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镜像神经元与自闭症环球科学：镜像神经元,大脑中的魔镜概述当人类和猴子在执行某个动作或观看其他个体执行同样的动作时，大脑中的一部分神经元就会有所反应。由“镜像神经元”产生的直接的内在体验，让我们能够理解他人的行为、意图或情感镜像神经元也许是模仿他人动作以及学习能力的基础，从而使得镜像机制成为人与人之间进行多层面交流与联系的桥梁约翰看见玛丽的手向一朵花伸去。约翰知道玛丽要做什么她要摘花，可是她为什么要这样做？玛丽朝着约翰莞尔一笑，他猜她要把这朵花送给自己。这个简单的场景转瞬即逝，约翰却能立即领会玛丽的意图。为什么他能毫不费力地理解玛丽的行为和意图？10年前，大多数神经学家和心理学家都认为，我们对他人行为，特别是他人意图的理解，是通过一个快速的推理过程完成的。这个推理过程类似于逻辑推理。也就是说，约翰大脑中有一些复杂的认知结构，它们能详尽分析感官采集的信息，并把这些信息与先前储存的经历相比较，约翰就知道了玛丽在做什么，以及她为什么要这样做。尽管在某些情况下(特别是当某人的行为难以理解的时候)，这种复杂的推导过程或许确实存在，但当我们看到简单的行为时，往往马上就能作出判断，这是不是意味着还有更简单更直接的理解机制？20世纪90年代初，在意大利帕尔马大学，我们的研究小组偶然发现，这个问题的答案隐藏在一群神奇的神经元之中。当猴子有目的地做出某个动作时(例如摘水果)，它大脑中的这种神经元就会处于激活状态。不过更让我们吃惊的是，当这只猴子看到同伴做出同样的动作时，这些神经元也会被激活。这类刚刚进入人们视野的细胞似乎就像一面镜子，能直接在观察者的大脑中映射别人的动作，所以我们称它们为镜像神经元(mirror neuron)。与大脑中储存记忆的神经回路相似，镜像神经元似乎也为特定的行为“编写模板”。有了镜像神经元的这种特性，我们就可以不假思索地做出基本动作，在看到这些动作时，也能迅速理解，而不需要复杂的推理过程。约翰之所以能够领会玛丽的行为，是因为这些动作不仅发生在他眼前，而且也在他的大脑中实时模仿着。很久以前，有哲学家就认为，一个人要真正理解一件事，就必须亲身经历。对于神经学家来说，在镜像神经元中为这种哲学观点找到物质基础，代表了我们对理解过程的认识有了巨大的变化。发现镜像神经元在猴子、人类的大脑中，都存在镜像神经元。不论是自己做出动作，还是看到别人做出同样的动作，镜像神经元都会被激活，也许这就是我们理解他人行为的基础。我们的研究小组发现镜像神经元其实纯属意外。当时，我们正在研究大脑的运动皮质(motor cortex)，特别是其中的F5区域，这一区域与手部和口部运动有关。通过对运动皮质的研究，我们希望能了解处于激活状态的神经元如何编写指令，以执行特定的动作。为此，我们观测了恒河猴(macaque)大脑中个别神经元的活动。在猴子做出各种不同的动作时(例如抓取玩具或食物)，我们可以观察到，猴脑中有一群独特的神经元，会伴随特定动作而放电。接下来，奇怪的现象发生了。当猴子看到我们的实验员抓取食物时，它的神经元就像它自己在抓取食物一样被激活了。起初，我们怀疑这可能是某种不易察觉的因素造成的，比如猴子在观察我们的动作时，是不是做了一些我们没有注意到的小动作呢？随着研究的深入，我们逐渐排除了这种可能性，还排除了其他一些干扰因素，比如猴子对食物的渴望。我们开始意识到，神经元的活动形式与猴子看到的动作有关，这是大脑对这个动作本身的真实体现，而与这个动作的执行者没什么关系。在生物学研究中，要确定一个基因、一种蛋白或者一类细胞的功能，最直接的办法就是把它们从体系中去除，然后再看生物体的健康或行为产生了什么缺陷。不过这种方法无法用于确定镜像神经元的功能，因为我们发现镜像神经元分布十分广泛，在两个大脑半球的重要区域都有分布，包括运动前皮质(premotor cortex)和顶叶皮质(parietal cortex)。如果破坏整个镜像神经系统，就会造成巨大的影响：恒河猴的认知能力严重下降，以至于无法对我们的刺激作出反应，我们也就不可能看出去除了特定细胞后，恒河猴到底缺失了哪些功能。镜像神经元的作用是领会一个动作的含义，还是只是直观地记录这个动作呢？为了弄清楚这个问题，我们需要找到一些办法，使恒河猴在没有真正看见动作的情况下，也能够理解某个动作的含义，然后在此过程中，观察猴脑中神经元的反应。我们推测，假如镜像神经元真的促成了对动作含义的理解，它们的活动就应该反映了动作的含义，而不是动作的视觉特征。为此我们进行了两个系列的实验。首先，我们对F5区域的镜像神经元进行了测试，看它们是否能通过声音辨别动作。我们让猴子观察一个伴有特殊声音的手部动作(如撕纸或剥花生壳)，然后记录它的镜像神经元的活动。此后，我们又让猴子只听到声音而看不见动作。结果发现，许多在“看到动作同时听到声音”时会作出反应的F5镜像神经元，对声音本身也会作出反应。于是，我们给这类神经元取了一个形象的名称：视听镜像神经元(audiovisual mirror neuron)。接下来，我们又提出假设，如果镜像神经元确实与理解动作的含义有关，那么即使不让猴子真正看到某个动作，只是给予足够的暗示，让它们能在大脑中模拟这个动作，猴脑中的镜像神经元也应该会放电。因此，我们先让猴子观看一个实验员的动作伸手去抓一样食物。然后，再用一个屏风挡住猴子的视线，让它看不到实验员抓食物的动作。这时，猴子就只能依靠想象，猜出实验员在屏风背后做了什么动作。尽管如此，猴脑中一半以上的F5镜像神经元还是会放电。这些实验证明，镜像神经元的活动是理解动作行为的基础。当对一个动作的理解并非建立在视觉基础上，而是建立在诸如声音和动作特征之上时，镜像神经元仍能够通过放电来标明这个动作的含义。既然猴子的大脑中都有镜像神经元，那么在人类的大脑中是否也存在镜像神经系统呢？我们对这个自然而然的推测进行了研究。首先，我们借助检测运动皮质活性变化的多种技术，设计了一系列实验，证实了人脑中的确存在镜像神经系统。例如，当参与实验的自愿者看到实验员抓取一件物品，或者做出一个手臂动作时，他们自己的手和手臂上的相应肌肉就会产生神经兴奋。这表明在自愿者的大脑运动原区域中，有镜像神经元作出了反应。在后来的研究中，我们又利用多种体外测量方法，例如脑电图(electroencephalogram)，来检测大脑皮质的活动，结果也都证实了人脑中镜像神经元系统的存在。但我们所使用的技术，都无法触及最关键的一点：自愿者观察他人动作时，到底他们大脑中的哪些具体位置被激活了呢？为了找到答案，我们利用最直观的大脑成像技术(brain-imaging technique)展开了研究。在意大利米兰市的圣拉菲尔医院(San Raffaele Hospital)，我们进行了一组这样的实验：把自愿者分为两组，一组观看不同的手部抓握动作，另一组作为参照组，只盯着静止的物体。利用正电子断层扫描仪(positron-emission tomography，PET)，我们观察了两组自愿者大脑中神经元的活动情况。结果发现，观看他人的动作会激活大脑皮层中3个主要区域。其中一个是颞上沟(superior temporal sulcus，STS)，这个区域的神经元会在自愿者观察身体部位的运动时作出反应。另外两个区域是顶下小叶(inferior parietal lobule，IPL)和额下回(inferior frontal gyrus，IFG)，它们分别对应于猴脑中的顶下小叶以及腹外侧运动前皮质(ventral premotor cortex)，而我们此前在猴脑中发现镜像神经元的F5区域，就位于腹外侧运动前皮质中。实验结果让我们倍受鼓舞，说明镜像机制在人类大脑中也起着作用，不过这仍然未能充分揭示镜像机制的作用范围。如果说，通过让我们在内心体验看到的动作，镜像神经元可以使我们直接理解这一动作，那么，它又能在多大程度上，帮助我们直接理解这个动作所要达到的最终目的呢？意图的暗示要理解别人在做什么也许很容易，但是要明白他为什么这样做就不那么容易了。也许需要一点暗示，比如玛丽的莞尔一笑，才能让我们摸透对方的意图。让我们回到约翰和玛丽的例子。我们说过，约翰不仅知道玛丽在摘花，还知道她想把这朵花送给他。玛丽的微笑是一个重要的暗示，使约翰领会了她的意图。在这种情况下，约翰对玛丽意图的了解，对于他理解玛丽的动作至关重要，因为送花给他是玛丽整个动作的完结。当我们自己在做那样的动作时，其实是在执行一系列连贯的肌肉运动，而运动的顺序则取决于我们的目的：摘下一朵花，既可以拿到自己的鼻子前细细品味花儿的芬芳，也可以将它送给另一个人这两种情况下，肌肉运动的顺序其实有所差别。因此我们猜测，镜像神经元之所以能帮助我们理解别人的意图，是不是因为它能从类似的动作中，分辨出由于目的不同而产生的细微差异呢？对此，我们的研究小组再次展开了实验。为了寻找答案，我们又找来恒河猴作为研究对象，记录它们在不同情况下的神经活动。在一组实验中，猴子的任务是抓取食物送入口中。接着，我们又让这只猴子抓取同样的食物，但这次是放入一个容器中。有趣的是，我们发现在猴子抓取食物时，大部分镜像神经元都会根据不同的动作目的，呈现出不同的放电形式。这个实验结果显示，在运动原系统中，相关神经元活动被组织成了“动作链”，每条动作链都代表了一种特定的行为动机。那么，这种机制能否解释我们是如何理解他人动机。当一名实验员重复猴子在上一个实验中所做的动作时，我们让猴子在旁边观看，并观测了“抓握神经元”(做抓握动作时，会放电的那批神经元)，看看它们发挥了怎样的功能。在每一次试验中，猴子的大部分镜像神经元都表现出不同的激活状态，这取决于实验人员是将食物送入口中还是放入容器中。这时猴脑中镜像神经元的激活形式，与它们自己执行相应的动作时，我们所观测到的激活形式几乎完全一致。也就是说，在抓取食物送入口中时，猴脑中放电最强的那些镜像神经元，在猴子观看实验员做相同动作时，同样放电最强。这样一来，在一系列动作的组织方式和理解他人意图的能力之间，似乎就存在着一种严格的关联性。当猴子观看一个在特定情景下发生的动作时，只要看到一系列完整动作的开头部分，猴子的镜像神经元就会被激活，形成一条动作链。在刚开始观看一个动作的时候，猴脑中究竟哪一条动作链会被激活呢？这取决于多种因素，比方说动作的作用对象、动作发生的场景，以及对动作执行者过去行为的记忆等。人类也许同样存在这样的意图理解机制，为了证实这一点，我们与美国加利福尼亚大学洛杉矶分校的马尔科亚科博尼(Marco Iacoboni)及其同事合作，找来了更多的自愿者参与实验。这一次，我们使用了功能性磁共振成像技术(functional magnetic resonance imaging，fMRI)。在这些实验中，我们分别用3段视频来刺激自愿者。第一段视频中，一只手正在用两种不同的方式，在空无一物的背景上抓取杯子的情景；第二段视频则由两个场景构成，这些场景中都有盘子和餐具，其中一个场景，盘子和餐具的摆放方式就像是为某人备好的下午茶一样，而在另一个场景中，它们的摆放方式则令人联想到下午茶之后的脏乱，正待清理；第三段视频则是在上述两个场景的任意一个中，加入了那只抓取杯子的手。同样是抓取杯子的动作，“备好的下午茶”暗示该动作的意图是喝茶，而“脏乱”则表明该动作是要拿走茶杯。问题在于，人类的镜像神经元能够区分这两种意图吗？我们的实验结果显示，镜像神经元不仅能区分这两种意图，而且还会对一个动作的意图作出强烈的反应。自愿者在观看“喝茶”和“清理”两种不同场景中的手部动作时，他们的镜像神经系统显示出了不同的激活类型。此外，与观看第一段或第二段视频相比，自愿者在观看第三段视频时，镜像神经元的反应明显要强一些。镜像神经元将基本的肌肉运动与复杂的动作意图一一对应起来，构建起一张巨大的动作-意图网络，使个体不需要通过复杂的认知系统，就能直接了当地理解其他个体的行为。鉴于人类和猴子都是群居动物，我们不难看出这种机制带来的潜在的生存优势。然而在社会生活中，理解他人的情感同样重要。实际上，情感通常也是一个能够反映动作意图的重要环境因素。正因如此，我们与其他研究小组一直在探索，镜像系统能否在让我们理解他人行为的同时，也能理解他人的感受。体验别人的情感当我们看到别人的表情或者经历过的情感状态，镜像神经元就会激活，让我们体验到他人的感受，走进别人的情感世界。与理解他人行为一样，人类理解他人情感的方式也绝对不只一种。看到他人表现出来的情绪状态，观察者就会对这些感官信息进行精细分析，最后通过逻辑推理，推断出别人的感受。还有一种可能就是，观察者将这些感官信息投射到运动原结构上，直接创造出类似的情绪体验。这两种情感认知方式有着天壤之别：在第一种方式中，观察者只是推断出了别人的感受，但无法体验这种感受；而在第二种方式中，观察者直接体验了这种感受，因为镜像机制使观察者产生了同样的情绪状态。人们在表达对朋友的理解和同情时，经常会说：“我能感受你的痛苦”，也许他们自己根本没有意识到，自己的措辞是多么确切！一个典型的例子就是厌恶情绪，它是一种基本反应，对于一个物种来说，厌恶情绪具有重要的生存价值。恶臭的气味和难吃的味道往往意味着危险，它们都会让人表现出厌恶情绪，这是厌恶感最原始的表达方式。我们与法国的神经学家合作，又一次把功能性磁共振成像技术作为了研究武器。我们发现，不管是闻到臭烘烘的气味，还是看到别人脸上的厌恶表情，都会引发人们的厌恶情绪，而且都能激活相同的神经结构(前脑岛)。这些结果说明，当参与实验的人经历某种情绪，或者看到别人表现出这种情绪时，他们脑岛中的镜像神经元都会活跃起来。换句话说，观察者与被观察者经历了同样的神经生理反应，从而启动了一种直接的体验式理解方式。英国伦敦大学学院的塔尼亚辛格(Tania Singer)和同事发现，对于疼痛感，体验者与观察者之间也存在着类似的对应关系。在他们的实验中，实验员先把一个电极放置在被测试者的手部，放电引发他们的疼痛感。然后让他们观看同伴在手受到电击之后，流露出来的疼痛表情。在这两种情况下，被测试者的前脑岛和前扣带回皮质中的激活区域都是相同的。总的来说，这些数据有力地证明了，在负责产生运动神经反应的大脑部分区域的参与下，人类通过一种直接的映射机制，就可以理解情感，或者说至少可以理解强烈的负面情感。当然，这种理解情感的映射机制还不能完全解释所有的社会认知过程，但它确实第一次为人际关系的形成提供了神经学基础，而正是在这些人际关系的基础上，才形成了更加复杂的社会行为。这种映射机制也许是我们能理解别人感受的基础。镜像系统的失调可能会令人无法解读别人的心理，就像自闭症儿童的某些症状一样(参见本期环球科学23页维莱阿努尔S拉马钱德兰和林赛M奥伯曼所著自闭症：碎镜之困一文)。撰文 贾科莫里佐拉蒂(Giacomo Rizzolatti)利奥纳多福加希(Leonardo Fogassi)维托里奥加莱塞(Vittorio Gallese)翻译 赵瑾选自环球科学2006年第12期镜像神经元在心理学上的意义，就像DNA在生物学上的意义一样，它们将提供一种统一的架构，并有助于解释许多心智能力；这些能力至今仍非常不可思议，而且也难以给出实验检验。此假说触动了许多科学规则，改变了对文明、移情作用、哲学、语言、模仿、孤独症和心理疗法的理解，第一次为人际关系的形成提供了神经学基础。而正是在这些人际关系的基础上，才形成了更加复杂的社会行为。他们的结论是：A、由“镜像神经元”产生的直接的内在体验，让我们能够理解他人的行为、意图或情感。B、镜像神经元也许是模仿他人动作以及学习能力的基础，从而使得镜像机制成为人与人之间进行多层面交流与联系的桥梁。C、镜像神经元已涉及到猴子一类动物，当人类和猴子在执行某个动作或观看其他个体执行同样的动作时，大脑中的一部分神经元就会有所反应。直接领会同伴思想的这种能力，将灵长类同其他动物区分开来。通过研究镜像神经元，科学家可能会揭开人类撒谎、欺骗和模仿他人等行为的秘密。1、 镜像神经元研究的历史与科学实验20世纪90年代末，成像研究一直表明人类的镜像神经元涉及许多脑区和功能。1998年，里佐拉蒂和阿比布发现，特别富含镜像神经元的脑区是著名的白洛嘉区（运动语言区）这是保罗白洛嘉在19世纪50年代发现的对于语言加工处理极为重要。从此，镜像神经元理论开始与现有的语言理论融为一体。大脑中大多数神经元比较呆板。许多只是来探测外面世界的一般特征的。有些遇到水平线时就会兴奋，有些则只认垂直线，其它的负责探测单频声音或运动方向。在更高级的大脑中，科学家发现成群的神经元能探测更远为复杂的特征，如脸、手和富有表现的肢体语言。此外，其它神经元会帮助设计身体动作，设想复杂的姿肢。在大脑中的前区皮质、后顶页、颞叶上方的沟回区域和脑岛处发现的镜像神经元，会对一系列与意图相关的行动有兴奋反应。而有语言理论认为，动作行为具有类似于口头语言或手势语言的语法。对镜像神经元来说，“手抓球”无论是一个动作还是以手势语言或口语来表达，都是一回事。因此，语言形成于我们的镜像神经元产生的语法理解。这种观点在2005年得到证实：包括加勒塞和里佐拉蒂在内的一个国际研究小组发现，人们倾听描述剧情的台词时触发的镜像神经元，与演绎这些剧情的对象本身，或目睹这个对象的表演触发的镜像神经元完全相同。很明显，这些细胞对一种过程的抽象表征起反应，这个过程看起来似乎是完全直观并发自内心的。2005年，亚科博奈描述的一种观点证明，我们的镜像神经元以一些精心的组合方式工作。对应某个最基本的动作，例如伸手，我们具有一套镜像神经元的基本组合与之对应。根据这个动作的感知意图，有选择性地被触发的其他一些镜像神经元组合，会对其加以补充。因此，镜像神经元看起来似乎在感知别人意图中起着一种关键性的作用它在理解其他人方面，以及建立社会关系和感受同情方面迈出了第一步。2、模仿体验的形式本体论争辩镜像神经元不是通过概念推理，而是通过直接模仿来让我们领会别人的意思。也许“镜像神经元”可能是动作通讯的一个关键，而动作通讯可能导致了人类的口头语言。镜像神经元直接吸收了文明，通过社会分享、模仿和观察，一代代传授下来，镜像神经元为文明的进步提供强大的生物学基础。在生活中，看到别人在吃东西，自己的口水就来了；看到别人踢球，你自己的大脑就会自动模仿此动作。当我们看到别人的表情或者经历过的情感状态，镜像神经元就会激活，让我们体验到他人的感受，走进别人的情感世界；感同身受的八大生活现象：A、学习现象：镜像神经元还提供孩子如何学习的线索。几个月大的婴儿在大人伸舌头时，他们也会这样。儿童是硬邦邦的模仿，他们的镜像神经元能观察到别人在做什么，然后自己也做什么。当人们面对面时，镜像神经元在实际生活中工作最好；虚拟现实和视频替代效果不佳。B、移情现象：移情作用大的人有特别活跃的镜像神经元系统。当你看到别人感到疼痛时，你自己会觉得痛。当你看到蜘蛛在一人大腿上爬时，你会觉得有东西爬似的，因为镜像神经元正兴奋着。C、孤独现象：孤独症与镜像神经元坏了有关。许多孤独症患者能识别别人脸上的表情，如悲伤，并能在自己脸上露出这一表情，但他们不知道这表情模仿的意义是什么：悲伤、生气还是厌恶和压抑？D、交往现象：社会情感如内疚、羞耻、自豪、困窘、反感和渴望都是基于大脑脑岛中独特的镜像神经元系统。当人们看到一只手爱抚别人，之后另一只手粗暴地推开时，脑岛记下了此拒绝的社交疼痛。E、治病现象：精神治疗医师被镜像神经元的发现所深深吸引。临床医生使用自己的镜像神经元系统来理解病人的问题，并产生移情作用。他们能帮助病人理解他们从其他病人的言行中所得到的许多经验。这为移情与反移情心理机理提供了可能的神经生物学基础。F、艺术现象：艺术开发镜像神经元。当你读小说时，你能记住来自讲述者观点的目标位置。H、运动现象：经常使用智力练习和比喻的专业运动员和教练，在不知道其生物学基础下，长久以来一直在开发其大脑的镜像特性。同样，数百万观看他们喜欢的体育节目的球迷们被镜像神经元激活所着迷。G、性感现象：镜像神经元可被色情强烈激活。“感同身受”通过感觉而非思想，是什么操纵了潜移默化？如果是一种叫做镜像神经元的细胞在起作用，那么它和早先生物学家发现的“敏因”是什么关系？因为“敏因”学家认为，“学习”、“模仿”类似“基因”功能的物质基础，就叫“敏因”。如果说我们要靠模仿来学习全新且复杂的动作时，镜像神经元又扮演了什么角色呢？为了回答这个问题，研究人员先让受试者观察有经验的吉他手弹奏和弦，再让他们模仿弹奏，同时并利用fMRI来研究。当受试者观看熟手弹奏时，其顶叶及额叶的镜像神经元系统会活化起来；当他们自己模仿弹奏和弦时，同样的区域变得更为活化。有趣的是，在观察熟手弹奏后、受试者自己尝试模仿弹奏吉他和弦时，脑中另外有个称做前额叶46区的部位会活化起来，这是传统上认为与动作筹划及工作记忆有关的脑区；因此，受试者在整合一些基本动作，来模仿某项行为时，该脑区可能扮演了枢纽的角色。对人类以外的灵长类动物而言，模仿并不是牠们特别发达的技能。猴子很少模仿，而包括黑猩猩及大猩猩在内的大猿，模仿力也有限。相反的，就人类来说，在学习以及传递技能、语言和文化上，模仿是一个非常重要的途径。比起灵长类近亲来，人类的这项进步，是不是因为演化出镜像神经元系统的神经构造而造成的？对此假说，有科学家使用fMRI来监测正在观察并模仿手指动作的受试者；这两项活动都活化了镜像神经元系统的额下回这块脑区，如果手指动作带有特别目的时，神经元活化的情形还特别明显。模仿的许多层面，长久以来就让神经科学家困惑不已，好比说下面这个基本的问题：我们的脑子如何接收视觉的资讯，将其转译成动作的语言，然后重现出观察到的动作。与猴子不同，人类还使用镜像神经元，来直接模仿动作和理解它们的涵义。看起来，似乎我们使用镜像神经元来学习每一个动作从我们的第一次微笑和走路，到我们最文雅的举止和最优美的舞姿。我们还使用它们来体会这些动作，感受微笑背后隐含的意义从某种意义上说，这些动作都是在一种运动前神经水平上进行的。如果镜像神经元系统在这个转换过程中扮演了连接的角色，那么这个系统除了帮助我们理解别人的动作、意图以及情绪之外，还可能演化成为一项重要的组成，使得人类能够经由观察而习得复杂的认知技能。过去人们一直在研究这些神经元在运动中的作用和其他功能；而现在研究人员可以认真检查它们，以确定是否存在一种看似额外的功能它们对观察到的东西是如何作出反应的。在更深层次上，它提出了一种生物学动因，使我们了解他人，了解被称为文化的复杂思想交流，了解从缺乏同情到自闭症的心理社会机能障碍。弄清楚镜像神经元可以帮助我们了解，为什么打哈欠具有感染性。与理解他人行为一样，人类理解他人情感的方式也绝对不只一种。看到他人表现出来的情绪状态，观察者就会对这些感官信息进行精细分析，最后通过逻辑推理，推断出别人的感受。还有一种可能就是，观察者将这些感官信息投射到运动原结构上，直接创造出类似的情绪体验。这两种情感认知方式有着天壤之别：在第一种方式中，观察者只是推断出了别人的感受，但无法体验这种感受；而在第二种方式中，观察者直接体验了这种感受，因为镜像机制使观察者产生了同样的情绪状态。一个典型的例子就是厌恶情绪，它是一种基本反应，对于一个物种来说，厌恶情绪具有重要的生存价值。恶臭的气味和难吃的味道往往意味着危险，它们都会让人表现出厌恶情绪，这是厌恶感最原始的表达方式。有人认为，镜像神经元在建立精巧复杂技能、社会网络和被我们称为文化的知识基础结构从使用工具到着迷于迷的文艺作品方面关系重大，这正是对它们更深层次要求的核心所在。考古学记录指出，人类文化的开端始于约5万年前，但人的大脑从那时起并未经历发育冲刺；实际上，在长达约20万年间，它们的大小变化不大。那么，什么东西发生变化了呢？有人推测，这种变化是一种遗传适应，这种遗传适应赋予了一些关键神经元目前具有的镜像反映能力，为理解、沟通和学习方面加速进步铺平了道路。信息第一次能够被传播、建立和修改，来产生人类文化中的智力和社会动力。3、镜像神经元的医疗应用与问题镜像神经元不只是因为问题本身有趣，也因为其潜在的医疗应用。整个来说，人类可能经由直接投射的机制，活化引起本能动作反应的脑区，来理解至少是强烈的负面情绪。镜像机制也许是让我们对他人感同身受的基础；这种镜像系统的缺失，也可能导致同理心的缺乏，就好比在自闭症儿童身上所看到的情况。当然，这种理解情绪的镜像机制，不可能解释所有我们对人际关係的认知，但这至少有个可用的神经基础来了解某些人际关係，如此也才能进一步了解更复杂的人际行为。自闭症患者可能缺乏镜像神经元，这引起了人们特别的兴趣。自闭症的病因，乃至这种不可思议的症状特性，已经困扰研究人员数十年之久，使患者及其家庭和医护人员对这种行为的成因知之甚少，更别说对他们进行治疗。假设镜像神经元对理解是如此重要，那么人们还不知道如何利用这些发现去研发一些治疗方法。可是，如果这些发现仍然有效，它们当中的失误可能会引发一些严重的问题就不难理解，例如辨认这种明显的缺陷，可能是弄清楚自闭症神经性根源的一个重要进展。最新的研究表明，一种无活性的镜像神经元系统可以解释一些语言、学习和移情上的深层次问题，这些问题在研究自闭症患者为何自我孤立方面有很大的作用。有些发现表明，基本和复杂的镜像神经元活动存在一些缺陷：正常儿童看到他人无目的的手指运动时被触发的镜像神经元，很少在自闭症儿童的身上被触发。这种响应缺失可能反映了镜像神经元最基本的功能，即认识他人动作的一种缺陷。在另一项研究中，研究人员将一些具有独特面部表情的人像，给患自闭症和没患自闭症的青少年看。两组受试对象能模仿这些表情，并说出它们所表达的感情。但是，这些非自闭症患者的镜像神经元表现出健全的活性，而自闭症患者的镜像神经元却没有。他们在认知上能理解这些表情，但却无法感知情感。看起来似乎一些缺陷，有助于解释从过度拘谨到自闭症的各种难题。自闭症患者可能缺乏镜像神经元，这引起了人们特别的兴趣。镜像神经元有许多问题还没有答案，例如对于语言这种复杂的人类认知技能，镜像神经元可能扮演的角色？人类的镜像神经元系统确实包括布罗卡区在内，那可是大脑皮质最基本且重要的语言中枢。如果事实确如某些语言学家所言，人际沟通最早是从脸部表情及手部动作开始，那么镜像神经元很有可能在语言的演化上扮演了重要角色。事实上，镜像机制解决了对等了解与直接了解这两个在人际沟通上的基本问题。对等了解要求的是：讯息的收发双方对于讯息的含意有相同体认。直接了解则代表人与人之间不需要什么事先协议（好比说针对任意选取的符号），就能够彼此了解；因为这种一致性原本就存在收发双方的神经结构当中。因此，这种内在镜像让双方不需要开口，就能够心领神会，也让人类得以在许多层面彼此沟通。目前，科学家还不清楚，究竟镜像神经元系统属灵长类所独有，还是其他动物身上也找得到。有科学家在大鼠身上测试，想看看这种动物是否也具有镜像神经元的反应。这种脑中的镜像机制，有可能是演化晚期发展出来的能力，如此才能够解释，为什么人类会比猴子拥有更广泛的镜像反应。不过，由于刚出生的婴儿及仔猴就能够模仿伸出舌头一类的简单动作，因此，针对看到的行为建立镜像模组的能力，可能是天生的。又由于缺乏情绪感受的镜像能力似乎是自闭症患者的重要特征，因此他们也在自闭症孩童身上做研究，看看是否表现出可让人察觉的运动缺失，这是镜像神经元系统功能不彰的常见问题。其次，镜像神经元并不总是给我们带来好的作用。例如，它们可能与暴力电视游戏的影响扯上关系。在一种基础神经水平上，这类游戏使愉悦感和成就感与施加伤害的融合进一步增强这是社会不会鼓励的一种推动力。如果这种融合得以进一步增强，那么镜像神经元模仿暴力行为的强度，可能比我们预料的更难控制。镜像神经元的这种力量表明模仿暴力行为可能并不总是一种有意识的中介过程，也就是说，它们并不能如此轻而易举地受到我们的控制。镜像神经元似乎与大脑中储存记忆的神经回路相似，也为特定的行为“编写模板”的这种特性，使人们可以不假思索地做出基本动作，在看到这些动作时，也能迅速理解，而不需要复杂的推理过程。以前哲学家认为一个人，要真正理解一件事，就必须亲身经历，现对于神经学家来说，在镜像神经元中为这种哲学观点找到物质基础。镜像神经元的这个重要发现，是否与沃森和克里克1953年发现DNA一样重大，还将有待证明；然而镜像神经元已经在智力上和实验上构成了神经科学中最丰富的领域，如果它们巨大的解释性力量能得到更完善研究成果的支持，那么，它们的确会被视作为神经科学的DNA。百度百科/view/782006.htm研究简史由于有镜像神经元的存在，人类才能学习新知、与人交往，因为人类的认知能力、模仿能力都建立在镜像神经元的功能之上。1996年里佐拉蒂和同事们发现，恒河猴的前运动皮质F5区域的神经元不但在它做出动作时产生兴奋，而且看到别的猴子或人做相似的动作时也会兴奋。他们把这类神经元命名为镜像神经元。1998年里佐拉蒂根据经颅磁刺激技术和正电子断层扫描技术得到的证据提出，人类也具有镜像神经元，而且有一部分存在于大脑皮层的布洛卡区（控制说话、动作和对语言的理解的区域）。他进一步提出，人类正是凭借这个镜像神经元系统来理解别人的动作意图，同时与别人交流。1999年亚科博尼等人发现，镜像神经元系统会在动作模仿和模仿性学习中起作用。他们利用功能性磁共振成像技术，观察到了自愿者在模仿动作时大脑皮层布洛卡区的活动。2000年西谷信行和哈里（女）的研究表明，布洛卡区是镜像神经系统的协调中心。2001年威廉姆斯等人提出，镜像神经元系统损伤与自闭症有内在联系。2002年西谷信行和哈里报道了他们的实验结果：当他们让自愿者们观看画有各种口形的图片时，这些自愿者的镜像神经系统中的各部位会按照一定先后顺序被激活。这个顺序是：视觉皮层上颞叶皮层下顶叶布洛卡区初级活动皮层。亚科博尼指出，在大脑皮层上，镜像神经系统与大脑的“边缘系统”是相连的。边缘系统是与产生情感及记忆紧密相关的区域。科勒通过在恒河猴身上的实验，鉴别出了一类镜像神经元：这类神经元能处理抽象的信息，比如特定动作的意义，以及与这些动作相关的声音或描述动作的语言。2003年科勒随后又发现视听镜像神经元具有分辨不同动作的能力，特别是当两个动作同时具有听觉和视觉信息时，镜像神经元对它们的分辨率达到97%.分别由真第卢奇和迈斯特领导的研究小组证实，镜像神经元系统是肢体语言和口头语言交流的共同基础，从而揭示了这一系统在语言从肢体动作到现代语言的进化中的作用。2005年费拉里在猴子的大脑皮层中鉴别出又一类镜像神经元：工具反应镜像神经元。当猴子看到实验人员手持工具，比如杆子或钳子时，这类镜像神经元的反应十分强烈，而当实验人员徒手做动作时则没有这样强的反应。阿尔比布提出精神分裂症患者的镜像神经系统可能受到损害，以至于不能识别自己的动作和语言。这些患者把自己说出的话当作另一个人说出的，从而产生幻听。约瑟夫等人对自闭症患者的大脑皮层厚度进行了测量，发现这些患者的镜像神经元所在的皮层要比正常人薄，而且病情越重，这部分皮层越薄。2006年格里德利撰文称，镜像神经元的功能或许可以解释部分听众为什么会错误地感受萨克斯音乐所表达的情感，并理解成愤怒。桑顿认为自闭症的形成与婴儿时期受到的干扰有关。这种环境干扰可能是电磁辐射。处于发育阶段的婴儿的镜像神经系统对电磁辐射十分敏感。乔瓦尼等人正尝试利用镜像神经元的特性来系统地训练中风后上肢瘫痪的病人，让他们观察并在脑中模仿一些动作，使他们的神经系统恢复对动作的控制和协调能力，从而得到康复。威克等人发现，当自愿者看到录像中的人物作出感到恶心、难受的表情时，他们的大脑皮层反应与自己闻到难闻的气味时是一样的。这种大脑皮层反应集中在有镜像神经元分布的区域。皮内达通过比较吸烟者和不吸烟者的脑电图发现，吸烟使人的镜像神经系统改变，让人的烟瘾更大。舍甫勒等人的研究显示，人在观察机器人的动作时，不会有观察人类动作时产生的那种大脑皮层反应，这表明镜像神经系统偏好动物的运动。对镜像神经元的研究成果已经被应用于人工智能的开发，在机器人对动作的识别和协调中有了突破性进展。自闭症：碎镜之困环球科学2006年第12期作者：维莱阿努尔S拉马钱德兰和林赛M奥伯曼翻译杜珍辉自闭症儿童性情孤僻、待人冷漠，把自己封闭在孤独的世界里。很多人认为，自闭症是心理因素造成的，但科学家却有不同的看法：自闭症是一种神经疾病，源于镜像神经元受损。镜像神经元的功能能否恢复?自闭症患者何时才能走出自我封闭的世界?科学家的研究似乎预示着这一天即将来临。乍一看，你可能觉得患有自闭症的儿童和正常儿童没有什么不同。但只要和自闭症儿童聊几句，你就会发现他们的问题其实很严重：他们害怕和你用眼神交流，身体不安地来回晃动，甚至用头撞墙，说话也经常颠三倒四。尽管他们也会有情感的波动，比如感到恐惧、愤怒和高兴，但对别人常显得漠不关心。在平常的社会交往中，对某些细微的暗示，大多数孩子都能轻松理解，可自闭症儿童就是视而不见。20世纪40年代，美国精神学家利奥坎纳(Leo Kanner)与奥地利儿科医生汉斯阿斯珀格(HansAsperger)分别发现了自闭症。时至今日，仍有05的美国儿童忍受着这种疾病的折磨。在研究过程中，两位科学家虽对彼此的研究一无所知，却似乎心有灵犀，不约而同地给这种病症起名为“autism”。这个英文单词源于希腊文“autos”，意指“自我”。由于患者最明显的特征就是把自己隔绝于社会交往之外，因此用这个词来形容患者的确非常贴切。最近，为了充分表现自闭症种类繁多、严重程度不一、具有某些共同症状的特点，医学界选用了一个新的病症名称一“泛自闭症障碍症候群”(Autistic Spectrum Disorder，ASD)。从坎纳和阿斯珀格发现自闭症以来，科学家对病因的探寻就一直没有停止过。科学家们发现，容易患自闭症的人很可能是遗传所致，不过后天环境因素的影响也不可忽视。在美国加利福尼亚大学圣迭戈分校，自20世纪90年代末开始，我们实验室的研究人员就开始探索自闭症与“镜像神经元”(一种新发现的脑神经细胞)之间的关系。当我们想体会他人的情绪和想法、理解他人的立场和感受时，镜像神经元就会发挥作用。因此，镜像神经系统功能失常会引发某些自闭症状，这样的假设是合情合理的。过去10年，多项研究为这一假设提供了相关科学依据。随着镜像神经元研究的不断深入，自闭症的真正病因也许会逐步浮出水面，准确诊断和彻底治疗将不再是空想。初探自闭症是什么导致了自闭症?通过对猴子、婴儿的行为的研究，科学家发现，镜像神经元受损很可能是自闭症的真正病因。虽然自闭症的主要诊断特征是自我封闭、害怕眼神交流、语言表达能力差以及无法理解他人情感，但还有一些症状同样十分明显，只是很少有人知道那是自闭症状。许多患者无法理解隐喻，有时会照着字面意思去理解；在模仿他人动作时也显得非常吃力；他们常将注意力集中在事物的细枝末节上面，却忽视了周围环境的主要方面，尤其是他们所处的社会环境；同样令人费解的是，不知为什么，他们常常会对某些声音极度敏感，就好像触动了大脑中的警铃。解释自闭症的现有理论可以分为两类：解剖学理论和心理学理论(研究人员已经否定了第三种理论一“冰箱妈妈”理论，该理论把自闭症归咎于恶劣的成长环境)。美国加利福尼亚大学圣迭戈分校的埃里克库尔切斯内(Eric Courchesne)和其他一些解剖学家已经证明，自闭症儿童的小脑会出现特有的异常，这片脑区主要负责协调复杂的随意肌肉运动(一种受意念控制的躯体运动)。但是，如果仅此就认定小脑损伤是自闭症的唯一病因，未免过于草率。在儿童身上因中风引起的小脑损伤，通常会导致病人颤抖、步伐摇摆和不正常的眼睛运动，但是这样的症状在自闭症中却极其少见。反过来，在小脑发生病变的患者中，我们也从未发现任何典型的自闭症状。因此，在自闭症患儿身上观察到的小脑病变，可能只是变异基因产生的副作用，基因异常带来的其他影响才是自闭症的真正病因。最令人信服的心理学理论，大概要算英国伦敦大学学院的尤塔弗里斯(UtaFrith)和剑桥大学的西蒙巴伦一科恩(Simon Baron-Cohen)提出的理论了。他们认为自闭症最主要的问题在于，患者无法解读他人的心理。弗里斯和巴伦一科恩认为，大脑中存在着专门的神经回路，使我们能对别人复杂的内心活动作出臆测，从而准确预判他人的行为。显然，这两位科学家是走对路了，可惜他们的理论无法完全解释纷繁复杂的、相互之间又看似无关的自闭症状。事实上，将自闭症患者的社交障碍解释为他们缺乏解读他人心理的能力，不过是复述一遍症状罢了。自闭症患者显然丧失了某些大脑功能，可这些功能背后的机制是什么呢?要想破解自闭症成因之谜，研究人员就必须找出缺失功能背后的神经机制。20世纪90年代，意大利帕尔马大学的贾科莫里佐拉蒂(GiacomoRizzolatti)和维托里奥加莱塞(Vaorio Gallese)以恒河猴为研究对象，研究了动物在做出有意图行为时的脑神经活动。他们的研究为我们提供了一条线索(参见本期环球科学贾科莫里佐拉蒂、利奥纳多福加希、维托里奥加莱塞所著大脑中的魔镜一文，第14页)。几十年前，科学家们就意识到，运动前区皮质(大脑额叶的一部分)的神经元参与了随意运动的调控。比如说，猴子拿花生时会激活一个神经元，而拉杠杆时则会激活另一个神经元。这些脑细胞通常被称作运动神经元(需要指出的是，这些活动状态被记录下来的神经元，本身并不能单独调控手臂的动作，它只是神经回路的一部分，通过观察回路中的其他神经元发出的信号，研究人员就可以监测整个神经回路的活动)。一个意外的发现让里佐拉蒂和他的同事颇为震惊：当猴子看到它的同伴或研究人员做出相同动作时，一部分运动神经元居然也会被激活!比如，一个神经元在猴子拿花生时会被激活，当猴子看到其他猴子做出“拿花生”的动作时，该神经元依然会被激活。后来的脑成像技术显示，这种所谓的“镜像神经元”同样存在于人类大脑皮层的相应区域。这些事实意味着，镜像神经元(更准确地说，是这些神经元所在的神经网络)不仅能传输运动指令，还能在脑海里像镜子一样反映出别人的动作。借助于这种能力，猴子和人类可以准确地揣测他人的意图。猴子的镜像神经元也许只能预测简单的有意识行为，相比之下，人类的镜像神经系统也许要高级得多，可以帮助人类推敲别人更加复杂的意图。随后的研究发现，扣带回和岛叶皮质等人类大脑区域也分布着镜像神经元，而且镜像神经元也可能参与了移情反应(empathy，是指能体验他人的精神世界，就好像是自己的精神世界一样)。在研究清醒受试者的前扣带回皮质时，研究人员发现，一些通常会对疼痛作出反应的神经元，在一个人看到其他人疼痛难忍时，也会作出相同的反应。镜像神经元也许还与行为模仿有关(参见2006年9月号环球科学戴维多布斯所著人们为何喜欢模仿一文)。猿类就拥有初级的模仿能力，而人类的模仿能力更是突出。从某种程度上说，模仿是一种本能：美国华盛顿大学的安德鲁梅尔特佐夫(Andrew Meltzoff)发现，如果你朝一个新生婴儿吐舌头，那么小家伙也会吐出舌头来。由于婴儿看不到自己的舌头，所以他不可能简单地靠依葫芦画瓢的方式来学习这种技巧。事实上，在幼儿的大脑里有着某种与生俱来的机制，专门负责将母亲的视觉形象无论是吐舌头还是微笑都一一映射到运动神经之上。婴儿牙牙学语时，同样需要在大脑的不同区域之间对分类信息加以重新映射。为了模仿父母说话，孩子的大脑必须将颞叶听觉中心的声音信号，转换成运动皮质的语言输出信号。现在还不清楚镜像神经元是否直接参与其中，但是很明显，一些类似过程确实发生了。最后一点，镜像神经元还能使人们清醒地看待自己，对于自我意识和自我反省来说，这大概是一种必不可少的能力。脑电图中的证据脑电图分析显示，做手部运动时，正常人与自闭症患者的梳形节律均为抑制状态，而在观看手部运动视频时，却只有正常儿童的梳形节律处于抑制状态。这就是镜像神经元受损的有力证明。这一切又和自闭症有什么关系呢?20世纪90年代后期，我们在加利福尼亚大学圣迭戈分校的研究小组发现，自闭症患者缺失的功能，刚好都在镜像神经元的“职责范围”以内。如果镜像神经系统确实与解读复杂意图有关，那么这种神经回路的崩溃，就能解释自闭症患者最显著的症状缺乏社交能力。自闭症的其他一些主要症状，比如缺乏感情、沉默寡言、不善模仿等，也都可以看成是镜像神经元功能紊乱的结果。虽然苏格兰圣安德鲁斯大学安德鲁惠滕(Andrew Whitten)的研究小组也同时提出了相同的假设，但是在加利福尼亚大学圣迭戈分校的同事埃里克L阿特休勒(Eric LAltschuler)和杰米A皮内达(Jamie APineda)的通力合作下，支持这一假设的第一手试验证据却在我们的实验室里诞生。为了证明自闭患者的镜像神经元确实功能失常，我们需要找到一种方法来监测神经元的活动，但是在脑部插入电极(就像里佐拉蒂及其同事对他们的猴子所做的那样)是万万不能的，我们必须另辟蹊径。后来我们发现，可以使用脑电图(EEG)来分析儿童的脑电波。半个世纪以来，科学家们了解到，每当人们做随意运动时，比如捏紧或松开拳头，脑电图的核心组成部分梳形节律(Mu波)就会受到抑制。有趣的是，当人们看到别人做同样的动作时，这种节律也会受阻。因此本文作者之一拉马钱德兰和阿特休勒指出，检测梳形节律的抑制情况也许是探测镜像神经元活性的好办法，既简单易行，又不用在大脑中插入电极。我们找到了一位症状较轻的自闭症儿童(高功能自闭症患者)，作为初步试验的主要研究对象(为了排除注意力不集中、未能理解指令或反应迟钝等因素对试验结果的影响，我们没有选用那些过于年幼的低功能自闭症幼童)。脑电图分析显示，当这位自闭症患儿做一些简单的随意运动时，他的Mu波明显受到了抑制，这与正常儿童完全一样。但是当