初次见面，你可能不会注意到一个患有自闭症的男孩有什么奇怪之处。但是，如果你试图和他交谈，很快就会明显地感觉到有些严重的问题。他可能不会与你进行眼神交流；相反，他可能会避开你的目光，焦躁不安，来回摇晃身体，或者用头撞墙。更令人不安的是，他可能无法进行任何类似于正常对话的交流。即使他可以体验到诸如恐惧、愤怒和快乐等情绪，他也可能缺乏对他人的真诚同情心，并且对大多数孩子可以毫不费力地接收到的细微社交暗示浑然不觉。
在20世纪40年代，两位医生——美国精神病学家利奥·坎纳和奥地利儿科医生汉斯·阿斯伯格——各自独立地发现了这种发育障碍，它影响着大约每150名美国儿童中的一人。令人惊奇的是，两人都不约而同地给这种综合征起了相同的名字：自闭症，这个词源于希腊语autos，意思是“自我”。这个名字很贴切，因为这种疾病最明显的特征是从社交互动中退缩。最近，医生们采用了“自闭症谱系障碍”一词，以明确表示该疾病有许多相关的变体，这些变体在严重程度上差异很大，但具有一些共同的特征性症状。
自从自闭症被确认以来，研究人员一直在努力确定其病因。科学家们知道，对自闭症的易感性是遗传的，尽管环境风险因素似乎也起作用。从20世纪90年代后期开始，我们在加州大学圣地亚哥分校的实验室的研究人员开始探索自闭症与大脑中一种新发现的神经细胞——镜像神经元——之间是否存在联系。由于这些神经元似乎与同理心和感知他人意图等能力有关，因此假设镜像神经元系统的功能障碍可能导致自闭症的一些症状似乎是合乎逻辑的。在过去的十年中，一些研究为这一理论提供了证据。对镜像神经元的进一步研究可能解释自闭症是如何产生的，并且在此过程中，医生可能会开发出更好的方法来诊断和成功治疗这种疾病。
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解释症状
虽然自闭症的主要诊断标志是社交隔离、缺乏眼神交流、语言能力差和缺乏同理心，但其他不太为人所知的症状也很常见。许多自闭症患者在理解隐喻方面存在问题，有时会按字面意思理解。他们也很难模仿他人的行为。他们经常表现出对琐事的古怪专注，但却忽略了他们环境中的重要方面，尤其是他们的社交环境。同样令人困惑的是，他们经常对某些声音表现出极端的厌恶，这些声音没有明显的原因，却会在他们的大脑中拉响警报。
已经提出的解释自闭症的理论可以分为两组：解剖学理论和心理学理论。（研究人员已经拒绝了第三组理论——例如“冰箱母亲”假说——这些理论将该疾病归咎于不良的教养。）加州大学圣地亚哥分校的埃里克·库尔舍恩和其他解剖学家已经优雅地证明，自闭症儿童的小脑存在特征性异常，小脑是负责协调复杂的随意肌肉运动的大脑结构。尽管在对自闭症的任何最终解释中都必须考虑到这些观察结果，但就此断定小脑损伤是该疾病的唯一原因还为时过早。儿童中风造成的小脑损伤通常会产生震颤、摇摆步态和异常的眼球运动——这些症状在自闭症中很少见到。此外，在小脑疾病患者中，人们看不到任何自闭症的典型症状。自闭症儿童中观察到的小脑变化可能是异常基因的不相关副作用，而这些基因的其他影响才是该疾病的真正病因。
在心理学理论中，也许最巧妙的是伦敦大学学院的乌塔·弗里斯和剑桥大学的西蒙·巴伦-科恩的理论，他们认为自闭症的主要异常之处在于构建“他人心智理论”的能力缺陷。弗里斯和巴伦-科恩认为，大脑中专门的神经回路使我们能够创建关于他人内心运作方式的复杂假设。反过来，这些假设使我们能够对其他人的行为做出有用的预测。弗里斯和巴伦-科恩显然走在了正确的轨道上，但他们的理论并没有为自闭症看似无关的症状群提供完整的解释。事实上，说自闭症患者无法进行社交互动是因为他们缺乏“他人心智理论”，这并没有超出重述症状的范围。研究人员需要确定的是大脑机制，其已知功能与自闭症中受损的功能相匹配。
一个线索来自意大利帕尔马大学的贾科莫·里佐拉蒂及其同事的工作，他们在20世纪90年代研究了猕猴在执行目标导向行为时的大脑神经活动。研究人员几十年来一直知道，前运动皮层（大脑额叶的一部分）中的某些神经元参与控制随意运动。例如，当猴子伸手去拿花生时，一个神经元会放电，当动物拉动杠杆时，另一个神经元会放电，等等。这些脑细胞通常被称为运动指令神经元。（请记住，被记录活动的神经元本身并不控制手臂；它是可以通过观察构成神经元中的信号来监测的电路的一部分。）
令里佐拉蒂及其同事惊讶的是，当猴子观察到另一只猴子或研究人员执行相同的动作时，一部分运动指令神经元也会放电。例如，当猴子看到它的同伴做出伸手去拿花生的动作时，一个参与控制伸手去拿花生动作的神经元会放电。随后的脑成像技术表明，这些所谓的镜像神经元也存在于人类皮层的相应区域。这些观察结果表明，镜像神经元——或者更准确地说，它们所属的网络——不仅发送运动指令，而且还使猴子和人类能够通过在心理上模拟他人的行为来确定他人的意图。
后来的研究表明，镜像神经元位于人脑的其他部位，例如扣带回和岛叶皮层，并且它们可能在同情心的情感反应中发挥作用。在研究清醒的人类受试者的前扣带回皮层时，研究人员发现，通常在对疼痛做出反应时放电的某些神经元，在人看到他人处于疼痛之中时也会放电。镜像神经元也可能参与模仿，这种能力似乎以雏形形式存在于类人猿中，但在人类中最为明显。模仿的倾向至少部分是天生的：华盛顿大学的安德鲁·梅尔佐夫已经证明，如果你对新生婴儿伸出舌头，婴儿也会这样做。由于婴儿看不到自己的舌头，它无法使用视觉反馈和误差纠正来学习这项技能。相反，在孩子的大脑中一定存在一种硬连线的机制，用于将母亲的视觉外观——无论是伸出的舌头还是微笑——映射到运动指令神经元上。
儿童时期的语言发展也需要大脑区域之间的一种重映射。为了模仿母亲或父亲的词语，孩子的大脑必须将大脑颞叶听觉中心的听觉信号转化为来自运动皮层的口头输出。镜像神经元是否直接参与这项技能尚不清楚，但显然必须存在一些类似的过程。最后，镜像神经元可能使人类能够像他人看待自己一样看待自己，这可能是自我意识和内省的一项基本能力。
抑制μ波
这一切与自闭症有什么关系呢？在20世纪90年代后期，我们在加州大学圣地亚哥分校的小组注意到，镜像神经元似乎正在执行与自闭症患者受损的功能完全相同的功能。如果镜像神经元系统确实参与了解释复杂的意图，那么这种神经回路的崩溃可能解释自闭症患者最显著的缺陷，即他们缺乏社交技能。该疾病的其他主要症状——缺乏同理心、语言缺陷、模仿能力差等等——也是如果镜像神经元功能失调时你会期望看到的症状类型。苏格兰圣安德鲁斯大学的安德鲁·怀滕小组在大约同一时间提出了这个提议，但该假设的第一个实验证据来自我们的实验室，我们与加州大学圣地亚哥分校的埃里克·L·阿尔特舒勒和海梅·A·皮内达合作。
为了证明自闭症儿童的镜像神经元功能障碍，我们需要找到一种方法来监测他们神经细胞的活动，而无需将电极放入他们的大脑中（就像里佐拉蒂及其同事对他们的猴子所做的那样）。我们意识到，我们可以通过使用脑电图（EEG）测量儿童的脑电波来做到这一点。半个多世纪以来，科学家们已经知道，每当一个人做出随意肌肉运动时，例如张开和闭合双手，称为μ波的脑电图成分就会被阻断。有趣的是，当一个人观看他人执行相同的动作时，这种成分也会被阻断。我们中的一位（拉马钱德兰）和阿尔特舒勒提出，μ波抑制可能为监测镜像神经元活动提供一种简单、无创的探针。
我们决定将我们的第一个实验重点放在一个高功能自闭症儿童身上——也就是说，一个没有严重认知障碍的儿童。（非常年幼、低功能的儿童没有参加这项研究，因为我们想确认我们发现的任何差异都不是注意力问题、理解指令问题或智力迟钝的总体影响造成的。）脑电图显示，该儿童有一个可观察到的μ波，当他做出简单的随意运动时，μ波被抑制，就像正常儿童一样。但是，当孩子观看他人执行该动作时，抑制并没有发生。我们得出结论，该儿童的运动指令系统是完好无损的，但他的镜像神经元系统存在缺陷。我们在2000年神经科学学会年会上提出的这一观察结果为我们的假设提供了令人瞩目的证实。
然而，从个案中概括必须谨慎，因此我们实验室小组后来对10名高功能自闭症谱系障碍个体和10名年龄和性别匹配的对照受试者进行了一系列更系统的实验。我们看到，当对照受试者移动他们的手并观看移动的手的视频时，μ波出现了预期的抑制，但自闭症受试者的脑电图仅在他们移动自己的手时才显示μ波抑制。
其他研究人员已经使用不同的技术监测神经活动，证实了我们的结果。赫尔辛基理工大学的里塔·哈里领导的一个小组通过使用脑磁图（测量大脑中电流产生的磁场）发现了自闭症儿童的镜像神经元缺陷。最近，加州大学洛杉矶分校的米雷拉·达普雷托及其同事报告了使用功能性磁共振成像的类似发现。蒙特利尔大学的雨果·托雷特也发现了使用经颅磁刺激的类似损伤的证据。
总而言之，这些发现提供了令人信服的证据，证明自闭症患者的镜像神经元系统功能失调。科学家们尚不清楚哪些遗传和环境风险因素可以阻止镜像神经元的发育或改变其功能，但许多研究小组现在正在积极研究这一假设，因为它预测了自闭症特有的症状。除了可以解释自闭症的主要症状外，镜像神经元系统的缺陷还可以解释一些不太为人所知的症状。例如，研究人员长期以来都知道，自闭症儿童经常在理解谚语和隐喻方面存在问题。当我们告诉我们的一位受试者“控制住自己”时，他按字面意思理解了这句话，并开始抓住自己的身体。尽管这种对隐喻的理解困难仅在部分自闭症儿童中见到，但这迫切需要一个解释。
理解隐喻需要从表面上不相似的实体中提取共同点的能力。考虑一下布巴/基基效应，这是德裔美国心理学家沃尔夫冈·科勒在60多年前发现的。在这个测试中，研究人员向观众展示了两个粗略绘制的形状，一个锯齿状，一个弯曲状，并询问：“这些形状中哪个是布巴，哪个是基基？”无论受访者说什么语言，98%的人都会选择弯曲的形状作为布巴，锯齿状的形状作为基基。这个结果表明，人脑能够以某种方式从形状和声音中提取抽象属性——例如，锯齿状属性体现在尖锐的图画和基基的刺耳声音中。我们推测，这种类型的跨领域映射类似于隐喻，并且肯定涉及类似于镜像神经元系统的神经回路。与这种推测一致的是，我们发现自闭症儿童在布巴/基基测试中表现不佳。
但是，人脑的哪个部分参与了这项技能呢？角回位于大脑视觉、听觉和触觉中心的十字路口，似乎是一个可能的候选者——不仅因为它在战略位置上，而且因为在那里已经鉴定了具有镜像神经元样特性的神经细胞。当我们研究大脑这个区域受损的非自闭症受试者时，我们发现他们中的许多人在布巴/基基测试中失败，并且像自闭症患者一样，在理解隐喻方面存在不成比例的困难。这些结果表明，跨领域映射最初可能是为了帮助灵长类动物完成复杂的运动任务而发展起来的，例如抓住树枝（这需要快速吸收视觉、听觉和触觉信息），但最终演变成创造隐喻的能力。镜像神经元让人类可以伸手摘星，而不仅仅是花生。
镜子可以修复吗？
在自闭症患者中发现镜像神经元缺陷为诊断和治疗该疾病开辟了新途径。例如，医生可以使用缺乏μ波抑制（或者可能无法模仿母亲伸出舌头）作为一种诊断工具，以便在婴儿早期识别出自闭症儿童，从而尽快开始目前可用的行为疗法。及时干预至关重要；如果在自闭症的主要症状出现后（通常在两到四岁之间）开始行为疗法，效果会差得多。
一种更引人入胜的可能性是使用生物反馈来治疗自闭症或至少缓解其症状。医生可以监测自闭症儿童的μ波，并将它们显示在患者面前的屏幕上。如果孩子的镜像神经元功能是休眠的而不是完全丧失的，那么他或她可能有可能通过学习——通过反复试验和视觉反馈——如何抑制屏幕上的μ波来恢复这种能力。我们的同事皮内达正在研究这种方法，他的初步结果看起来很有希望。
另一种新颖的治疗方法可能是依靠纠正化学失衡来使自闭症患者的镜像神经元失效。我们的小组（包括学生米基·霍瓦特和玛丽·维廷斯基）已经提出，专门的神经调节剂可能会增强参与情感反应的镜像神经元的活动。根据这一假设，这种化学物质的部分耗竭可以解释自闭症中缺乏情感同理心的现象，因此研究人员应该寻找刺激神经调节剂释放或模拟其对镜像神经元影响的化合物。一种值得研究的候选药物是MDMA，俗称摇头丸，它已被证明可以培养情感亲密感和沟通。研究人员有可能修改该化合物，开发出一种安全有效的治疗方法，可以至少缓解自闭症的一些症状。另一种候选药物是催乳素，这是一种已知可以促进动物研究中社交关系的激素。
我们还在开发一种使用镜子的实验性治疗方法。将教导患有自闭症的儿童伸手去拿藏在桌子下的玩具，仅通过他或她的手和玩具的镜子反射来引导。孩子自己的运动指令与镜子中另一个孩子的运动之间的完美同步可能会提供“双倍剂量”的刺激，以帮助恢复休眠的镜像神经元。
然而，这种治疗方法可能只能提供部分缓解，因为自闭症的其他症状无法用镜像神经元假说来解释——例如，来回摇晃等重复性动作、避免眼神交流、 hypersensitivity 和对某些声音的反感。为了试图确定这些次要症状是如何产生的，我们实验室小组（与埃尔姆赫斯特学院的威廉·赫斯坦和总部位于洛杉矶的非营利基金会 Cure Autism Now 的波西亚·艾弗森合作）开发了我们称之为显着性景观理论的理论。
当一个人观察世界时，他或她会面临大量的感觉信息——视觉、声音、气味等等。在人脑感觉区域处理后，信息被传递到杏仁核，杏仁核充当通往情绪调节边缘系统的门户。杏仁核使用来自个体存储知识的输入，确定该人应该如何做出情绪反应——例如，恐惧（在看到窃贼时）、欲望（在看到爱人时）或漠不关心（在面对琐事时）。信息从杏仁核级联到边缘系统的其余部分，并最终到达自主神经系统，自主神经系统使身体做好行动准备。例如，如果这个人正在与窃贼对峙，他的心率会上升，他的身体会出汗以散发肌肉运动产生的热量。反过来，自主神经唤醒反馈到大脑，放大了情绪反应。随着时间的推移，杏仁核会创建一个显着性景观，这是一个详细说明个体环境中一切事物的情感意义的地图。
我们小组决定探索自闭症儿童是否具有扭曲的显着性景观的可能性，这可能是因为处理感觉输入的皮层区域与杏仁核之间或边缘结构与调节由此产生的行为的额叶之间存在改变的连接。由于这些异常的连接，任何琐碎的事件或物体都可能在孩子的大脑中引发极端的情绪反应——自主神经风暴。这种假设可以解释为什么自闭症儿童倾向于避免眼神交流和任何其他可能引发剧烈反应的新奇感觉。对情感意义的扭曲感知也可能解释了为什么许多自闭症儿童变得非常专注于火车时刻表等琐事，而对大多数儿童觉得有趣的事物却完全没有兴趣。
当我们通过测量出汗引起的皮肤电导增加来监测一组 37 名自闭症儿童的自主神经反应时，我们发现了一些支持我们假设的证据。与对照受试者相比，自闭症儿童的自主神经唤醒总体水平更高。尽管他们在接触琐碎的物体和事件时变得激动，但他们经常忽略在对照组中引发预期反应的刺激。
但是，孩子的显着性景观是如何变得如此扭曲的呢？研究人员发现，近三分之一的自闭症儿童在婴儿期患有颞叶癫痫，考虑到许多癫痫发作未被发现，这一比例可能更高。由反复随机的神经冲动穿过边缘系统引起，这些癫痫发作最终可能会扰乱视觉皮层和杏仁核之间的连接，不分青红皂白地增强一些连接并削弱另一些连接。在成人中，颞叶癫痫会导致鲜明的情绪障碍，但不会从根本上影响认知；然而，在婴儿中，癫痫发作可能会导致更严重的残疾。而且，与自闭症一样，婴儿期颞叶癫痫的风险似乎也受到遗传和环境因素的影响。例如，某些基因可能会使儿童更容易受到病毒感染，而病毒感染反过来可能会使儿童易患癫痫。
显着性景观理论还可以解释在自闭症儿童中看到的重复性动作和撞头行为：这种称为自我刺激的行为可能以某种方式抑制了孩子的自主神经风暴。我们的研究发现，自我刺激不仅具有镇静作用，而且还导致皮肤电导的可测量降低。赫斯坦现在正在开发一种便携式设备，可以监测自闭症儿童的皮肤电导；当设备检测到自主神经唤醒时，它可以打开另一种设备，称为挤压背心，通过轻轻收紧儿童的身体来提供舒适的压力。
我们解释自闭症症状的两个候选理论——镜像神经元功能障碍和扭曲的显着性景观——不一定相互矛盾。可能是扭曲孩子显着性景观的同一事件——边缘系统与大脑其余部分之间混乱的连接——也损害了镜像神经元。或者，改变的边缘连接可能是触发镜像神经元系统功能障碍的相同基因的副作用。需要进一步的实验来严格检验这些猜想。自闭症的最终病因仍有待发现。与此同时，我们的推测可能为未来的研究提供一个有用的框架。
（作者）
维拉亚努尔·S·拉马钱德兰和林赛·M·奥伯曼在加州大学圣地亚哥分校大脑与认知中心研究了自闭症与镜像神经元系统之间的联系。拉马钱德兰是该中心主任，在剑桥大学获得神经科学博士学位。作为一位著名的脑异常专家，他还研究了幻肢和联觉现象，为此他获得了2005年亨利·戴尔奖和英国皇家学会的终身研究员资格。奥伯曼是拉马钱德兰在加州大学圣地亚哥分校实验室的研究生，于2002年加入该小组。
（延伸阅读）
自闭症儿童对人和物体的自主神经反应。威廉·赫斯坦、波西亚·艾弗森和维拉亚努尔·S·拉马钱德兰，载于英国皇家学会学报B，第268卷，第1883-1888页；2001年。
自闭症谱系障碍中镜像神经元功能障碍的脑电图证据。林赛·M·奥伯曼、爱德华·M·哈伯德、约瑟夫·P·麦克利里、埃里克·L·阿尔特舒勒、海梅·A·皮内达和维拉亚努尔·S·拉马钱德兰，载于认知大脑研究，第24卷，第190-198页；2005年。
人类意识简明指南。新版。维拉亚努尔·S·拉马钱德兰。Pi Press，2005年。