镜像神经元的新视角:大脑对人类动作的反应更强烈

作者: Elena HealthEnergy

镜像神经元的新视角:大脑对人类动作的反应更强烈-1

人脑对他人的动作会产生反应,仿佛自己正准备将其重现。当我们看到有人伸手去拿杯子或收拢手指时,我们的运动皮层中就会产生一种回响——就好像我们的身体把所见之物拿来在自己身上试穿一样。这一现象已被研究了几十年,但最近的一项研究揭示了它出人意料的复杂性。

镜像神经元的概念正是从这类观察中诞生的。这些脑细胞之所以得名,是因为它们具有双重活动:无论是自己做出某个动作,还是观察他人做出类似动作,它们都会放电。它们是在1990年代由意大利神经生物学家贾科莫·里佐拉蒂研究猕猴大脑时发现的,当时科学家们注意到,猴子前运动皮层的神经元在做出动作时和观察人类做出该动作时都会激活。

但发表在2026年21月《 Proceedings of the National Academy of Sciences》上的新研究提出了一种更为精细的图景。也许关键不仅仅在于那些机械地「镜像」动作的个别特化细胞。相反,参与这一过程的是运动皮层中的一个分布式网络——整整一个神经元群体,其活动强度会随着大脑认为做出动作者有多像人而变化。

来自布朗大学、Mass General Brigham神经技术与神经修复中心以及VA神经修复中心的研究人员获得了一个独特的机会——直接观察人运动皮层中单个神经元的活动。这项研究有两名四肢瘫痪者参与,他们此前作为「脑–机」接口临床项目BrainGate的一部分,在负责手部控制的运动皮层区域植入了微电极阵列。

参与者被展示同一个抓取动作,但由不同的虚拟「执行者」来完成:一只逼真的人手、一只拟人化的机械手、一个三指机械结构、一个简单的立方体以及一些抽象图形。动作轨迹始终保持不变——变化的只是做出动作的主体。而与此同时,大脑的反应也随之改变。

最强烈的回响出现在观察逼真的人手时。形象离人类越远——机器人、机械装置、立方体——运动皮层中的活动就越弱。这一发现揭示了一个关键细节:运动皮层不仅仅对动作的形状和速度做出反应。对它而言,执行者的形态很重要——其外形与人体有多接近。

但这只是开始。研究人员还发现了另一个关键特征。这一效应并不集中在脑中的某一处,也不与某一类神经元的行为相关。相反,它分布在整个被记录的神经元群体中。同一群细胞会根据运动物体的拟人程度灵活地改变反应强度。这比传统上把「镜像神经元」想象成看到熟悉动作就像开关一样触发的图景更为灵活。这里的运动皮层更像是一套微调系统——大脑越容易在所见的动作中辨认出人类动作,自身的运动系统就回响得越鲜明。

尤其引人入胜的发现出现在实验的第二部分。参与者被展示仅由点组成的动作——即所谓的光点显示。其中一些很容易组合成一只运动的手的形象,另一些则看起来像一团运动中的抽象云。

事情是这样的:其中一名参与者起初只是把这种刺激感知为杂乱运动的点。随后,在某一刻,他的意识仿佛「咔哒」一声——他突然从中辨认出了人手的动作。他刚一察觉这一点,他在观看这些完全相同的图像时运动皮层的活动就骤然增强。

这一观察只涉及一名参与者,因此不能称之为严格的证据。但它把研究提升到了一个格外有趣的层次,并指向一种强大的机制:运动系统可能不仅对所见之物的物理特征——形状和速度——做出反应。人所 理解 到的东西、赋予它的意义,同样重要。

同一幅画面能够获得全新的意义——而随着意义的变化,大脑的活动也仿佛被施了魔法一般随之改变。对动作的感知从简单的形状登记变成了一种主动诠释的过程。大脑辨认出动作,将其与自身的身体经验相对应,并且似乎会问自己:「这个动作像不像我能做出来的?」

实验的下一部分揭示了这一机制的又一面——并且直接涉及实际应用。当参与者自己尝试做出抓取动作时——当他们主动生成自己的运动指令时——人手、机器人和抽象物体之间的差异几乎完全消失。自身的运动信号占据了主导地位,压过了观察带来的效应。

换句话说:拟人程度恰恰对观察至关重要。而当大脑形成自己的运动指令时,内部信号便走到前台,被操控对象的外形也就不那么重要了。这一差异对于制造通过接口控制的假肢和机器人具有直接意义。

BrainGate不仅仅是一个科研项目。它是一个为因脊髓损伤、中风或神经退行性疾病(如肌萎缩侧索硬化症,ALS)而失去运动或说话能力的人开发植入式「脑–机」接口的计划。这类技术已经在把神经活动转化为光标、虚拟物体、机器人机械臂和语音交互系统的指令。

一项新研究提示了改进这些技术的一条并不显而易见的路径。如果运动皮层对拟人化设计的反应更强,那么被操控装置的外形就不仅仅是一种装饰。它是大脑与器械之间对话的一种方式。拟人化设计有可能让外部假肢或机器人机械臂更容易融入使用者的意识——融入其身体与运动的内部地图。未来,这类知识将有助于开发出能更自然地「嵌入」运动控制与身体感知神经机制的接口。

与此同时,这项研究带着更新的视角把我们带回「镜像神经元」这一概念本身。观察性活动的现象依然完全真实——运动区确实会对他人动作做出反应。但呈现在我们面前的,是一个比以往所想的更为立体的模型。这种反应并非源于特化细胞的工作,而是源于整个分布式网络的协同活动。这个网络对情境敏感,会随着对正在发生之事的理解而变化,并取决于所看到的动作获得了怎样的意义。

大脑把视觉、自身身体的经验以及对正在发生之事的理解联结为一个连续的过程。当我们看到他人的动作时,运动皮层内部便会产生它的回响。但这回响反映的不仅是动作本身。它反映的是我们所看到的是谁,我们在多大程度上从中辨认出与自己相似的身体,以及我们赋予其动作怎样的意义。大脑不是一面被动的镜子。它是一位主动的诠释者。

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来源

  • Brain-computer interface study sheds light on neural activity during observation, or 'mirror neurons'

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