信號提取。

關鍵技術包括：1）3.0-T Philips fMRI采集傾斜軸向切片（25°旋轉）覆蓋腦干與小腦；2）基于SPM12的廣義線性模型(GLM)分析，提取編碼/維持/檢索（分match/non-match）的beta值；3）重復測量ANOVA檢驗相位×新穎性交互效應；4）G*Power進行事后檢驗力分析（統計效力>99%）。

主要結果：
行為表現
非匹配探針反應時(928.7±59.8 ms)顯著長于匹配探針(852.3±52.7 ms，p=0.004)，準確率更高(95.4% vs 87.9%)，但未發現與新穎性的交互作用。

相位依賴性激活
編碼階段激活最強（新穎序列β=1.30 vs 重復序列β=0.69），維持階段降至基線以下（新穎序列β=-0.71，p=0.042）。關鍵發現是檢索階段出現新穎性×探針類型交互效應(p=0.043)：新穎序列在匹配探針時激活最高(β=2.37, p<0.001)，而重復序列在非匹配探針時激活顯著(β=2.62, p<0.001)。

理論突破

1. 動態教學信號：下橄欖體響應模式隨學習階段變化——新穎信息編碼時廣泛激活，而熟悉序列中僅對預期違背（非匹配）產生強誤差信號，印證前向模型的預測誤差功能。
2. 相位特異性：維持階段激活最低，支持該階段依賴小腦前饋預測而非橄欖體誤差校正的假說。
3. 跨模態整合：盡管采用聽覺編碼-視覺檢索的跨模態設計，仍檢測到顯著激活，排除單純感覺輸入解釋。

該研究首次揭示下橄欖體在高級認知任務中的雙階段動態作用：早期促進刺激關聯（編碼），后期轉為誤差檢測（熟悉序列檢索）。這一發現為小腦-橄欖體環路參與認知學習提供了直接證據，對理解神經可塑性機制及開發相關認知障礙干預策略具有重要啟示。未來研究需進一步分離時序處理與序列學習成分，并探索不同感覺模態的影響。