Tiểu não
Chức năng > Chức năng vi tính điện học neuron của tiểu não (neuronal dynamics) > Học thuyết "Học tập"

Có nhiều bằng chứng cho thấy tiểu não đóng vai trò thiết yếu trong một số loại học tập vận động, đặc biệt là tinh chỉnh cách thực hiện hành động. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều tranh cãi về việc liệu việc "học tập" có diễn ra trong chính tiểu não hay không, hay liệu tiểu não chỉ cung cấp các tín hiệu thúc đẩy việc học ở các cấu trúc não khác. Hầu hết các lý thuyết gán việc việc học tập vào mô hình mạng dẫn truyền tiểu não bắt nguồn từ ý tưởng của David Marr và James Albus, họ đã đưa ra giả thuyết rằng các sợi leo cung cấp "tín hiệu chỉ dẫn" gây biến đổi synap của liên kết sợi song song và tế bào Purkinje. Marr cho rằng luồng thông tin đầu vào sợi leo sẽ khiến luồng đầu vào sợi song song được kích hoạt đồng bộ được tăng cường. Tuy nhiên, hầu hết các mô hình học tập tiểu não sau này đều đi theo Albus cho rằng khi hoạt động của sợi leo có thể bị sai lạc hay là tín hiệu lỗi và sẽ khiến luồng đầu vào sợi song song được kích hoạt đồng bộ bị suy yếu đi. Một số mô hình sau này, chẳng hạn như mô hình  lọc thích ứng (Adaptive Filter) của Fujita đã cố gắng tìm hiểu chức năng tiểu não theo lý thuyết điều khiển tối ưu.
Đã có nhiều nghiên cứu thực nghiệm để trả lời câu hỏi "liệu sợi leo hoạt động để tạo tín hiệu lỗi". Một số nghiên cứu ủng hộ nhưng cũng có nhiều nghiên cứu nghi ngờ. Trong một nghiên cứu tiên phong do Gilbert và Thach thực hiện trên khỉ từ năm 1977, nhóm nghiên cứu yêu cầu khỉ nắm lấy tay cầm và học cách di chuyển tay cầm theo các rãnh hình đường cung. Họ nhận thấy khi khỉ còn vụng về thực hiện hành động, các tế bào Purkinje trong tiểu não khỉ tăng tạo các xung phức hợp. Xung phức hợp là chỉ báo đáng tin cậy hoạt động của luồng tín hiệu đầu vào sợi leo. Một số nghiên cứu về khả năng học vận động ở mèo, các nhà nghiên cứu đã quan sát thấy xuất hiện hoạt động xung phức hợp khi có sự không khớp giữa "chuyển động dự kiến" và "chuyển động thực sự được thực hiện". Các nghiên cứu về phản xạ mắt-tiền đình (giúp ổn định hình ảnh thị giác trên võng mạc trong khi khi đầu quay), hoạt động của sợi leo gắn với "sự trượt võng mạc" (retinal slip), tuy vậy mối quan hệ này không thực rõ ràng.
Một trong những nhiệm vụ học tập của tiểu não được nghiên cứu rộng rãi nhất là  mô hình chớp mắt có điều kiện, trong đó một kích thích có điều kiện trung tính (neutral conditioned stimulus – viết tắt là CS) như âm thanh hoặc ánh sáng được bắt cặp nhiều lần với một kích thích không điều kiện (unconditioned stimulus – tiếng Anh viết tắt là US), chẳng hạn luồng khí bay vào mắt gây ra phản ứng chớp mắt. Sau những lần cả kích thích có điều kiện trung tính và kích thích không điều kiện xuất hiện lặp đi lặp lại, cuối cùng kích thích có điều kiện trung tính sẽ gây ra hành động chớp mắt trước kích thích không điều kiện, tức là tạo ra một phản xạ có điều kiện. Các thí nghiệm cho thấy khi một phần cụ thể của nhân xen (một trong những nhân tiểu não sâu) hoặc một vài điểm cụ thể trên vỏ tiểu não bị tổn thương, khả năng học phản ứng chớp mắt có điều kiện sẽ mất đi. Nếu các luồng tín hiệu đầu ra của tiểu não bị bất hoạt (về mặt dược lý) trong khi vẫn giữ nguyên các luồng thông tin đầu vào và mạng kết nối liên tế bào, quá trình học vẫn diễn ra ngay cả khi động vật không biểu hiện bất kỳ đáp ứng nào. Nếu mạch kết nối liên bào bị phá vỡ thì sẽ không diễn ra quá trình học. Những thí nghiệm trên đây đã củng cố mạnh mẽ cho luận điểm rằng quá trình học thực sự diễn ra bên trong tiểu não.