初次見面，你可能不會注意到一個患有自閉症的男孩有什麼奇怪之處。但是，如果你試圖和他交談，很快就會明顯地感覺到有些嚴重的問題。他可能不會與你進行眼神交流；相反，他可能會避開你的目光，焦躁不安，來回搖晃身體，或者用頭撞牆。更令人不安的是，他可能無法進行任何類似於正常對話的交流。即使他可以體驗到諸如恐懼、憤怒和快樂等情緒，他也可能缺乏對他人的真誠同情心，並且對大多數孩子可以毫不費力地接收到的細微社交暗示渾然不覺。
在20世紀40年代，兩位醫生——美國精神病學家利奧·坎納和奧地利兒科醫生漢斯·阿斯伯格——各自獨立地發現了這種發育障礙，它影響著大約每150名美國兒童中的一人。令人驚奇的是，兩人都不約而同地給這種綜合徵起了相同的名字：自閉症，這個詞源於希臘語autos，意思是“自我”。這個名字很貼切，因為這種疾病最明顯的特徵是從社互動動中退縮。最近，醫生們採用了“自閉症譜系障礙”一詞，以明確表示該疾病有許多相關的變體，這些變體在嚴重程度上差異很大，但具有一些共同的特徵性症狀。
自從自閉症被確認以來，研究人員一直在努力確定其病因。科學家們知道，對自閉症的易感性是遺傳的，儘管環境風險因素似乎也起作用。從20世紀90年代後期開始，我們在加州大學聖地亞哥分校的實驗室的研究人員開始探索自閉症與大腦中一種新發現的神經細胞——映象神經元——之間是否存在聯絡。由於這些神經元似乎與同理心和感知他人意圖等能力有關，因此假設映象神經元系統的功能障礙可能導致自閉症的一些症狀似乎是合乎邏輯的。在過去的十年中，一些研究為這一理論提供了證據。對映象神經元的進一步研究可能解釋自閉症是如何產生的，並且在此過程中，醫生可能會開發出更好的方法來診斷和成功治療這種疾病。
支援科學新聞報道
如果您喜歡這篇文章，請考慮支援我們屢獲殊榮的新聞報道，方式是 訂閱。透過購買訂閱，您正在幫助確保有關塑造我們當今世界的發現和想法的有影響力的故事的未來。
解釋症狀
雖然自閉症的主要診斷標誌是社交隔離、缺乏眼神交流、語言能力差和缺乏同理心，但其他不太為人所知的症狀也很常見。許多自閉症患者在理解隱喻方面存在問題，有時會按字面意思理解。他們也很難模仿他人的行為。他們經常表現出對瑣事的古怪專注，但卻忽略了他們環境中的重要方面，尤其是他們的社交環境。同樣令人困惑的是，他們經常對某些聲音表現出極端的厭惡，這些聲音沒有明顯的原因，卻會在他們的大腦中拉響警報。
已經提出的解釋自閉症的理論可以分為兩組：解剖學理論和心理學理論。（研究人員已經拒絕了第三組理論——例如“冰箱母親”假說——這些理論將該疾病歸咎於不良的教養。）加州大學聖地亞哥分校的埃裡克·庫爾舍恩和其他解剖學家已經優雅地證明，自閉症兒童的小腦存在特徵性異常，小腦是負責協調複雜的隨意肌肉運動的大腦結構。儘管在對自閉症的任何最終解釋中都必須考慮到這些觀察結果，但就此斷定小腦損傷是該疾病的唯一原因還為時過早。兒童中風造成的小腦損傷通常會產生震顫、搖擺步態和異常的眼球運動——這些症狀在自閉症中很少見到。此外，在小腦疾病患者中，人們看不到任何自閉症的典型症狀。自閉症兒童中觀察到的小腦變化可能是異常基因的不相關副作用，而這些基因的其他影響才是該疾病的真正病因。
在心理學理論中，也許最巧妙的是倫敦大學學院的烏塔·弗里斯和劍橋大學的西蒙·巴倫-科恩的理論，他們認為自閉症的主要異常之處在於構建“他人心智理論”的能力缺陷。弗里斯和巴倫-科恩認為，大腦中專門的神經迴路使我們能夠建立關於他人內心運作方式的複雜假設。反過來，這些假設使我們能夠對其他人的行為做出有用的預測。弗里斯和巴倫-科恩顯然走在了正確的軌道上，但他們的理論並沒有為自閉症看似無關的症狀群提供完整的解釋。事實上，說自閉症患者無法進行社互動動是因為他們缺乏“他人心智理論”，這並沒有超出重述症狀的範圍。研究人員需要確定的是大腦機制，其已知功能與自閉症中受損的功能相匹配。
一個線索來自義大利帕爾馬大學的賈科莫·裡佐拉蒂及其同事的工作，他們在20世紀90年代研究了獼猴在執行目標導向行為時的大腦神經活動。研究人員幾十年來一直知道，前運動皮層（大腦額葉的一部分）中的某些神經元參與控制隨意運動。例如，當猴子伸手去拿花生時，一個神經元會放電，當動物拉動槓桿時，另一個神經元會放電，等等。這些腦細胞通常被稱為運動指令神經元。（請記住，被記錄活動的神經元本身並不控制手臂；它是可以透過觀察構成神經元中的訊號來監測的電路的一部分。）
令裡佐拉蒂及其同事驚訝的是，當猴子觀察到另一隻猴子或研究人員執行相同的動作時，一部分運動指令神經元也會放電。例如，當猴子看到它的同伴做出伸手去拿花生的動作時，一個參與控制伸手去拿花生動作的神經元會放電。隨後的腦成像技術表明，這些所謂的映象神經元也存在於人類皮層的相應區域。這些觀察結果表明，映象神經元——或者更準確地說，它們所屬的網路——不僅傳送運動指令，而且還使猴子和人類能夠透過在心理上模擬他人的行為來確定他人的意圖。
後來的研究表明，映象神經元位於人腦的其他部位，例如扣帶回和島葉皮層，並且它們可能在同情心的情感反應中發揮作用。在研究清醒的人類受試者的前扣帶回皮層時，研究人員發現，通常在對疼痛做出反應時放電的某些神經元，在人看到他人處於疼痛之中時也會放電。映象神經元也可能參與模仿，這種能力似乎以雛形形式存在於類人猿中，但在人類中最為明顯。模仿的傾向至少部分是天生的：華盛頓大學的安德魯·梅爾佐夫已經證明，如果你對新生嬰兒伸出舌頭，嬰兒也會這樣做。由於嬰兒看不到自己的舌頭，它無法使用視覺反饋和誤差糾正來學習這項技能。相反，在孩子的大腦中一定存在一種硬連線的機制，用於將母親的視覺外觀——無論是伸出的舌頭還是微笑——對映到運動指令神經元上。
兒童時期的語言發展也需要大腦區域之間的一種重對映。為了模仿母親或父親的詞語，孩子的大腦必須將大腦顳葉聽覺中心的聽覺訊號轉化為來自運動皮層的口頭輸出。映象神經元是否直接參與這項技能尚不清楚，但顯然必須存在一些類似的過程。最後，映象神經元可能使人類能夠像他人看待自己一樣看待自己，這可能是自我意識和內省的一項基本能力。
抑制μ波
這一切與自閉症有什麼關係呢？在20世紀90年代後期，我們在加州大學聖地亞哥分校的小組注意到，映象神經元似乎正在執行與自閉症患者受損的功能完全相同的功能。如果映象神經元系統確實參與瞭解釋複雜的意圖，那麼這種神經迴路的崩潰可能解釋自閉症患者最顯著的缺陷，即他們缺乏社交技能。該疾病的其他主要症狀——缺乏同理心、語言缺陷、模仿能力差等等——也是如果映象神經元功能失調時你會期望看到的症狀型別。蘇格蘭聖安德魯斯大學的安德魯·懷滕小組在大約同一時間提出了這個提議，但該假設的第一個實驗證據來自我們的實驗室，我們與加州大學聖地亞哥分校的埃裡克·L·阿爾特舒勒和海梅·A·皮內達合作。
為了證明自閉症兒童的映象神經元功能障礙，我們需要找到一種方法來監測他們神經細胞的活動，而無需將電極放入他們的大腦中（就像裡佐拉蒂及其同事對他們的猴子所做的那樣）。我們意識到，我們可以透過使用腦電圖（EEG）測量兒童的腦電波來做到這一點。半個多世紀以來，科學家們已經知道，每當一個人做出隨意肌肉運動時，例如張開和閉合雙手，稱為μ波的腦電圖成分就會被阻斷。有趣的是，當一個人觀看他人執行相同的動作時，這種成分也會被阻斷。我們中的一位（拉馬錢德蘭）和阿爾特舒勒提出，μ波抑制可能為監測映象神經元活動提供一種簡單、無創的探針。
我們決定將我們的第一個實驗重點放在一個高功能自閉症兒童身上——也就是說，一個沒有嚴重認知障礙的兒童。（非常年幼、低功能的兒童沒有參加這項研究，因為我們想確認我們發現的任何差異都不是注意力問題、理解指令問題或智力遲鈍的總體影響造成的。）腦電圖顯示，該兒童有一個可觀察到的μ波，當他做出簡單的隨意運動時，μ波被抑制，就像正常兒童一樣。但是，當孩子觀看他人執行該動作時，抑制並沒有發生。我們得出結論，該兒童的運動指令系統是完好無損的，但他的映象神經元系統存在缺陷。我們在2000年神經科學學會年會上提出的這一觀察結果為我們的假設提供了令人矚目的證實。
然而，從個案中概括必須謹慎，因此我們實驗室小組後來對10名高功能自閉症譜系障礙個體和10名年齡和性別匹配的對照受試者進行了一系列更系統的實驗。我們看到，當對照受試者移動他們的手並觀看移動的手的影片時，μ波出現了預期的抑制，但自閉症受試者的腦電圖僅在他們移動自己的手時才顯示μ波抑制。
其他研究人員已經使用不同的技術監測神經活動，證實了我們的結果。赫爾辛基理工大學的裡塔·哈里領導的一個小組透過使用腦磁圖（測量大腦中電流產生的磁場）發現了自閉症兒童的映象神經元缺陷。最近，加州大學洛杉磯分校的米雷拉·達普雷託及其同事報告了使用功能性磁共振成像的類似發現。蒙特利爾大學的雨果·託雷特也發現了使用經顱磁刺激的類似損傷的證據。
總而言之，這些發現提供了令人信服的證據，證明自閉症患者的映象神經元系統功能失調。科學家們尚不清楚哪些遺傳和環境風險因素可以阻止映象神經元的發育或改變其功能，但許多研究小組現在正在積極研究這一假設，因為它預測了自閉症特有的症狀。除了可以解釋自閉症的主要症狀外，映象神經元系統的缺陷還可以解釋一些不太為人所知的症狀。例如，研究人員長期以來都知道，自閉症兒童經常在理解諺語和隱喻方面存在問題。當我們告訴我們的一位受試者“控制住自己”時，他按字面意思理解了這句話，並開始抓住自己的身體。儘管這種對隱喻的理解困難僅在部分自閉症兒童中見到，但這迫切需要一個解釋。
理解隱喻需要從表面上不相似的實體中提取共同點的能力。考慮一下布巴/基基效應，這是德裔美國心理學家沃爾夫岡·科勒在60多年前發現的。在這個測試中，研究人員向觀眾展示了兩個粗略繪製的形狀，一個鋸齒狀，一個彎曲狀，並詢問：“這些形狀中哪個是布巴，哪個是基基？”無論受訪者說什麼語言，98%的人都會選擇彎曲的形狀作為布巴，鋸齒狀的形狀作為基基。這個結果表明，人腦能夠以某種方式從形狀和聲音中提取抽象屬性——例如，鋸齒狀屬性體現在尖銳的圖畫和基基的刺耳聲音中。我們推測，這種型別的跨領域對映類似於隱喻，並且肯定涉及類似於映象神經元系統的神經迴路。與這種推測一致的是，我們發現自閉症兒童在布巴/基基測試中表現不佳。
但是，人腦的哪個部分參與了這項技能呢？角回位於大腦視覺、聽覺和觸覺中心的十字路口，似乎是一個可能的候選者——不僅因為它在戰略位置上，而且因為在那裡已經鑑定了具有映象神經元樣特性的神經細胞。當我們研究大腦這個區域受損的非自閉症受試者時，我們發現他們中的許多人在布巴/基基測試中失敗，並且像自閉症患者一樣，在理解隱喻方面存在不成比例的困難。這些結果表明，跨領域對映最初可能是為了幫助靈長類動物完成複雜的運動任務而發展起來的，例如抓住樹枝（這需要快速吸收視覺、聽覺和觸覺資訊），但最終演變成創造隱喻的能力。映象神經元讓人類可以伸手摘星，而不僅僅是花生。
鏡子可以修復嗎？
在自閉症患者中發現映象神經元缺陷為診斷和治療該疾病開闢了新途徑。例如，醫生可以使用缺乏μ波抑制（或者可能無法模仿母親伸出舌頭）作為一種診斷工具，以便在嬰兒早期識別出自閉症兒童，從而儘快開始目前可用的行為療法。及時干預至關重要；如果在自閉症的主要症狀出現後（通常在兩到四歲之間）開始行為療法，效果會差得多。
一種更引人入勝的可能性是使用生物反饋來治療自閉症或至少緩解其症狀。醫生可以監測自閉症兒童的μ波，並將它們顯示在患者面前的螢幕上。如果孩子的映象神經元功能是休眠的而不是完全喪失的，那麼他或她可能有可能透過學習——透過反覆試驗和視覺反饋——如何抑制螢幕上的μ波來恢復這種能力。我們的同事皮內達正在研究這種方法，他的初步結果看起來很有希望。
另一種新穎的治療方法可能是依靠糾正化學失衡來使自閉症患者的映象神經元失效。我們的小組（包括學生米基·霍瓦特和瑪麗·維廷斯基）已經提出，專門的神經調節劑可能會增強參與情感反應的映象神經元的活動。根據這一假設，這種化學物質的部分耗竭可以解釋自閉症中缺乏情感同理心的現象，因此研究人員應該尋找刺激神經調節劑釋放或模擬其對映象神經元影響的化合物。一種值得研究的候選藥物是MDMA，俗稱搖頭丸，它已被證明可以培養情感親密感和溝通。研究人員有可能修改該化合物，開發出一種安全有效的治療方法，可以至少緩解自閉症的一些症狀。另一種候選藥物是催乳素，這是一種已知可以促進動物研究中社交關係的激素。
我們還在開發一種使用鏡子的實驗性治療方法。將教導患有自閉症的兒童伸手去拿藏在桌子下的玩具，僅透過他或她的手和玩具的鏡子反射來引導。孩子自己的運動指令與鏡子中另一個孩子的運動之間的完美同步可能會提供“雙倍劑量”的刺激，以幫助恢復休眠的映象神經元。
然而，這種治療方法可能只能提供部分緩解，因為自閉症的其他症狀無法用映象神經元假說來解釋——例如，來回搖晃等重複性動作、避免眼神交流、 hypersensitivity 和對某些聲音的反感。為了試圖確定這些次要症狀是如何產生的，我們實驗室小組（與埃爾姆赫斯特學院的威廉·赫斯坦和總部位於洛杉磯的非營利基金會 Cure Autism Now 的波西亞·艾弗森合作）開發了我們稱之為顯著性景觀理論的理論。
當一個人觀察世界時，他或她會面臨大量的感覺資訊——視覺、聲音、氣味等等。在人腦感覺區域處理後，資訊被傳遞到杏仁核，杏仁核充當通往情緒調節邊緣系統的門戶。杏仁核使用來自個體儲存知識的輸入，確定該人應該如何做出情緒反應——例如，恐懼（在看到竊賊時）、慾望（在看到愛人時）或漠不關心（在面對瑣事時）。資訊從杏仁核級聯到邊緣系統的其餘部分，並最終到達自主神經系統，自主神經系統使身體做好行動準備。例如，如果這個人正在與竊賊對峙，他的心率會上升，他的身體會出汗以散發肌肉運動產生的熱量。反過來，自主神經喚醒反饋到大腦，放大了情緒反應。隨著時間的推移，杏仁核會建立一個顯著性景觀，這是一個詳細說明個體環境中一切事物的情感意義的地圖。
我們小組決定探索自閉症兒童是否具有扭曲的顯著性景觀的可能性，這可能是因為處理感覺輸入的皮層區域與杏仁核之間或邊緣結構與調節由此產生的行為的額葉之間存在改變的連線。由於這些異常的連線，任何瑣碎的事件或物體都可能在孩子的大腦中引發極端的情緒反應——自主神經風暴。這種假設可以解釋為什麼自閉症兒童傾向於避免眼神交流和任何其他可能引發劇烈反應的新奇感覺。對情感意義的扭曲感知也可能解釋了為什麼許多自閉症兒童變得非常專注於火車時刻表等瑣事，而對大多數兒童覺得有趣的事物卻完全沒有興趣。
當我們透過測量出汗引起的皮膚電導增加來監測一組 37 名自閉症兒童的自主神經反應時，我們發現了一些支援我們假設的證據。與對照受試者相比，自閉症兒童的自主神經喚醒總體水平更高。儘管他們在接觸瑣碎的物體和事件時變得激動，但他們經常忽略在對照組中引發預期反應的刺激。
但是，孩子的顯著性景觀是如何變得如此扭曲的呢？研究人員發現，近三分之一的自閉症兒童在嬰兒期患有顳葉癲癇，考慮到許多癲癇發作未被發現，這一比例可能更高。由反覆隨機的神經衝動穿過邊緣系統引起，這些癲癇發作最終可能會擾亂視覺皮層和杏仁核之間的連線，不分青紅皂白地增強一些連線並削弱另一些連線。在成人中，顳葉癲癇會導致鮮明的情緒障礙，但不會從根本上影響認知；然而，在嬰兒中，癲癇發作可能會導致更嚴重的殘疾。而且，與自閉症一樣，嬰兒期顳葉癲癇的風險似乎也受到遺傳和環境因素的影響。例如，某些基因可能會使兒童更容易受到病毒感染，而病毒感染反過來可能會使兒童易患癲癇。
顯著性景觀理論還可以解釋在自閉症兒童中看到的重複性動作和撞頭行為：這種稱為自我刺激的行為可能以某種方式抑制了孩子的自主神經風暴。我們的研究發現，自我刺激不僅具有鎮靜作用，而且還導致皮膚電導的可測量降低。赫斯坦現在正在開發一種行動式裝置，可以監測自閉症兒童的皮膚電導；當裝置檢測到自主神經喚醒時，它可以開啟另一種裝置，稱為擠壓背心，透過輕輕收緊兒童的身體來提供舒適的壓力。
我們解釋自閉症症狀的兩個候選理論——映象神經元功能障礙和扭曲的顯著性景觀——不一定相互矛盾。可能是扭曲孩子顯著性景觀的同一事件——邊緣系統與大腦其餘部分之間混亂的連線——也損害了映象神經元。或者，改變的邊緣連線可能是觸發映象神經元系統功能障礙的相同基因的副作用。需要進一步的實驗來嚴格檢驗這些猜想。自閉症的最終病因仍有待發現。與此同時，我們的推測可能為未來的研究提供一個有用的框架。
（作者）
維拉亞努爾·S·拉馬錢德蘭和林賽·M·奧伯曼在加州大學聖地亞哥分校大腦與認知中心研究了自閉症與映象神經元系統之間的聯絡。拉馬錢德蘭是該中心主任，在劍橋大學獲得神經科學博士學位。作為一位著名的腦異常專家，他還研究了幻肢和聯覺現象，為此他獲得了2005年亨利·戴爾獎和英國皇家學會的終身研究員資格。奧伯曼是拉馬錢德蘭在加州大學聖地亞哥分校實驗室的研究生，於2002年加入該小組。
（延伸閱讀）
自閉症兒童對人和物體的自主神經反應。威廉·赫斯坦、波西亞·艾弗森和維拉亞努爾·S·拉馬錢德蘭，載於英國皇家學會學報B，第268卷，第1883-1888頁；2001年。
自閉症譜系障礙中映象神經元功能障礙的腦電圖證據。林賽·M·奧伯曼、愛德華·M·哈伯德、約瑟夫·P·麥克利裡、埃裡克·L·阿爾特舒勒、海梅·A·皮內達和維拉亞努爾·S·拉馬錢德蘭，載於認知大腦研究，第24卷，第190-198頁；2005年。
人類意識簡明指南。新版。維拉亞努爾·S·拉馬錢德蘭。Pi Press，2005年。