初次与自闭症孩子见面时，你也许不会注意到任何奇怪之处。但当试着和他说话时，很快就会发觉十分不对劲。或许是他的眼神不会与你的眼神接触，反而刻意回避你的眼光，同时也会坐立难安、前后摇晃身体，或许会以头撞墙。更令人失措的是，他甚至无法与人正常对话。即便他可以感受到恐惧、暴怒与喜悦等各种情绪，却无法感受他人的想法，也不像多数儿童那样，可以轻易掌握微妙的人际关系。
美国约有0.5%的孩童罹患自闭症，（编注：在台湾的比例也相近）。这种发育障碍的疾病，是美国的精神科医师肯纳（LeoKanner）与奥地利的小儿科医师亚斯柏格（HansAsperger）在年代分别发现的。巧合的是，这两位医师虽然不知道对方的研究，却同样用「自闭症」（autism）来称呼这个症状，这个字源自希腊文autos，意指「自我」。这个词选得好，因为自闭症患者最显著的特微，就是社交互动上的退缩。这种疾病有许多严重程度不等的变化，却又有一些共同特征。为了更确切说明这种疾病，医生近来选用「泛自闭症障碍症候群」（autismspectrumdisorder,ASD）这个名称，来描述这种疾病。
研究人员从发现自闭症以来，就一直努力想要找出病因。虽然环境似乎也扮演一角，但科学家知道，容易得病与否，也与遗传有关。年代末期之后，我在美国加州大学圣地牙哥分校实验室的研究人员，就开始探讨自闭症与脑子里新发现的一类称为「镜像神经元」（mirrorneuron）之间的关系。由于这些神经元似乎与同理心以及认知他人意图有关，因此可以合理假设，镜像神经元系统的功能障碍，可以造成自闭症的症状。过去10年，有几项研究证据也支持这个理论。深入研究镜像神经元，也许可以解释自闭症的成因，同时可以让医师发展出更好的方法，来诊断并有效治疗这个病变。
透视自闭症者的脑中变异
自闭症中最重要的异常现象，就是缺乏「揣度他人心智」的能力。
社交上的孤离虽然是自闭症最主要的诊断特征，但不与他人的眼神接触、语言能力不足、欠缺同理心，或其他较不常见的症状，也常是诊断的根据。许多自闭症患者无法理解隐喻，有时会根据字面上的意义来解释语意。他们也无法模仿他人的行为，由于经常过于专注在琐事上，反而无视于环境中其他重要的事物，特别是社交状况。同样让人困惑的是，他们经常极度厌恶某些声音，这些声音无端拉响了他们心灵的警报。
解释自闭症的理论可以分成两类：解剖的与心理的。研究人员已经摒弃了第三类理论──像是「冷酷母亲」假说：不当教养引起的病变。加州大学圣地牙哥分校的柯尔契斯奈（EricCourchesne）与其他解剖学者漂亮地指出，自闭症儿童的小脑有着独特的异常现象，这个脑区负责协调复杂的随意肌运动。要能解释自闭症，最终必须将这些小脑病变考虑进去，但不能就此断定，小脑伤害是自闭症的唯一成因。儿童因中风引起的小脑损伤，通常会造成震颤、走路摇摇摆摆、异常的眼球运动，这些症状很少出现在自闭症患者身上。另一方面，小脑受损患者身上也看不到自闭症的典型症状。自闭症儿童的小脑变化，也许是异常基因所造成的不相干副作用，其他作用才是自闭症的主因。英国伦敦大学学院傅瑞斯（UtaFrith）与剑桥大学巴隆柯恩（SimonBaron-Cohen）所提出的心理学理论，也许是最精巧的。他们认为，自闭症最重要的异常现象，是缺乏「揣度他人心智」的能力。傅瑞斯与巴龙科恩认为，脑子里特殊的神经线路，让我们能够精密的假设出他人心智的内部运作，然后根据这些假设结果，有效的预测他人的行为。傅瑞斯与巴龙科恩的方向显然是正确的，不过他们的理论却无法圆满解释，与自闭症看似不相干的种种症状为何会组合在一起。说自闭症患者无法进行社交互动，是因为他们无法「揣度他人心智」，其实只是在重述他们的症状罢了。研究人员必须找出是哪些脑部机制失去了功能，造成的症状，会与自闭症的功能缺失一样。
义大利帕玛大学的里佐拉蒂及其同事所进行的研究，提供了一条线索。年代，里佐拉蒂研究猕猴在进行目标导向动作时，脑部神经活性的变化。（详情可点击阅读原文参看《感同身受，镜像神经元》）
从内心照见世界
■由于镜像神经元似乎与社交互动有关，这个神经系统的功能丧失，可以解释自闭症某些主要的症状，包括孤离与缺乏同理心。
■针对自闭症患者所做的研究指出，他们脑部有几个区域的镜像神经元丧失了活性。研究人员猜测，针对恢复镜像神经元活性而设计的治疗，应该可以减轻自闭症的某些症状。
■「情绪图谱理论」这个假说，可以解释自闭症的次要症状，像是过度敏感。
几十年前，研究人员就知道大脑额叶的前运动皮质参与了控制随意运动。举例来说，猴子在伸手抓取花生时，某个神经元会活化，在拉动拉杆时另一个神经元会活化，以此类推。这些神经细胞通常称为运动控制神经元。（记录到活性的神经元并非直接控制手臂，它只是线路的一部份；透过观察组成线路的神经元讯号，就可以监测这个线路。）
但让里佐拉蒂和同事吃惊的是，当这只猕猴看到其他猕猴或研究人员展现同样的动作，运动控制神经元里的某群细胞也活化了起来。例如，看到其他猴子伸手抓取花生时，参与控制「伸手抓取花生」动作的神经元也会活化。后续的脑造影技术指出，人脑相对应的皮质区也有这种镜像神经元。这些观察结果意味着，镜像神经元（更精确地说是由它们所组成的网络），不只会送出运动控制指令，也可以让猴子或人，藉由脑部模拟他人的行动，而得知他人的意图。对猴子而言，这些神经元的功能或许局限于预测简单的目标导向行动，但对人类而言，镜像神经元系统也许已经演化出可以阐释更复杂意图的能力。
解析自闭症
自闭症患者额下回（inferiorfrontalgyrus）镜像神经元的活动会减少。由于额叶下回是前运动皮质的一部份，这或许可以解释为什么患者无法评估他人的意图。脑岛与前扣带皮质镜像神经元的缺失，也许会造成相关的症状，譬如缺乏同理心；而角回镜像神经元的缺失则可能造成语言障碍。自闭症患者的小脑与脑干的构造也有改变。
后来的研究指出，人脑其他区域，像是扣带皮质与脑岛也有镜像神经元，而且这些神经元可能在同理心的情绪反应上扮演一角。研究人员在探讨清醒受测者的前扣带皮质时发现，某些在痛反应时会活化的神经元，在看到别人疼痛时，也会活化。镜像神经元也可能参与模仿，大猿似乎具有最基本的模仿能力，而人类的则显著多了。模仿的倾向起码有部份一定是天生的：美国华盛顿大学的梅尔特佐夫（AndrewMeltzoff）指出，对着新生儿伸舌头，新生儿也会对你伸舌头。因为新生儿看不到自己的舌头，无法透过视觉回馈与错误修正来学会这个技巧。所以小孩的脑子里一定有个内建的机制，将母亲的视觉外观（不管是伸舌头或微笑）投射到运动控制神经元。
儿童语言能力的发育，需要重新划定脑区的功能。要模仿父母亲的话语，幼儿的脑子必须将颞叶听觉中枢的听觉讯号，转换成运动皮质的口语输出。镜像神经元是否直接参与这种技巧，不得而知，不过显然有些类似的过程发生。最后，镜像神经元也许让人类可以像别人看自己一般看自己，这可能是自我知觉与内省所必备的能力。
从μ波看镜像神经元活动
这些跟自闭症有什么关系？年代末期，我们在加州大学圣地牙哥分校的研究团队注意到，镜像神经元所从事的功能，似乎就是自闭症中受到损伤的功能。如果镜像神经元系统真的参与阐释复杂的意图，那么这个神经线路的缺陷，就可以解释自闭症患者最显著的异常：缺乏社交技巧。镜像神经元的缺陷，同样可以解释自闭症的其他主要症状，像是缺乏同理心、语言能力不足、欠缺模仿能力等。苏格兰圣安祖大学怀顿（AndrewWhitten）的团队约在同一时间提出这样的看法，不过第一个支持这个假说的实验证据，是我们实验室与同校的阿尔许勒（EricL.Altschuler）与潘达（JaimeA.Pineda）合作所得到的。
要证明自闭症儿童镜像神经元出了问题，我们必须找到一个不用将电极插在脑子里（里佐拉蒂与同事用猴子做实验才能这样），就可以记录到神经细胞活性的方法。后来我们知道，可以藉由脑电图（EEG）来测量儿童的脑波。50多年来，科学家早已知道EEG中有一种μ波（muwave），会在人们进行随意运动（譬如翻开手掌或握紧拳头）时遭到阻断。有趣的是，当人们看着其他人做着同样的动作时，μ波也会阻断掉。我们其中一人（拉玛钱德朗）与阿尔许勒提议，μ波抑制现象也许可以提供一个简单而非侵入性的方法，监控镜像神经元的活性。
我们决定由一位认知功能稍微受损的自闭症儿童来进行第一个实验。年纪太小、认知功能受损严重的儿童不能参与这项研究，因为我们必须确定受试者所看到的任何差异，都不是由于注意力涣散、无法了解指令、或心智障碍的一般情况造成的。EEG显示，在进行简单随意运动时，自闭症儿童就像正常孩童一样，μ波会受到抑制。但当自闭症儿童观看他人执行动作时，μ波并没有受到抑制。于是我们下结论，自闭症儿童的运动控制系统没有问题，但镜像神经元系统有缺失。这项观察结果发表于神经科学会年的年会，为我们的假说提供了一个有力的证据。
仔细看μ波
研究人员在探讨自闭症患者的镜像神经元系统时，需要观察前运动皮质神经元活化时造成的μ波抑制现象。μ波是脑电图（EEG）测量到的一种脑波，其频率为赫兹。自闭症与对照组的儿童在接受测试时，会从事随意运动，之后他们观看同样动作的录影时，研究人员会观察他们的μ波变化。
执行动作
人们进行随意肌运动时，运动控制神经元会活化。研究人员要求所有受测者的右手开掌或握拳。一如所料，自闭症或对照组的儿童在进行这项动作时，μ波的强度都会受到抑制。
不过这只是一个实验的结果，必须小心不要以偏概全。因此，我们的实验团队后来较有系统的进行了一系列研究，包含了10位认知缺失不严重的泛自闭症障碍的受测者，与10位同年龄、同性别的对照组受测者。结果一如我们所料，对照组受测者在进行手部运动或观看手部运动影片时，μ波都会受到抑制，但自闭症受测者的EEG，却显示只有在自己进行手部运动时，μ波才会受到抑制。
其他研究人员利用不同观测神经活性的技术，也证实了我们的发现。芬兰赫尔辛基科技大学哈里（RiittaHari）领军的团队，利用脑磁图（MEG）发现自闭症孩童镜像神经元的缺失。脑磁图测量的是脑部电流所产生的磁场变化。最近，美国加州大学洛杉矶分校的达普瑞妥（MirellaDapretto）及同事，利用功能性磁振造影指出，自闭症患者前额皮质区镜像神经元活动会减少。还有，加拿大蒙特娄大学西欧瑞特（HugoTheoret）及工作伙伴，利用跨颅磁刺激（TMS）来研究自闭症患者的镜像神经元活动。这种技术可以在运动皮质区引发电流，因而造成肌肉运动。结果显示，对照组受测者在观看同样动作的影片时，跨颅磁刺激造成的手部运动会比较明显；而自闭症患者就要弱得多。
总括来看，这些结果提供了令人信服的证据，自闭症患者的镜像神经元系统是有缺失的。科学家还不知道哪些遗传与环境因子会阻碍镜像神经元的发育，或是改变其功能。由于镜像神经元系统缺失这个假说，可以解释自闭症的独特症状，目前许多研究团队正在积极探讨这个假说。镜像神经元系统的缺失，除了可以解释自闭症的主要症状之外，还可以解释其他鲜为人知的症状。例如，研究人员早就知道，自闭症患者经常无法理解谚语与隐喻。当我们告诉受测者「控制一下自己」（getagriponyourself），他真的就会照字面上的意思，开始抓自己的身体。虽然只有部份的自闭症患者无法理解隐喻，但这种现象仍然亟待解释。想要理解隐喻，
自闭症患者的镜像神经元缺失，能够解释自闭症患者的一个重要症状：无法理解谚语和隐喻。
就需要有能力从外表不相似的东西萃取出共同点。现在就来看一看60多年前德裔美籍心理学家柯勒（WolfgangKohler）所发现的bouba/kiki效应。在这个测验中，研究人员会展示两种粗绘的形状给受试者，一个形状圆滑、一个形状尖突，然后问：「这两种图形哪个是bouba？哪个又是kiki？」不管被问者操哪种语言，98%的人都会选择曲线柔软的为bouba、而形状尖突的为kiki。这项结果指出，人脑似乎能够从形状与声音攫取出抽象性质，例如发音尖促的kiki与歧突的形状，都有着尖突的性质。我们推测，这种跨越脑区投射与隐喻类似，必然有与镜像神经元系统相似的神经线路参与其中。从这个方向研究所得到的结果，与推测一致，我们发现，自闭症孩童在bouba/kiki测试中表现不佳，无法将声音与形状正确连结起来。
那么是人脑的哪个部位参与了这项技巧呢？座落在视觉、听觉与触觉中枢交会之处的角回，似乎是个可能的脑区。这不只因为它所处的位置，也因为这里发现到类似镜像神经元特性的神经细胞。我们针对这个脑区受损的非自闭症患者进行与听觉无关的测试，发现他们就像自闭症患者一样，在bouba/kiki测试中表现不佳，而且无法理解隐喻的比例也特别高。这些结果暗示，跨区投射之所以演化出来，可能是为了协助灵长类执行复杂的运动技巧，如攀抓树木枝干（这类动作需要迅速整合视觉、听觉与触觉的讯息），最后却演化出创造隐喻的能力。镜像神经元让人类不仅可以伸手抓取花生，还可以发展文明、探索星空。
修补破碎的镜像神经元
发现自闭症患者的镜像神经元有缺失，为诊断与治疗这种疾病，开启了新页。例如，医师可以将婴儿早期μ波抑制的缺失（或像是无法模仿妈妈伸舌头）做为诊断依据，找出自闭症孩童，如此可以用目前现有的行为疗法及早开始治疗。适时介入是重要关键，如果等到自闭症主要症状出现（通常为24岁）之后才开始行为治疗，效果就会差得多。
更有趣的一种可能性是利用生物回馈来治疗自闭症，或缓和其症状。医师可以监控自闭症儿童的μ波，让它显现在患者面前的萤幕。如果这个儿童的镜像神经元功能只是暂停运作，而非永久丧失，或许就有可能经由尝试错误与视觉回馈，透过学习如何抑制萤幕上的μ波，让镜像神经元恢复功能。我同事潘达正在探讨这种可能性，他的初步结果看来不错。不过，这种疗法应该是辅助而非取代传统的行为训练技术。
另一种新的治疗方法，也许是要导正造成自闭症患者镜像神经元失能的化学失衡状态。我们的团队（包括我的学生霍瓦特与维廷斯基）认为，特定的神经调节物质，也许可以使参与情绪反应的镜像神经元更活化。根据这个假说，这类化学物质的有部份缺少了，可以解释自闭症患者在情绪中缺乏的同理心。因此，研究人员应该要寻找可以刺激分泌这种化学调节物质、或是模拟作用于镜像神经元的化学物质。MDMA是个可以探讨的药物，它较为人知的名称是快乐丸（ecstasy），这个药物已知可以促进情绪亲密与沟通。研究人员或许可用化学方法修饰这种物质，发展出安全而有效的治疗方法，起码可以减轻一些自闭症的症状。
不过，这种疗法也许只能缓解自闭症的一部份症状，其他症状无法用镜像神经元理论来解释，例如重复性运动（如前后摇摆）、回避眼神、过度敏感、厌恶某些声音等。为了探讨这些次要症状如何产生，我们的研究团队与伊利诺州埃尔姆赫斯特学院的赫斯坦（WilliamHirstein）以及位在洛杉矶非营利组织「现在治疗自闭症」（CureAutismNow）的艾弗森（PortiaIversen）合作，发展出我们所谓的情绪图谱理论（saliencelandscapetheory）。
人们所面对的世界，充斥着让人应接不暇的感觉讯息：视觉、听觉、嗅觉等。这些讯息在脑子的感觉区处理过后，会传送到杏仁核，这是通往调节情绪的边缘系统的门户。杏仁核会以个人储存的知识，来决定一个人该如何产生情绪反应，像是恐惧（见到窃贼）、情欲（见到情人）或漠不关心（面对琐事）。从杏仁核流泻而下的讯息，会传到其余的边缘系统，最终抵达自律神经系统，好让身体为行动预做准备。例如当面对窃贼时，心跳会加速，身体也会冒汗，以便排除肌肉运动所产生的热。这种自律神经的警觉，会再回馈给脑子，因而放大情绪反应。久而久之，杏仁核便创造了情绪图谱，记载着个人环境中大小事物的情绪意义。
我们的团队想探讨自闭症儿童情绪图谱遭到扭曲的可能性。或许，处理感觉输入的皮质区与杏仁核之间的连线遭到改变，才造成这种扭曲；或是边缘构造与调节行为的额叶之间连线的问题。这些异常连结的后果，就是在儿童的心智中，任何鸡毛蒜皮的小事，都可以引发极度的情绪反应──一种自律神经风暴。这个假说或许可以解释，何以有这么多自闭儿童会回避眼光接触，以及任何可能引发风暴的新奇感觉。情绪意义感知的扭曲，或许也可以解释，何以有许多自闭症儿童会沉迷于火车时刻表这类细琐的事物，对多数儿童喜爱的事物，却又漠不关心。
如果自闭症儿童的镜像神经元只是功能受阻而非消失，那么治疗就有希望。
我们发现到一些证据可以支持这个假说。藉由测量流汗引起的皮肤电导度的增加，我们监控了37个自闭症儿童的自律神经反应。比起对照组，自闭症儿童的自律神经警觉度的整体活性是比较高。自闭症儿童虽会因琐事而躁动，但对预期会让对照组儿童产生反应的刺激，却常冷漠以对。
不过，儿童的情绪图谱怎会扭曲得这么严重？研究人员发现，几乎有1/3的自闭症儿童曾在婴儿时期产生过颞叶癫痫。因为许多癫痫发作都没有受到注意，因此比率可能还远高过1/3。由于反覆且随机连发的神经冲动会横扫整个边缘系统，这些发作最后可能会扰乱视觉皮质与杏仁核的连线，因此不分青红皂白就加强了这些连结、减弱了那些连结。在成年人中，颞叶癫痫所导致的过度情绪纷扰，并不容易影响到认知功能；但对婴儿而言，癫痫发作却有可能造成影响深远的功能障碍。而且就如同自闭症中的状况，遗传与环境因子也会影响婴儿发生颞叶癫痫的机率。例如某些基因让儿童容易受到病毒感染，之后就可能会让儿童更容易癫痫发作。
我们发现的自律神经反应，也许可以协助解释很久前就得到的临床观察：高烧有时可以暂时减缓自闭症的症状。自律神经参与体温的调控，因为高烧与自闭症的情绪风暴，似乎都受同样神经路径的调节，因此高烧或许就可以缓和情绪风暴。
情绪图谱理论
为了解释自闭症某些次要症状，像是过度敏感、回避眼神、厌恶某些声音，研究人员提出了情绪图谱理论。
就一般儿童而言，感觉讯息会传到杏仁核（amygdala），这是通往调节情绪的边缘系统的门户。杏仁核利用个体贮存的知识，为每个刺激界定出儿童的情绪反应，因而创造了儿童环境的情绪图谱。但对自闭症的儿童来说，杏仁核与感觉区之间的连结可能有所改变，因此会对鸡毛蒜皮的小事产生极端的情绪反应。
情绪图谱理论也可以解释自闭症孩童重复以头撞墙的行为。这种称为自我刺激的行为，也许可以缓和儿童的自律神经风暴。我们的研究发现，自我刺激不仅具有镇静作用，也让皮肤电导度下降。这项结果暗示了自闭症症状的可能疗法。赫斯坦正在研发一种可携式装置，用来监控自闭症孩童的皮肤电导度；当这个装置侦测到自律神经警醒，就会启动另一个称为缩束背心（squeezevest）的装置，轻轻缩束孩童的身体，借此来缓解孩童的压力。
我们提出的两个解释自闭症症状的可能理论：镜像神经元功能障碍以及情绪图谱扭曲，不必然是互相矛盾的。造成孩童情绪图谱扭曲的事件（边缘系统与其他脑部连线的扰乱），也可能伤害镜像神经元。或换个方向想，造成镜像神经元系统功能障碍的基因，也可能产生副作用，改变了边缘系统的连线。我们还需要更多的实验，严谨的检视这些想法。造成自闭症的最终原因还有待发现，但是现在，我们的臆测也许可以为未来的研究，提供一个有用的架构。
关于作者
拉玛钱德朗（VilayanurS.Ramachandran）与欧柏曼（LindsayM.Oberman）都在美国加州大学圣地牙哥分校的脑与认知中心，研究自闭症与镜像神经元系统间的关联。拉玛钱德朗是该中心主任，他从英国剑桥大学取得神经科学的博士学位，如今已经是位著名的脑病变专家，他对幻肢与联觉现象的研究，让他赢得英国年的亨利戴尔奖，并成为英国皇家科学院的终生会员。欧柏曼是拉玛钱德朗的研究生，他在年加入拉玛钱德朗在圣地牙哥分校的实验室。
翻译：黄荣棋长庚大学医学系生理暨药理学科副教授，主要研究题目为哺乳动物生物时钟与离子通道表现。
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