互动科普

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（Hans Asperger）分别发现了自闭症。时至今日，仍有0.5%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--“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

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--“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（Uta Frith）和剑桥大学的西蒙·巴伦-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-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（Giacomo Rizzolatti）和维托里奥·加莱塞（Vttorio 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

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 L. Altschuler)和杰米·A·皮内达（Jamie A. Pineda）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。但是当他看到别人做出相同的动作时，Mu波却没有受到抑制。这表明他的运动指令系统完好无损，但是镜像神经系统却存在缺陷。在神经科学协会2000年会上，我们介绍了此项研究结果，它有力地支持了我们提出的假说。

但是，由于试验结果仅来源于单个案例，我们又进行了一系列更加系统的后续试验。这一次我们找来了10名高功能自闭症患者，外加10名年龄和性别与自闭症儿童相匹配的正常儿童作为试验参照。脑电图分析显示，在做手部运动时，正常儿童与自闭症患者的Mu波均为抑制状态，而在观看手部运动的录像时，只有正常儿童的Mu波处于抑制状态。

其他研究人员采用了不同的监测方法，来观察神经元的活动，他们的研究结果也验证了我们的结论。芬兰赫尔辛基科技大学的丽塔·哈里（Riitta Hari）领导的研究小组，采用脑磁扫描法（magnetoencephalography）分析自闭症儿童的脑电流产生的磁场，发现患者的镜像神经元有缺损的现象。最近，美国加利福尼亚大学洛杉矶分校的米雷拉·达普雷托（Mirella Dapretto）和同事采用功能性磁共振成像技术，发现自闭症患者额前皮质的镜像神经元活性有明显降低的现象。加拿大蒙特利尔大学的雨果·特奥雷特（Hugo Théoret）领导的研究小组，采用经颅磁刺激技术研究自闭症患者的神经元活动。这种技术可以在运动皮质上产生感应电流，从而刺激肌肉伸缩。他们研究后发现，经颅磁刺激技术能明显诱发正常儿童的手部运动，而在自闭症患者身上，诱发效果要微弱许多。

总的说来，这些研究结果都是自闭症患者存在镜像神经系统功能障碍的有力证明。究竟哪些遗传和环境因素影响了镜像神经系统的发育，影响了它们的正常功能，科学界仍是一头雾水，但是许多研究小组现在都积极参与进来，对我们提出的这个假说展开了广泛的研究，因为它可以解释自闭症患者的独特症状。除了能解释自闭症的主要症状外，镜像神经系统的缺陷还能解释一些鲜为人知的症状。比如，长期以来，研究人员发现自闭症儿童经常不能理解谚语和隐喻。当我们让一个自闭症患者“get a grip on yourself”（意为“控制你的情绪”）时，他会按字面意思来理解，开始自己抓自己。虽然这种现象只在部分自闭症患者中发现，但他们为什么无法理解隐喻呢？这仍需要我们作出合理解释。

理解隐喻需要较强的理解能力，能从两个看似无关的物体之间找出共同点。早在60年前，德裔美籍心理学家沃尔夫冈·科勒（Wolfgang Kohler）就发现了bouba-kiki效应。在他的试验中，研究人员先向受试者展示两种粗略绘制的形状，一种形如锯齿，另一种则曲线柔和。然后提出问题：“这两种形状中，哪一个是‘bouba’，哪一个是‘kiki’？”不管受试者用哪种语言回答，98%的人都会认为曲线柔和的是“bouba”，锯齿状的则是“kiki”。这表明人类大脑具有某种能力，可以从声音和形状中提取出抽象性质。例如，锯齿状的图形和kiki刺耳的声音都拥有某种“尖锐”性。我们推测，这种跨领域映射过程与隐喻类似，其中肯定涉及某种与镜像神经系统相似的神经回路。基于这种推测，我们对自闭症儿童进行了bouba-kiki测试，结果他们表现差劲，经常张冠李戴。

但是，究竟是大脑的哪些部分负责这种功能呢？位于大脑视、听、触觉中枢交汇处的角回有可能扮演这个角色，这不仅是因为它身处“战略要地”，而且就在这个区域，科学家还发现了一些神经元，它们的功能与镜像神经元相似。我们研究了角回受损的非自闭症患者，结果发现许多患者也无法通过bouba-kiki测试，而且就像自闭症患者那样，他们在理解隐喻方面，也存在着不同程度的困难。这些结果暗示，跨领域映射最初之所以发展起来，也许是为了协助灵长类动物做出复杂的动作，比如抓树干（这需要将视、听、触觉信息迅速融为一体），经过了漫长的进化之后，才最终演变出了创造和理解隐喻的能力。镜像神经元使人类能够触摸星星，而不只是捡拾花生。

修复破碎的镜子

自闭症与镜像神经元缺损有关，这一发现为诊断和治愈自闭症带来了曙光，例如，在孩子的婴幼儿时期，医生可以根据Mu波是否被抑制、幼儿能否模仿母亲吐舌头来作为诊断自闭症的依据，尽早实施目前颇有疗效的行为疗法。及时的医疗干预十分重要，如果等到自闭症的主要症状已经开始显现（通常在1～3岁）再进行治疗，那么行为疗法的疗效就将大打折扣。

采用生物反馈法来治疗或者减轻自闭症状，也许更让人心动（参见2006年4月号《环球科学》乌尔里希·克拉夫特所著《让大脑能力大提升》一文）。医生可以在患者面前安置显示屏，直接在上面显示监测到的Mu波。如果患者的镜像神经元只是暂时处于休眠状态，而不是彻底丧失功能，那么经过视觉反馈、反复尝试和不断摸索后，患者就可以逐渐学会抑制Mu波，从而有可能恢复镜像神经元的功能。我们的同事皮内达正在研究这种方法，从他得到的初步结果来看，这个方法的确鼓舞人心。不过，生物反馈法只是传统行为疗法的有益补充，并不能完全取而代之。

还有一种新颖的治疗方法，也许可以通过恢复自闭症患者脑内的化学平衡来治疗自闭症，这种化学平衡失常会导致镜像神经元丧失功能。我们的研究小组推测，神经系统中有一种特殊的神经递质，专门负责在参与情绪反应的镜像神经元间传递信息。根据这一假设，这种神经递质的局部短缺可以解释自闭症患者为什么缺乏移情反应，研究人员应该努力寻找一些药物，能够刺激这种神经递质的分泌，或者直接取代它们的作用。一种候选药物就是大家熟知的“摇头丸”（ecstasy）, 它可以缩短人与人之间的感情距离、增进交流。如果科学家能加以改造，研制出安全有效的药物，或许可以缓解部分自闭症状。

绘制特征景观图

自闭症还有一些无法用镜像神经元来解释的症状，比如身体前后摇晃、躲避他人的目光、情绪极其敏感以及厌恶某种声音等，因此上述疗法只能缓解部分症状。这些次要症状是如何产生的呢？我们与美国埃尔姆赫斯特学院的威廉·赫斯坦（William Hirstein）以及设在洛杉矶的非盈利性自闭症研究基金会“Cure Autism Now”的成员波西亚·伊文森（Portia Iversen）展开合作，共同提出了“特征景观理论”（salience landscape theory）。

置身这繁华的世界，你会随时被声音、图像和气味等感官信息淹没。这些信息经过大脑感觉区的处理后，被传递到杏仁核――负责控制情感的边缘系统的入口。杏仁核会根据已有的认识作出判断，决定作出什么样的情绪反应，比如遇见夜贼会恐惧、看见爱人会情欲高涨、面对琐碎小事会变得漫不经心。信息从杏仁核逐级传递给边缘系统的其他部分，最终到达控制体内活动的自主神经系统，引起心跳、消化系统和呼吸等方面的变化。比如遭遇到夜贼，你的心跳就会加速，身体就会出汗，以驱散肌肉紧绷产生的热量。然后信息会反馈回大脑，放大情绪反应。一段时间之后，杏仁核就会绘制出一幅特征景观图，我们周围环境中的各种事物，哪些会强烈影响情绪，哪些则没有影响，都被清清楚楚地标注出来。

自闭症患者的特征景观是不是已经严重变形呢？这一直是我们关注的课题。这很可能是因为杏仁核与皮质区域（负责处理感觉输入信号），或者是边缘区域与额叶（负责调节反应行为）之间出现信号传导障碍。由于存在着这些沟通障碍，任何琐碎的事件和毫不起眼的事物都有可能导致自闭症患者的情绪极度失控（自主神经风暴）。这种假说可以解释为什么自闭症患者无法正视对方的眼神，为什么任何新奇异常的感官刺激都会引发情绪剧变。自闭症儿童对周边事物的情感重要性的扭曲理解，也许还可以解释为什么许多患者对火车时刻表之类的小东西情有独钟，而对多数小孩子喜欢的东西兴致索然。

我们已经找到了一些证据，可以支持特征景观假说。在一次实验中，我们通过测定出汗导致的皮肤导电性上升，来监测37名自闭症患儿的自主反应。我们发现，与正常儿童相比，自闭症儿童的自主神经刺激的程度更高。面对不起眼的事物时，自闭症儿童会变得激动不安，但是对于那些能引起正常儿童注意的刺激因素，他们却显得十分冷淡。

一个儿童的特征景观怎么会如此扭曲呢？研究人员发现，接近1/3的自闭症儿童在婴儿时期都患过颞叶癫痫。考虑到许多癫痫的发作不易察觉，这个比例其实应该更高。连续而随机的神经脉冲反复穿越边缘系统，由此导致癫痫发作，最终就会扰乱视皮质区域与杏仁核的正常联系，莫名其妙地增强或削弱一些关连。在成年人体内，颞叶癫痫会导致典型的精神异常症状，但是不会彻底扰乱他的认知能力。相比而言，婴儿期发生颞叶癫痫就会导致更严重的后遗症。与自闭症一样，婴儿颞叶癫痫的发生也受到遗传和环境双重因素的影响。比如说某些基因会让小孩很容易遭受病毒攻击，这为癫痫发作埋下了隐患。

临床发现，高烧可以暂时缓解自闭症状，我们对自主反应的研究发现也许正好可以解释这一现象。自主神经系统参与人体体温调节，由于高烧和情绪波动可能被同一神经回路调控，因此高烧可以缓解自闭症状也就不奇怪了。

特征景观理论也可以对自闭症患者的重复性行为和用头撞墙的现象作出解释。这种行为也被称作自我刺激行为，也许可以在某种程度上抑制自主神经风暴。我们的研究发现，自我刺激行为不仅可以起到镇静作用，还可以明显降低皮肤导电性。这些结果提出了一种治疗自闭症的新方法。赫斯坦设计了一种便携式装置，可用于监测自闭症儿童的皮肤导电性。当它探测到自动醒觉活动时，就会打开另一个被称为挤压背心的装置，它可以通过轻轻地紧贴在身体表面提供适度的压力。

镜像神经元功能性障碍和扭曲的特征景观，这两种解释自闭症的理论并不矛盾。儿童特征景观的失真（干扰了边缘系统和大脑其他区域的正常联系）和镜像神经系统损伤，有可能根本就是同一因素的结果。从另一个角度看，引发镜像神经系统“罢工”的基因，也有可能产生副作用——干扰边缘系统的信息传递。以上种种猜想还需要进一步验证，自闭症的根本病因还有待我们进一步探索。我们对自闭症所作的推测，应该能对未来的研究有所帮助。