孤独症患者语言沟通能力障碍的镜像神经元理论机制

叶芊 单春雷

孤独症谱系障碍（autism spectrum disorders，ASD），又称自闭症，是一种广泛性神经发育障碍，以社会交往与交流障碍、言语沟通障碍、兴趣范围狭窄与刻板行为[1,2]为核心症状，此外也伴随情感联络和情绪性行为方面的问题。围绕其发病机制，主要的理论假说有心理理论缺损说[3]、执行功能障碍说[4]和中枢性统合不足说[5,6]。虽然以上假说对孤独症的症状均能作出一定解释，但仍无法完全解释孤独症所有核心症状的病理机制。

近年来，随着生物学及神经科学领域镜像神经元系统（mirror neuron system，MNS）的发现及其理论的形成与发展，为孤独症的发病机制提供了一个新的视角与可能。鉴于其较为客观的神经科学证据，能同时解释孤独症社会认知和非社会认知方面的功能障碍，因此被认为是一种较全面解释孤独症发病机制的神经-认知理论[7]。本文拟从“镜像神经元”理论机制的角度解释孤独症语言沟通能力障碍的机制，并尝试提出改善其语言沟通功能障碍的新途径。

1 镜像神经元的发现

Rizzolatti等首先利用单细胞记录技术在豚尾猴的前运动皮质腹侧（F5区）发现了镜像神经元（mirror neuron，MN）。这种通过观察动作引起的神经元放电同它自身执行该动作的放电相似，像镜子一样反射了他人（或他猴）的脑活动，因此这种具有“观察-执行匹配”特点的神经元被称为镜像神经元。人类镜像神经元的分布比猴子更为广泛，包括双侧额下回（inferior frontal gyrus，IFG）后部、顶下小叶（inferior parietal lobe，IPL）喙部、前运动皮质腹侧（ventral premotor cortex，PMV）和颞上沟皮质，这些区域被视为人类镜像神经元系统的核心脑区[8]。

2 镜像神经元是手动作与语言的桥梁

McNeill等早在1992年就提出手动作与语言在功能上并非相互独立，而是共享统一的概念表征与交流系统，尽管各自的输出方式不同[9]。镜像神经元的发现更是为手动作与语言共享同一个交流系统的说法提供了理论依据，同时得到越来越广泛的认可[10,11]。镜像神经元参与语言进化、与语言中枢的重叠性两方面可以看出，其为手动作与语言功能之间架起了重要的桥梁[12]。

2.1 镜像神经元参与语言的进化

从进化角度，MNS很可能是语言进化过程中最原始的交流系统。Rizzolatti等在猴子的F5区发现了另一种与语言发育同样相关的抓握神经元（grasp neurons）——专门负责指挥与手/口有关的抓握/进食动作[13]，而随后Fischer等在人类大脑中也发现了类似的抓握神经元。从功能性角度，它作为手-口双向的调控系统(hand-mouth double command system)，参与编码抓握动作的意图，并负责计划如何成功地实施与手有关的抓取动作以及与口有关的进食动作[14]。

在最初没有语言的环境中，人类依靠手势交流信息。而MNS作为观察-执行匹配系统，使得人们可以通过内隐性的模仿所观察的动作理解他人的动作意图，并利用手势交流食物与领土等信息。在此基础上，随着人类发音器官的不断演化，依托抓握神经元手-口双向调控系统，使得手势交流不断向口头交流进化，最终形成了语言[15,16]。因此，镜像神经元理论的支持者认为，语言并非起源于声音，而是从手动作逐渐演化而来。

2.2 MNS与语言功能区的重叠

从功能定位的角度可看出语言功能和MNS的紧密关系。重要的语言功能区包括左侧的额下回后部Broca区即Brodmann 44/45区（BA44/45区）、颞上沟皮质（Wernicke区，BA22区）以及顶下小叶的缘上回（BA40区）、角回（BA39区），这些脑区与MNS关键脑区的位置非常吻合[17]。Hadjikhan等发现，孤独症患者的额下回、顶下小叶及颞上沟3个与语言功能密切相关的MNS脑区的皮层相比于其他脑区较薄[18]，这可能与其语言沟通能力障碍有关。

此外，如果MNS加工听觉表征和视觉表征一样，也具有听理解-表达匹配功能，它们可能在链接话语和说话人之间的关系上起重要作用。

3 镜像神经元参与儿童的语言发育

MNS除了参与人类语言的进化外，也可能在促进儿童语言的习得、发展方面有重要贡献。模仿能力是动作认知的自然扩展，这种能力的进化是孩子游戏、互动、习得动作的基础，也是语言进化的必要前提。MNS在语言的实际运用和言语的复杂发育等方面起决定性作用。

用手抓取食物准备进食的动作或意图会影响与说话有关的发音器官激活，从而使元音的发声方式和声谱共振频率发生改变[19]，这种以目标为导向的动作观察-执行匹配效应在孩子身上更为明显。基于实验的数据结果，Gentiluttito等认为MNS可能参与了儿童语言能力的习得。更具体解释是，儿童早期的语言发展与交流性手势、象征性手势有着绝对的关联。如6～8个月孩子的咿呀学语总伴随着有节奏的手动作，而这些先于早期语言发展的手动作的出现则预示着其以后双字词阶段（two-word stage）的顺利引出。8～10个月时的词汇理解与11～13个月时的单词发音也分别伴随指示性手势和陈述性手势的出现[20，21]。

4 MNS介导的手动作与语言沟通的关系

4.1 手动作模仿对语言沟通的影响

研究表明，孤独症患者在手动作的观察与模仿方面存在缺陷，这很可能是影响语言沟通的重要神经-心理学因素。Rizzolatti提出，模仿不仅单纯是将所观察到的他人动作进行复制执行，而且也是一种能力，这种能力使得个体利用原有的、已习得的技能复制其所观察到的动作，从而获得一种新的运动行为。Rizzolatti猜测，MNS正是这种将感觉信息转化成运动表征的神经机制所在。更多的研究者赞同模仿即动作感觉和动作执行之间的匹配这一性质[22]。对于正常个体，无论是观察还是模仿意图明确的手动作，均会激活MNS，尤其是额下回的岛盖部（包括左侧Broca区）与顶下小叶这两块皮质区域，然而研究发现，孤独症患者实际生活中几乎没有自发模仿动作[23]。

由于MNS的缺陷，孤独症儿童很难站在自己的位置理解他人的行为，并将他人的行为与自己记忆中的动作编码相联系[24]。也有经颅磁刺激（transcranial magnetic stimulatio，TMS）技术研究表明，当面对面地观察他人并采用“镜像方式”模仿他人动作时，孤独症儿童的表现更差。这种模仿能力障碍可能是因为MNS在编码他人动作时有缺陷[25]。

为了研究孤独症儿童是否能理解手动作的意图，Cossu等比较了正常发育儿童与孤独症儿童在模仿及物动作与非及物（哑剧）动作时的表现，结果发现孤独症儿童虽然模仿及物动作比非及物动作表现稍好，但均落后于正常儿童的水平[26]。

4.2 手势障碍影响孤独症语言沟通

手势对于语言的表达格外重要。词汇提取困难时人们更倾向于借助更多的手势辅助表达。在正常儿童的语言发展中，手势能够增加信息量，促进情绪表达与社会交往，这种手势称作联合言语手势。孤独症患者的联合言语手势很少，甚至几乎没有，其手势障碍往往是早期症状诊断的重要因素[27]。孤独症儿童之所以不能像正常儿童利用手势促进语言交流，Sowden等[28]认为原因在于视觉-运动与听觉信息的融合障碍，而这种手势与言语的跨通道融合障碍可能与MNS功能失调有关[29]。

Cattaneo等发现对手势的理解障碍也会影响语言沟通，他将正常发育儿童与孤独症儿童在伸手拿东西吃时的下颌舌骨肌(mylohyoid，MH)肌电图做比较发现，正常发育儿童MH肌的电位激活没有在孤独症儿童身上出现。此外，他还比较了两类儿童在观察及物动作与不及物动作时的Mu波，结果发现孤独症儿童在观察不及物动作时，出现了与健康儿童类似的Mu波抑制，而在观察及物动作时却没有出现，且Mu波与孤独症的严重程度呈正比，这提示孤独症儿童缺乏对动作意图的整体理解，尤其是对较抽象的手势理解[30]。

5 镜像神经元理论对语言障碍康复的启示

5.1 MNS：孤独症脑损伤的重塑之路

目前，传统的康复策略更多地是强调通过教育-再教育(re-education)、训练-再训练的方式改善患者功能，帮助其适应可能永久存在的功能障碍。但脑损伤康复的最佳途径应是通过修复(remediation)及重塑(plasticity，reorganization)损伤的大脑获得治愈，孤独症也不例外，这是取得良好功能转归最有效的方式。因此，目前亟需直接针对孤独症受损神经环路的 “修复、重塑”康复。

基于镜像神经元理论的语言康复治疗正是一种新兴的神经生物学模式，它强调通过训练促进脑功能的重塑从而治愈脑损伤[31,32]。其理论假说是大脑皮质的神经环路可以通过经验引起化学与解剖学改变得到重塑[33]。这种重塑是一种刺激依赖型（stimulus dependent）的突触重塑[34]，只有通过针对特定神经环路的靶向训练，才能最终完成生物学水平的修复与重塑[35]。

不同于镜像神经元损伤的“破镜理论”，Hamilton等提出了社会性自上而下反应调控模型(social top-down response modulation，STROM)解释孤独症儿童的社会认知能力障碍，并指出孤独症儿童的镜像神经元可能并没有损伤，单个镜像神经元功能是完整的，而是MNS联结通路受损，从而在上下调控方面出现了问题[36]。

以上两点启示研究者可以利用镜像神经元的可塑性或功能尚存的镜像神经元，修复孤独症患者的语言沟通功能。

5.2 手动作训练改善语言功能的新展望

镜像神经元的发现为手动作与语言共享同一个交流系统提供了理论依据，通过各种手动作训练（包括观察、执行、模仿训练）与语言功能训练相结合的方式，有望激活正常或残留的观察-执行匹配系统，从而促进重要语言区神经网络的重塑，改善孤独症患者的语言功能。

已有研究表明，结合手势与言语的联合训练可以改善孤独症的语言沟通障碍。Ingersoll等[37]尝试利用交互模仿训练（reciprocal imitation training，RIT）促通手势的视觉-运动信息与言语信息的融合，通过物体模仿/手势模仿结合语言的干预训练（如当孩子在玩小汽车的方向盘时，治疗师做手指划圈假装驾驶的手势动作，并且引导说“转啊转”），促进孤独症儿童的模仿能力与自发语言功能。经过交互模仿训练后，所有患者手势模仿的频率与准确性都有显著提升，其中3名儿童的语用能力得到改善，且相比于物体模仿训练，患者更容易在手势模仿训练中成功复述出相应的词汇[37]。此外，Bastiaansen等[38]人的研究表明，孤独症患者的MNS活性会随着年龄的增长而增强，且与眼球的凝视行为改变和社交能力改善有关，增加运动模仿可能改善青少年和成年人的社交能力。

因此，借助各类型手动作的观察、模仿等训练，包括及物动作、不及物的哑剧动作（如展开手掌在脸上划圈假装“洗脸”）、象征性手势（如竖起大拇指表示“你真棒”）与语言训练相结合的联合训练，可激活残存的或通路中断的MNS，从而促进孤独症语言功能网络的重塑，肢体模仿训练（如仰卧位四肢抬离地面并上下挥动模仿“游泳”）、表情模仿训练（如咧嘴大笑、嚎啕大哭等）也有可能促进视觉-运动与听觉信息的融合，为孤独症语言沟通障碍的康复提供新的思路与视角。

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