就在我的第二個孩子出生前不久，我讀到，如果你對新生兒伸出舌頭，他也會這樣做。因此，在小尼古拉斯出生的最初幾個小時裡，即使我的妻子在經歷了40個小時的 labor 和剖腹產後仍在恢復室裡，我還是試了試。我抱著這個發出咕咕聲、警覺的孩子，對他伸出了舌頭。他立即回應了這個動作，張開嘴，細微但清晰地移動了一下舌頭。我已經兩天沒睡覺了。我笑得哭了。
那時我還不知道，尼克正在展示一些人認為人類進步的最大驅動力之一，也是近期神經科學的主要發現之一：映象神經元。這些神經元分散在我們大腦的關鍵部位——前運動皮層以及語言、共情和疼痛中心——它們不僅在我們執行某個動作時放電，而且在我們觀看別人執行該動作時也會放電。
過去，人們研究這些神經元在運動和其他功能中的作用。然而，現在，研究人員正在深入研究它們似乎具有的額外功能——它們對觀察到的事物做出反應的方式。大約十年前發現的這種機制表明，我們觀看別人做的每一件事，我們也在自己的腦海中做著同樣的事。最基本的是，這一發現意味著我們在精神上排練或模仿我們看到的每一個動作，無論是翻筋斗還是微妙的微笑。這在很大程度上解釋了我們如何學會微笑、說話、走路、跳舞或打網球。在更深層次上，它暗示了一種生物動力學，用於我們理解他人、我們稱之為文化的複雜的思想交流，以及從缺乏共情到自閉症的社會心理功能障礙。理解映象神經元有助於我們理解從為什麼打哈欠會傳染，到為什麼當我們觀看勞倫斯·奧利弗跪下時，我們會分擔哈姆雷特對奧菲莉亞的悲痛。
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對於某些人來說，這種解釋力使映象神經元成為近期神經科學領域最偉大的發現。“這完全改變了我們對大腦如何運作的看法，”加州大學洛杉磯分校的映象神經元研究員馬可·雅各布尼說。加州大學聖地亞哥分校的認知神經科學家維拉亞努爾·S·拉馬錢德蘭甚至大膽預測，“映象神經元將為心理學做DNA為生物學所做的事情：它們將提供一個統一的框架，並幫助解釋迄今為止仍然神秘且實驗無法觸及的許多心理能力。”在拉馬錢德蘭看來，映象神經元可能不僅闡明我們如何學習和理解他人，還闡明人類大約在5萬年前“向前邁進了一大步”，獲得了社會組織、工具使用和語言方面的新技能，從而使人類文化成為可能。
葡萄乾事件
然而，即使不需要宏大的推測，也能看到映象神經元的奇妙之處。即使是它們的基本原理也令人震驚。
發現這些細胞的神經科學家們是在偶然的情況下發現它們的。義大利帕爾馬大學的賈科莫·裡佐拉蒂、維托里奧·加萊塞和萊昂納多·福加西將電極連線到猴子前運動皮層的單個神經元，以研究猴子伸手去抓不同物體時的神經活動。尤里卡時刻發生在福加西走進獼猴所在的房間，隨意伸出手拿起一顆葡萄乾時。當猴子看著他時，它的前運動神經元放電了，就像之前猴子自己拿起葡萄乾時一樣。他們簡直不敢相信自己所看到的。但在重複了該實驗和類似的實驗多次後，他們意識到自己發現了一些新的東西，並在1996年發表的一系列論文中給“映象神經元”命名。
從那時起，帕爾馬團隊經常與雅各布尼、南加州大學的邁克爾·A·阿比卜和荷蘭格羅寧根大學的克里斯蒂安·凱澤斯合作，大大擴充套件了這些發現。研究人員瞭解到，例如，映象神經元不僅僅在動物觀看別人執行動作時放電。如果猴子聽到別人做它經歷過的事情的聲音——例如，撕一張紙——映象神經元也會放電。隨著科學家們開始研究人類（使用腦部成像而不是電極），他們發現人類的映象神經元數量更多，分佈也更廣，超過了猴子。映象神經元在與運動和知覺相關的前運動皮層和頂下區，以及後頂葉、顳上溝和腦島中顯現出來，這些區域與我們理解別人的感受、理解意圖和使用語言的能力相對應。
從動作到理解
與猴子不同，人類還使用映象神經元來直接模仿動作並理解其含義。看來我們使用映象神經元來學習一切，從我們最初的微笑和腳步，到我們最文雅的表情和優美的舞步。我們也用它們來欣賞這些事物，感受微笑背後的含義，或者享受——在某種意義上，透過在前運動神經元層面做到這一點——當我們觀看皮特·桑普拉斯反手擊球時，感受到擊球的快感。
這些功能在20世紀90年代後期的第一輪映象神經元研究中變得顯而易見。從那時起，成像研究表明，人類的映象神經元涵蓋了更多的區域和功能。1998年，裡佐拉蒂和阿比卜發現，映象神經元特別豐富的區域之一是著名的布羅卡區，保羅·布羅卡在19世紀50年代發現該區域對於語言處理至關重要。映象神經元理論開始與現有的語言理論相吻合，後者認為動作具有類似於口語或手語的句法。對於映象神經元來說，“手抓住球”是相同的，無論是動作還是用手語或口語句子表達。“因此，語言產生於我們的映象神經元產生的句法理解。這個想法在2005年獲得了認可：一個包括加萊塞和裡佐拉蒂在內的國際團隊發現，當人們聽描述動作的句子時，與受試者自己執行動作或目睹動作被執行時，相同的映象神經元會放電。值得注意的是，這些細胞對一個似乎非常視覺化和發自內心的過程的抽象表徵做出了反應。
另一個主要的見解與我們理解他人的意圖和情感有關。幾項研究已經證明了共情的動態，其中兩項研究尤其優雅。
雅各布尼在2005年描述的一項研究表明，我們的映象神經元以精細的集合形式工作。我們擁有一組基本的映象神經元，對應於動作的最基本形式——例如，伸手——並輔以其他組映象神經元，這些神經元根據感知到的動作目的有選擇地放電。雅各布尼讓志願者觀看人們在茶點環境中伸手去拿各種物體的影片——茶壺、杯子、奶油罐、一盤糕點、餐巾——在不同的情境中。在每種情況下，一組基本的“伸手”映象神經元都會放電。但是，根據場景中各種細節暗示的預期動作，也會有不同的附加映象神經元放電。如果觀看者看到一張佈置整齊的桌子，並期望這隻手拿起茶杯喝茶，那麼就會有一組神經元放電；如果觀看者看到一張凌亂的桌子，並期望這隻手拿起杯子來清理它，那麼另一組神經元就會放電。因此，映象神經元似乎在感知意圖方面起著關鍵作用——這是理解他人以及建立社會關係和感受共情的第一步。
與此同時，許多實驗表明，映象神經元幫助我們分享他人的經歷，這反映在他們的表情中，為共情以及眾所周知的打哈欠、笑聲以及好心情或壞心情的傳染性提供了生物學基礎。最令人信服（當然也是標題最令人難忘）的觀察結果之一齣現在2003年布魯諾·維克在法國馬賽地中海大學發表的論文《我們倆都在我的腦島中感到厭惡：看到和感受到厭惡的共同神經基礎》中。維克的團隊使用功能性磁共振成像 (fMRI) 發現，感到厭惡和看到某人臉上露出厭惡的表情會導致腦島中同一組映象神經元放電，腦島是大腦皮層中活躍於綜合匯聚資訊的區域。
當鏡子起霧時
鑑於映象神經元對於理解如此重要，那麼它們之間的缺陷可能會造成嚴重的問題是有道理的。事實上，缺陷似乎可能有助於解釋從過度矜持到自閉症的各種困難。映象神經元在自閉症中的可能失效尤其令人感興趣。幾十年來，這種奇怪狀況的原因甚至性質一直困擾著研究人員，讓患者及其家人和護理人員對行為發生的原因知之甚少，更不用說如何治療了。但最近的研究表明，不活躍的映象神經元系統可能解釋了語言、學習和共情方面的嚴重問題，這些問題在很大程度上隔離了自閉症患者。
研究結果表明，基本和複雜的映象神經元活動都存在崩潰。例如，哈佛醫學院的一項研究發現，當非自閉症人士觀看別人做毫無意義的手指動作時，他們的映象神經元會放電，而在自閉症兒童中，映象神經元的放電頻率要低得多。這種缺乏反應可能反映了映象神經元最基本功能的失效，即識別他人的動作。在另一項研究中，研究人員向自閉症和非自閉症青少年展示了帶有獨特面部表情的人的照片。兩組受試者都可以模仿這些表情，並說出它們表達的情緒。但是，雖然非自閉症青少年在對應於所表達情緒的映象神經元中表現出活躍的活動，但自閉症青少年沒有表現出這種活動。他們從認知上理解了這些表情，但沒有感受到共情。
這些發現如何轉化為治療方法尚不清楚。然而，如果這些發現成立，那麼確定這種明顯的缺陷可能是確定自閉症神經根源的重大進展。
深刻而黑暗的反射
映象神經元在理解他人方面的作用是關於它們的更深層次主張的核心。一些人，如拉馬錢德蘭，認為映象神經元在發展我們稱之為文化的複雜的社交技能、社交網路和知識基礎設施方面至關重要——從工具使用到沉浸在莎士比亞的作品中，從合作狩獵到嘻哈。考古記錄表明，這場“巨大的飛躍”——人類文化的開端——始於大約5萬年前。但是，當時人類的大腦沒有經歷任何增長高峰；事實上，它們的大小大約在20萬年前就達到了現在的水平。那麼，是什麼改變了？拉馬錢德蘭和其他人推測，這種改變是一種基因適應，它賦予了關鍵神經元它們現在擁有的映象能力，為理解、溝通和學習的加速進步鋪平了道路。資訊首次可以傳播、建立和修改，從而創造文化的智力和社會活力。
當然，映象神經元並不總是對我們友好地反映。例如，它們可能與暴力影片遊戲的影響有關。雅各布尼的初步研究表明，此類遊戲在基本的神經元層面上強化了快樂和成就感與造成傷害之間的聯絡——這是社會不希望鼓勵的衝動。雅各布尼推測，映象神經元的強度可能如此之大，以至於如果模仿暴力得到強化，可能比我們願意認為的更難抵制。雅各布尼說，映象神經元系統的力量“表明模仿暴力可能並不總是一個有意識地調節的過程”——也就是說，不容易受到我們的控制。
過去五年，關於映象神經元的研究大大加快，而且似乎肯定會進一步加速。裡佐拉蒂、福加西和加萊塞在1996年的突破是否會像詹姆斯·D·沃森和弗朗西斯·克里克在1953年發現DNA那樣重大，還有待觀察。然而，映象神經元已經構成神經科學中最豐富的領域之一，無論是在智力上還是在實驗上。如果它們巨大的解釋力得到更可靠的結果的支援，它們確實可能被視為神經科學的DNA。與此同時，映象神經元解釋了一些有趣的奇蹟。我的兒子尼古拉斯現在四歲了，這個年紀已經足夠讓他自己對我伸舌頭了。我不知道他是從哪裡學會這種事的。但至少我知道是怎麼回事。