自闭症谱系障碍的病因分析：来自镜像神经系统的启示

自闭症谱系障碍的病因分析：来自镜像神经系统的启示
【摘要】自闭症谱系障碍是儿童发展过程中的一种身心疾病，在全球范围内引起了广泛关注。然而，到目前为止，人们仍未能找到自闭症发病的确切原因。神经心理学研究尝试从多个角度解释自闭症的成因，提出了心理理论缺陷、执行功能缺陷以及中枢性统合不足等理论假说。镜像神经元的发现为人们了解自闭症谱系障碍的病因提供了启示。行为学研究显示，自闭症儿童存在社会交往障碍，在情绪识别和动作意图理解方面表现出困难。有关人类镜像神经系统的脑成像研究发现，自闭症儿童在完成动作模仿和情绪识别任务时，其镜像神经系统的激活模式异常。这些研究表明，自闭症可能与镜像神经系统的功能不足有关。
【关键词】镜像神经系统 自闭症 模仿 动作理解 共情
像镜子一样可以映射他人动作的神经元被命名为镜像神经元( mirror neuron，MN) 。镜像神经元分布在灵长类大脑的 RA 区、额下回、顶下小叶等区域，这些脑区协同工作，完成动作理解等认知神经功能，构成一个镜像神经系统( mirror neuron system，MNS) 。镜像神经系统在心理学研究中具有重要意义。认知神经科学家Ramachandran 曾经断言：“镜像神经元之于心理学，
犹如DNA之于生物学。有研究发现，镜像神经系统在模仿行为、语言发展、动作识别与理解等方面都发挥着重要作用。镜像神经系统的发现还为认识自闭症谱系障碍的病因提供了新视角。
1 自闭症谱系障碍的传统认知理论
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2 镜像神经元的发现及其研究
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3 镜像神经系统研究对自闭症的启发
镜像神经系统的发现给自闭症病因探索提供了新的视角。依据镜像神经系统的假设，有学者提出了破镜理论( broken-mirror theory) 来解释自闭症儿童在社会交流方面的障碍。目前有很多研究表明镜像神经系统在模仿、动作理解以及共情方面扮演了重要角色，因而对自闭症儿童的社会交流功能产生影响。
3.1 镜像神经系统与ASD儿童的模仿
有学者认为，自闭症儿童心理理论的缺乏或许是由于模仿能力缺陷引起的。这也就意味着自闭症儿童难以理解他人的想法，因为他们很难站在自己的位置去想象他人的行为，并将他人的行为与自己记忆中的动作编码相联系。Rizzolatti认为“模仿”有很多的定义，其中最常使用的含义有以下两种：其一，个体可以复制他所观察到的动作；其二，它是一种能力，通过观察获得一种新的运动行为并通过运用所传授的原有的行为来复制新的行为。在这两个定义中，都需要将感觉信息转化成运动表征。
有研究表明，自闭症儿童的严重程度与个体的模仿能力呈现显著的负相关，尤其是在社会交往方面的任务中。Dapretto等通过fMRI技术，用充分的证据表明，高功能的自闭症儿童在模仿任务和观察情绪表达任务时，自闭症儿童的额下回激活程度远低于正常发育的儿童，并且这种激活程度与自闭症儿童的严重程度成负相关。
Avikainen等人通过 TMS 技术研究发现，当面对面地观察他人的时候，自闭症儿童难以用类似于“照镜子”那样的方式去模仿他人。这种模仿能力的特殊性似乎是因为镜像神经系统在编码他人动作时有缺陷。Cossu等人为了验证环境是否能够促进自闭症生儿童的意图理解，向自闭症儿童与正常发育儿童呈现传统的动作( 如让被试模仿用杯子喝水) 与非传统的动作( 如让被试模仿没有杯子时喝水的动作) ，发现自闭症儿童在前者条件下表现地更好，但是都比正常发育儿童的水平相差较多。
一些脑功能成像研究表明，当自闭症青少年或成人与正常被试对照组进行面部表情、手指动作等动作模仿时，镜像神经系统的皮质激活程度显著低于正常被试，并且，任务进行时镜像神经区域的激活水平与自闭症的严重程度有显著的相关。以上的实验表明，镜像神经系统对自闭症儿童动作模仿的作用，自闭症儿童在模仿上的缺陷与其大脑的镜像神经系统紧密相关，镜像神经区域的损伤是自闭症症状——模仿缺陷的有效生物标记之一。这是有别于过去传统理论对于自闭症儿童模仿缺陷的一些假设，通过神经影像学等技术，为我们更好地理解模仿的神经生理机制提供基础。由于镜像神经元系统发展确实存在相当大的缺陷，自闭症患者会在认知等能力的发展上存在不足。大部分自闭症患者虽然和陌生人之间的互动存在问题，但是和父母之间的互动却不存在这样的问题，这表明他们的镜像神经元系统依然保留了相当好的一部分。给与我们启发的是，镜像神经系统的发展具有可塑性，我们可以通过后天的学习和训练及早干预他们的各方面能力。在自闭症儿童的教育过程中，我们应当注重儿童的“镜像教育”给与儿童更多的模仿机会，通过音乐，舞蹈，体育等课程，让儿童在一个有着恰当的刺激的环境中，去像镜子一般地反射内心的表征，包括情绪、面部表情和身体动作等。不断地激发大脑中的镜像神经系统，调动模仿能力的发展，从而促进儿童其他方面的能力，如共情的发展。
3.2 ASD 儿童编码动作意图
恒河猴的镜像神经元主要分布在运动前皮层的F5 区和顶下小叶( inferior parietal lobule,IPL) 两个皮层区域。IPL从颞上沟( STS) 接受输入的刺激，而STS的主要功能在于主管生物的运动。这意味着，镜像神经元主要分布在主管有机体动作的皮层区域，与有机体的运动有关。对于人类来说，理解他人动作有关的意图是个体完成社会行为的基本成分，而这种能力的缺陷常常是与个体的社会分离心理缺陷有关，这在自闭症儿童身上有很明显的特征。Iacoboni通过fMRI技术首次验证了这个假设。由于不同的环境会产生不同的意义，从而影响被试对实验材料产生不同的意图理解。因此，在这个实验的设计中，很重要的一点就是要有清晰的实验环境。在此实验中让被试去判断图片中个体的动作意图，在不同的线索提示中，会产生不同的动作意图理解。在“drinking”( 用餐前) 背景中表明了手是要拿杯子来喝水的，而在“cleaning”( 用餐后) 背景中则表明了要拿起杯子来清理桌面。在此，这两个背景条件引发了动作背后的意图。结果表明，在动作条件和意图条件中，镜像神经系统都有激活并且对动作执行者的意图理解引起了镜像神经系统的大幅度激活。包括在视觉区域以及右额下皮层、额下回腹侧等区域。这都表明了这些皮层区域不仅具有物体识别的能力，也具有对他人动作意图理解的关键能力。当被试要理解动作是什么的时候，也即“what”( 例如抓) ，观察者的运动皮层完成了对运动动作表征的匹配，那么被试的镜像神经系统激活了。这个运动表征能够让观察者认识到他人在做什么。然而这个机制并不足以让一个人去理解他人动作的意图。这个完成“why”任务的过程就需要更加复杂的机制了，它主要集中在镜像神经系统，同时也需要其它的运动神经元参与。
Fogassi等有研究发现，在顶下小叶(IPL) 存在着一组动作受限运动神经元( action-constrained motor neurons) 并且仅当一个动作( 例如抓) 是一个特定动作( 例如抓来吃) 的一部分时，才会激活。这些神经元会组成一组链条，每一个神经元都只会编码一个特定的运动动作( 例如抓) "而当个体要做出指定动作时( 例如拿一个东西来吃) ，整个链条都会激活，从而实现了他/她的意图。更有趣的是，在动作观察( 而非执行某个动作) 过程中，许多动作受限运动神经元也会激活。被试在动作观察中内在地激活了对同样动作的理解，这种机制使得观察者可以直接理解动作意图而不需要推理过程。
神经生理数据表明了自闭症儿童镜像神经系统的缺陷，但是行为数据则显示了自闭症儿童对动作目标的理解是完整的。这是一对矛盾的说法，有可能是自闭症儿童的单个镜像神经元机制基本是完整的，但链条组织受损了。Cattaneo等学者的研究证实了这个假设。他们研究了正常发育(typically-developing children,TD) 儿童与自闭症( ASD) 儿童，让他们做出一个拿东西来吃或者是把东西放在一个容器里的动作。并记录两组儿童的下颌舌骨肌( MH) 即嘴巴张开时肌肉活动的肌电图。在第一个实验中，让两组儿童伸手去拿东西来吃，结果显示，正常发育儿童激活了MH肌的电位，但是自闭症儿童的却没有激活。在第二个实验中，两组儿童把东西放到容器里。TD 儿童一开始伸手拿物品的动作，在触及物品之前，MH肌肉已经激活了，相反，自闭症儿童在伸手以及抓到的过程中都没有激活MH肌肉。仅仅是在自闭症儿童准备要放东西的时候，MH肌肉才激活。当自闭症儿童在观察拿东西来吃或者放进一个容器里，和正常发育儿童相比，他们的肌电图的曲线都是平滑的。
另外也有研究表明用 EEG技术去记录儿童的 mu波，向儿童呈现及物动作与不及物动作时，发现自闭症儿童在看到不及物动作时，会出现健康儿童一样模式的 mu波抑制，但是在及物动作时，却没有出现，并且自闭症儿童严重的程度与 mu波是呈正相关的。这些实验都表明了自闭症儿童缺乏对动作意图的一个整体理解能力。
mu波( 8-12Hz) 是大脑皮层激活的指标，是衡量镜像神经系统正常的一个间接标志，在 Pineda 的实验研究中，他提出通过神经反馈技术 ( Neurofeedback) 来产生调整EEG alpha mu波的抑制或者失调，在经过系统的30小时的神经反馈技术训练后，让两组被试在训练前和训练后完成睁眼闭眼的任务以及mu波抑制的评估，并让父母完成训练前后的问卷，发现自闭症儿童有改进，但是正常发展儿童没有。这表明通过神经反馈技术可以使儿童的镜像神经系统正常化，并诱发镜像神经系统中的相关网络的神经可塑性的变化。
3.3 ASD 儿童的社会认知与共情
共情是个体在社会角色中一个非常重要的能力，可以影响与他人的社会互动和交往。发展行为数据很清楚地表明自闭症儿童的一个典型症状就是缺乏共情和情绪卷入。也就是当他人有恐惧，伤心或快乐等情绪的时候，自闭症儿童难以识别并做出适当反应。现今也可以通过情商( Empathy Quotient) 问卷来测量这种能力。关于自闭症儿童共情的生理机制，现今尚未形成确切发现，但是很多研究皆表明镜像神经系统可能是其生理基础。个体的镜像神经系统能够具身地( embodiment) 理解和模仿他人的情绪和表情，从而在社会交往中形成共情。
正是由于镜像神经系统在模仿和动作理解中的作用，因此，可以认为镜像神经系统和共情有很大的联系。在共情的过程中也有情绪的理解，这是边缘系统的功能之一，而镜像神经系统与边缘系统是由脑岛相接而联系的，那么由镜像神经系统，边缘系统部分区域以及脑岛组成的大面积的神经网络为共情提供了生理基础。镜像神经系统能够理解和认识他人的情感与社会认知的能力也称为读心( mind reading) 。
Dapretto等通过 FMRI技术，让自闭症儿童观察和模仿一些基本情绪，结果发现，在镜像神经系统中的额下回后部的激活程度，自闭症儿童没有正常儿童的程度高，并且，自闭症儿童的症状严重程度与他们在这个区域的激活程度成负相关。他认为正常儿童依赖于右半脑的镜像神经机制( 通过脑岛和边缘系统共同作用) ，借此基础直接模仿或者感受观察到的情绪。然而，在自闭症儿童身上似乎没有这样的镜像机制。
Minion等人给被试们呈现几段不同的视频，其中有用针刺进一个人的肌肉中的视频( 他人的疼痛) 以及用棉棒来搽拭相同部位肌肉( 不疼痛) 的视屏，并记录被试单脉冲TMS( sTMS) 与询问被试对他人的感受。
因为，在观察他人的疼痛时，个体抑制运动诱发电位波幅是感觉运动扩散的指标。他们发现当自闭症儿童在看到他人的疼痛视频的时候，没有出现任何对皮质髓质系统的神经生理调节表现。也有研究表明，让自闭症患者完成社会推理意识的测验( The Awareness of Social Inference Test) ，自闭症儿童在认知和情感上都存在对他人情感的缺失。因此，自闭症患者缺乏对他人情绪的具身体验能力，也就是说，他们缺乏共情能力。
Gallese等曾提出了具身模仿理论，具身模仿是社会认知中关键的功能机制，通过具身模仿，人们不仅能观察到他人的动作、情感，而且还能唤起观察者有关这些动作或情绪的内部表征。镜像神经系统的存在证明无论是亲自体验还是观察他人情绪体验，都会激活相似的脑区，这为共情的产生提供了神经机制上的解释。
有研究发现，通过训练，个体的镜像神经系统可以发生变化，Catmur等发现一个短期的不一致的感觉运动训练( 例如当看到小指动的时候，被试动了食指) 之后，就足以让镜像神经系统改变对训练动作的反应。这说明了镜像神经系统具有依赖于经验的可塑性。
而音乐创作( music making) 对于自闭症儿童来说会是一个很好的方式来塑造镜像神经系统。由于自闭症儿童大多对音乐感兴趣，同时音乐是综合了多种感官作用于大脑的媒体，它包括了视觉、听觉和感觉运动等方面。在音乐创作中，自闭症儿童会在音乐创作中体会音乐中主人翁的感情，培养了个人的共情能力，同时也需要一系列的模仿，控制和执行整个过程。
4 未来研究展望
镜像神经系统的发现为我们更加深入了解自闭症谱系障碍的病因提供了启示，这对自闭症儿童的康复等工作有重大意义。相关研究发现，个体的镜像神经系统在动作观察和模仿、动作理解、以及与他人的社会认知和情绪活动中都有神经机制的作用，这也解释了自闭症谱系障碍儿童存在的动作刻板、社会交往能力不足、语言沟通能力的障碍和兴趣缺乏等症状。由此，笔者作出以下展望。第一，我们也许可以从镜像神经系统入手，正如前文提到的mu波的抑制作为衡量镜像神经系统发展的一个间接指标，可以通过这个客观的生理指标作为自闭症儿童的诊断和筛查的神经生物指标。
第二，鉴于目前对镜像神经系统的研究多采用脑成像技术，若可以结合更深层次的研究技术，如分子细胞水平研究，就可以更好地认识镜像神经系统的结构和功能，以及它们之间的联系有重大的意义。
第三，我们已经了解到大脑中镜像神经系统的可塑性，我们可以通过研究寻找出更多的训练方法去塑造和改变自闭症儿童的镜像神经系统; 甚至可以在更高水平上，利用修复技术对镜像神经系统的神经突触等进行塑造，改变镜像神经元的联系和反应强度，从而达到弥补镜像神经系统发育不完全的缺陷，最终让自闭症儿童恢复健康水平。
第四，加强对自闭症儿童的“镜像教育”，让儿童在所见所闻中都可以通过像“照镜子”一样的反映形式学习动作、情感表达等等。例如，通过课室和卧室的装饰，以及教师的言传身教促进自闭症儿童在一个处处可以有所学、所悟的环境中成长发展。
当然，我们不能完全确定镜像神经系统与自闭症的症状之间的关系，但是，我们相信可以有更多的角度和技术来验证镜像神经系统对自闭症儿童的作用。在此基础上，希望可以找到改善和治疗自闭症儿童的有效方法。
 

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