以全新角度審視鏡像神經元:大腦對人類動作的反應更為強烈

作者: Elena HealthEnergy

以全新角度審視鏡像神經元:大腦對人類動作的反應更為強烈-1

人腦對他人動作的反應,彷彿自己正準備重現這些動作。當我們看見某人伸手去拿杯子或彎曲手指時,我們的運動皮質便會產生反應——彷彿我們的身體正將所見之物套用於自身。這種現象已被研究數十年,但近期一項研究揭示了其出人意料的複雜性。

鏡像神經元的概念正是從這類觀察中發展而來。這些腦細胞之所以得名,是因為它們具有雙重活性:無論是自己做出動作,還是觀察他人做出類似動作,它們都會被觸發。它們於1990年代由義大利神經生物學家賈科莫·里佐拉蒂在研究獼猴大腦時發現,當時研究人員注意到,猴子前運動皮質的神經元在執行動作時以及觀察人類執行動作時都會活化。

但發表於2026年21月《 Proceedings of the National Academy of Sciences》期刊上的新研究,提出了更細緻的觀點。或許關鍵不僅在於那些機械式「鏡像」動作的個別特化細胞。相反地,整個運動皮質的分散式網絡都參與其中——這是一整群神經元,其活性會依大腦認為動作執行者有多像人而有所增減。

來自布朗大學、Mass General Brigham神經技術與神經修復中心以及VA神經修復中心的研究人員,獲得了一個獨特的機會——直接觀察人類運動皮質中個別神經元的運作。這項研究有兩名四肢癱瘓者參與,他們此前在BrainGate腦機介面臨床計畫中,已將微電極陣列植入負責手部控制的運動皮質區域。

參與者觀看的是同一個抓取動作,但由不同的虛擬「執行者」來完成:逼真的人類手、擬人化的機器手臂、三指機械構造、一個簡單的立方體以及抽象圖形。動作軌跡保持不變——改變的只是執行動作的主體。而大腦的反應也隨之改變。

最強烈的反應出現在觀看逼真的人類手時。形象越遠離人類樣貌——機器人、機械裝置、立方體——運動皮質的活性就越弱。這項發現揭示了一個關鍵細節:運動皮質的反應不僅僅針對動作的形狀和速度。對它而言,執行者的形態很重要——其外貌與人類身體有多接近。

但這只是開始。研究人員還發現了另一個關鍵特徵。這種效應並非集中在大腦的某一處,也與某一類型神經元的行為無關。相反地,它分布於整個被記錄的神經元群體中。同一群細胞會根據移動物體的擬人程度,靈活地改變反應強度。這比傳統「鏡像神經元」如開關般在看到熟悉動作時觸發的形象更為靈活。這裡的運動皮質更像是一套微調系統——大腦越容易在所見動作中辨識出人類動作,自身的運動系統就反應得越鮮明。

實驗第二部分有一個特別引人入勝的發現。參與者觀看僅由點構成的動作——即所謂的點光顯示。有些輕易就能組合成移動手臂的形象,另一些則看起來像是一團移動中的抽象雲霧。

事情是這樣的:其中一名參與者起初只是將這種刺激感知為雜亂移動的點。接著,在某個時刻,意識彷彿咔嚓一聲——他突然從中辨識出人類手臂的動作。他一注意到這點,觀看同樣這些圖像時,其運動皮質的活性便急劇增強。

這項觀察僅涉及一名參與者,因此不能算是嚴謹的證據。但它將研究提升到特別有趣的層次,並指向一個強大的機制:運動系統可能不僅對所見之物的物理特徵——形狀和速度——產生反應。同樣重要的是,一個人 理解 所見之物的方式,以及他賦予它的意義。

同一幅畫面能夠獲得全新的意義——而隨著意義的改變,大腦的運作也彷彿魔法般隨之變化。動作感知從單純的形狀登錄,轉變為主動詮釋的過程。大腦辨識動作,將其與自身的身體經驗相連結,並且似乎會問自己:「這個動作像不像是我能做出的?」

實驗的下一部分揭示了這個機制的另一個面向——並直接涉及實際應用。當參與者自己嘗試做出抓取動作時——當他們主動產生自身的運動指令時——人類手、機器人和抽象物體之間的差異幾乎完全消失。自身的運動訊號成為主導,蓋過了觀察的效應。

換句話說:擬人程度對觀察而言至關重要。而當大腦形成自身的運動指令時,內部訊號便佔據主導地位,被操控物體的外形也就不那麼重要了。這一差異對於創建透過介面控制的義肢和機器人具有直接意義。

BrainGate不僅僅是一個科學計畫。它是一項為因脊髓損傷、中風或神經退化性疾病如肌萎縮性側索硬化症(ALS)而失去行動或說話能力的人,創建植入式腦機介面的計畫。這類技術已能將神經活動轉換為游標、虛擬物件、機器人操縱器和語音互動系統的指令。

這項新研究為改善這些技術指出了一條並不明顯的途徑。如果運動皮質對擬人化的設計反應更強烈,那麼被操控裝置的外觀就不只是裝飾而已。這是大腦與器械之間對話的一種方式。擬人化的設計有可能讓外部義肢或機器人操縱器更容易融入使用者的意識——融入其內在的身體與動作地圖。未來,這類知識將有助於開發出能更自然地「嵌入」神經控制與身體感知機制的介面。

與此同時,這項研究也帶著更新的視角,讓我們回到鏡像神經元這一概念本身。觀察性活動的現象依然完全真實——運動區確實會對他人的動作產生反應。但呈現在我們面前的,是一個比以往所想更為立體的模型。這種反應並非源自特化細胞的運作,而是源自整個分散式網絡的協同活動。這個網絡對情境敏感,會隨著對所發生之事的理解而改變,並取決於所見動作獲得了什麼樣的意義。

大腦將視覺、自身身體的經驗以及對所發生之事的理解,連結成一個連續的過程。當我們看見他人的動作時,運動皮質內部便會產生它的回聲。但這道回聲反映的不只是動作本身。它反映的是我們所看見的是誰,我們在其中辨認出多少與自己身體相似的身體,以及我們賦予其動作什麼樣的意義。大腦不是一面被動的鏡子。它是一位主動的詮釋者。

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來源

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

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