孤獨癥患者語言溝通能力障礙的鏡像神經(jīng)元理論機制

葉芊 單春雷

孤獨癥譜系障礙（autism spectrum disorders，ASD），又稱自閉癥，是一種廣泛性神經(jīng)發(fā)育障礙，以社會交往與交流障礙、言語溝通障礙、興趣范圍狹窄與刻板行為[1,2]為核心癥狀，此外也伴隨情感聯(lián)絡(luò)和情緒性行為方面的問題。圍繞其發(fā)病機制，主要的理論假說有心理理論缺損說[3]、執(zhí)行功能障礙說[4]和中樞性統(tǒng)合不足說[5,6]。雖然以上假說對孤獨癥的癥狀均能作出一定解釋，但仍無法完全解釋孤獨癥所有核心癥狀的病理機制。

近年來，隨著生物學及神經(jīng)科學領(lǐng)域鏡像神經(jīng)元系統(tǒng)（mirror neuron system，MNS）的發(fā)現(xiàn)及其理論的形成與發(fā)展，為孤獨癥的發(fā)病機制提供了一個新的視角與可能。鑒于其較為客觀的神經(jīng)科學證據(jù)，能同時解釋孤獨癥社會認知和非社會認知方面的功能障礙，因此被認為是一種較全面解釋孤獨癥發(fā)病機制的神經(jīng)-認知理論[7]。本文擬從“鏡像神經(jīng)元”理論機制的角度解釋孤獨癥語言溝通能力障礙的機制，并嘗試提出改善其語言溝通功能障礙的新途徑。

1 鏡像神經(jīng)元的發(fā)現(xiàn)

Rizzolatti等首先利用單細胞記錄技術(shù)在豚尾猴的前運動皮質(zhì)腹側(cè)（F5區(qū)）發(fā)現(xiàn)了鏡像神經(jīng)元（mirror neuron，MN）。這種通過觀察動作引起的神經(jīng)元放電同它自身執(zhí)行該動作的放電相似，像鏡子一樣反射了他人（或他猴）的腦活動，因此這種具有“觀察-執(zhí)行匹配”特點的神經(jīng)元被稱為鏡像神經(jīng)元。人類鏡像神經(jīng)元的分布比猴子更為廣泛，包括雙側(cè)額下回（inferior frontal gyrus，IFG）后部、頂下小葉（inferior parietal lobe，IPL）喙部、前運動皮質(zhì)腹側(cè)（ventral premotor cortex，PMV）和顳上溝皮質(zhì)，這些區(qū)域被視為人類鏡像神經(jīng)元系統(tǒng)的核心腦區(qū)[8]。

2 鏡像神經(jīng)元是手動作與語言的橋梁

McNeill等早在1992年就提出手動作與語言在功能上并非相互獨立，而是共享統(tǒng)一的概念表征與交流系統(tǒng)，盡管各自的輸出方式不同[9]。鏡像神經(jīng)元的發(fā)現(xiàn)更是為手動作與語言共享同一個交流系統(tǒng)的說法提供了理論依據(jù)，同時得到越來越廣泛的認可[10,11]。鏡像神經(jīng)元參與語言進化、與語言中樞的重疊性兩方面可以看出，其為手動作與語言功能之間架起了重要的橋梁[12]。

2.1 鏡像神經(jīng)元參與語言的進化

從進化角度，MNS很可能是語言進化過程中最原始的交流系統(tǒng)。Rizzolatti等在猴子的F5區(qū)發(fā)現(xiàn)了另一種與語言發(fā)育同樣相關(guān)的抓握神經(jīng)元（grasp neurons）——專門負責指揮與手/口有關(guān)的抓握/進食動作[13]，而隨后Fischer等在人類大腦中也發(fā)現(xiàn)了類似的抓握神經(jīng)元。從功能性角度，它作為手-口雙向的調(diào)控系統(tǒng)(hand-mouth double command system)，參與編碼抓握動作的意圖，并負責計劃如何成功地實施與手有關(guān)的抓取動作以及與口有關(guān)的進食動作[14]。

在最初沒有語言的環(huán)境中，人類依靠手勢交流信息。而MNS作為觀察-執(zhí)行匹配系統(tǒng)，使得人們可以通過內(nèi)隱性的模仿所觀察的動作理解他人的動作意圖，并利用手勢交流食物與領(lǐng)土等信息。在此基礎(chǔ)上，隨著人類發(fā)音器官的不斷演化，依托抓握神經(jīng)元手-口雙向調(diào)控系統(tǒng)，使得手勢交流不斷向口頭交流進化，最終形成了語言[15,16]。因此，鏡像神經(jīng)元理論的支持者認為，語言并非起源于聲音，而是從手動作逐漸演化而來。

2.2 MNS與語言功能區(qū)的重疊

從功能定位的角度可看出語言功能和MNS的緊密關(guān)系。重要的語言功能區(qū)包括左側(cè)的額下回后部Broca區(qū)即Brodmann 44/45區(qū)（BA44/45區(qū)）、顳上溝皮質(zhì)（Wernicke區(qū)，BA22區(qū)）以及頂下小葉的緣上回（BA40區(qū)）、角回（BA39區(qū)），這些腦區(qū)與MNS關(guān)鍵腦區(qū)的位置非常吻合[17]。Hadjikhan等發(fā)現(xiàn)，孤獨癥患者的額下回、頂下小葉及顳上溝3個與語言功能密切相關(guān)的MNS腦區(qū)的皮層相比于其他腦區(qū)較薄[18]，這可能與其語言溝通能力障礙有關(guān)。

此外，如果MNS加工聽覺表征和視覺表征一樣，也具有聽理解-表達匹配功能，它們可能在鏈接話語和說話人之間的關(guān)系上起重要作用。

3 鏡像神經(jīng)元參與兒童的語言發(fā)育

MNS除了參與人類語言的進化外，也可能在促進兒童語言的習得、發(fā)展方面有重要貢獻。模仿能力是動作認知的自然擴展，這種能力的進化是孩子游戲、互動、習得動作的基礎(chǔ)，也是語言進化的必要前提。MNS在語言的實際運用和言語的復(fù)雜發(fā)育等方面起決定性作用。

用手抓取食物準備進食的動作或意圖會影響與說話有關(guān)的發(fā)音器官激活，從而使元音的發(fā)聲方式和聲譜共振頻率發(fā)生改變[19]，這種以目標為導(dǎo)向的動作觀察-執(zhí)行匹配效應(yīng)在孩子身上更為明顯?；趯嶒灥臄?shù)據(jù)結(jié)果，Gentiluttito等認為MNS可能參與了兒童語言能力的習得。更具體解釋是，兒童早期的語言發(fā)展與交流性手勢、象征性手勢有著絕對的關(guān)聯(lián)。如6～8個月孩子的咿呀學語總伴隨著有節(jié)奏的手動作，而這些先于早期語言發(fā)展的手動作的出現(xiàn)則預(yù)示著其以后雙字詞階段（two-word stage）的順利引出。8～10個月時的詞匯理解與11～13個月時的單詞發(fā)音也分別伴隨指示性手勢和陳述性手勢的出現(xiàn)[20，21]。

4 MNS介導(dǎo)的手動作與語言溝通的關(guān)系

4.1 手動作模仿對語言溝通的影響

研究表明，孤獨癥患者在手動作的觀察與模仿方面存在缺陷，這很可能是影響語言溝通的重要神經(jīng)-心理學因素。Rizzolatti提出，模仿不僅單純是將所觀察到的他人動作進行復(fù)制執(zhí)行，而且也是一種能力，這種能力使得個體利用原有的、已習得的技能復(fù)制其所觀察到的動作，從而獲得一種新的運動行為。Rizzolatti猜測，MNS正是這種將感覺信息轉(zhuǎn)化成運動表征的神經(jīng)機制所在。更多的研究者贊同模仿即動作感覺和動作執(zhí)行之間的匹配這一性質(zhì)[22]。對于正常個體，無論是觀察還是模仿意圖明確的手動作，均會激活MNS，尤其是額下回的島蓋部（包括左側(cè)Broca區(qū)）與頂下小葉這兩塊皮質(zhì)區(qū)域，然而研究發(fā)現(xiàn)，孤獨癥患者實際生活中幾乎沒有自發(fā)模仿動作[23]。

由于MNS的缺陷，孤獨癥兒童很難站在自己的位置理解他人的行為，并將他人的行為與自己記憶中的動作編碼相聯(lián)系[24]。也有經(jīng)顱磁刺激（transcranial magnetic stimulatio，TMS）技術(shù)研究表明，當面對面地觀察他人并采用“鏡像方式”模仿他人動作時，孤獨癥兒童的表現(xiàn)更差。這種模仿能力障礙可能是因為MNS在編碼他人動作時有缺陷[25]。

為了研究孤獨癥兒童是否能理解手動作的意圖，Cossu等比較了正常發(fā)育兒童與孤獨癥兒童在模仿及物動作與非及物（啞?。﹦幼鲿r的表現(xiàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)孤獨癥兒童雖然模仿及物動作比非及物動作表現(xiàn)稍好，但均落后于正常兒童的水平[26]。

4.2 手勢障礙影響孤獨癥語言溝通

手勢對于語言的表達格外重要。詞匯提取困難時人們更傾向于借助更多的手勢輔助表達。在正常兒童的語言發(fā)展中，手勢能夠增加信息量，促進情緒表達與社會交往，這種手勢稱作聯(lián)合言語手勢。孤獨癥患者的聯(lián)合言語手勢很少，甚至幾乎沒有，其手勢障礙往往是早期癥狀診斷的重要因素[27]。孤獨癥兒童之所以不能像正常兒童利用手勢促進語言交流，Sowden等[28]認為原因在于視覺-運動與聽覺信息的融合障礙，而這種手勢與言語的跨通道融合障礙可能與MNS功能失調(diào)有關(guān)[29]。

Cattaneo等發(fā)現(xiàn)對手勢的理解障礙也會影響語言溝通，他將正常發(fā)育兒童與孤獨癥兒童在伸手拿東西吃時的下頜舌骨肌(mylohyoid，MH)肌電圖做比較發(fā)現(xiàn)，正常發(fā)育兒童MH肌的電位激活沒有在孤獨癥兒童身上出現(xiàn)。此外，他還比較了兩類兒童在觀察及物動作與不及物動作時的Mu波，結(jié)果發(fā)現(xiàn)孤獨癥兒童在觀察不及物動作時，出現(xiàn)了與健康兒童類似的Mu波抑制，而在觀察及物動作時卻沒有出現(xiàn)，且Mu波與孤獨癥的嚴重程度呈正比，這提示孤獨癥兒童缺乏對動作意圖的整體理解，尤其是對較抽象的手勢理解[30]。

5 鏡像神經(jīng)元理論對語言障礙康復(fù)的啟示

5.1 MNS：孤獨癥腦損傷的重塑之路

目前，傳統(tǒng)的康復(fù)策略更多地是強調(diào)通過教育-再教育(re-education)、訓練-再訓練的方式改善患者功能，幫助其適應(yīng)可能永久存在的功能障礙。但腦損傷康復(fù)的最佳途徑應(yīng)是通過修復(fù)(remediation)及重塑(plasticity，reorganization)損傷的大腦獲得治愈，孤獨癥也不例外，這是取得良好功能轉(zhuǎn)歸最有效的方式。因此，目前亟需直接針對孤獨癥受損神經(jīng)環(huán)路的 “修復(fù)、重塑”康復(fù)。

基于鏡像神經(jīng)元理論的語言康復(fù)治療正是一種新興的神經(jīng)生物學模式，它強調(diào)通過訓練促進腦功能的重塑從而治愈腦損傷[31,32]。其理論假說是大腦皮質(zhì)的神經(jīng)環(huán)路可以通過經(jīng)驗引起化學與解剖學改變得到重塑[33]。這種重塑是一種刺激依賴型（stimulus dependent）的突觸重塑[34]，只有通過針對特定神經(jīng)環(huán)路的靶向訓練，才能最終完成生物學水平的修復(fù)與重塑[35]。

不同于鏡像神經(jīng)元損傷的“破鏡理論”，Hamilton等提出了社會性自上而下反應(yīng)調(diào)控模型(social top-down response modulation，STROM)解釋孤獨癥兒童的社會認知能力障礙，并指出孤獨癥兒童的鏡像神經(jīng)元可能并沒有損傷，單個鏡像神經(jīng)元功能是完整的，而是MNS聯(lián)結(jié)通路受損，從而在上下調(diào)控方面出現(xiàn)了問題[36]。

以上兩點啟示研究者可以利用鏡像神經(jīng)元的可塑性或功能尚存的鏡像神經(jīng)元，修復(fù)孤獨癥患者的語言溝通功能。

5.2 手動作訓練改善語言功能的新展望

鏡像神經(jīng)元的發(fā)現(xiàn)為手動作與語言共享同一個交流系統(tǒng)提供了理論依據(jù)，通過各種手動作訓練（包括觀察、執(zhí)行、模仿訓練）與語言功能訓練相結(jié)合的方式，有望激活正?；驓埩舻挠^察-執(zhí)行匹配系統(tǒng)，從而促進重要語言區(qū)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的重塑，改善孤獨癥患者的語言功能。

已有研究表明，結(jié)合手勢與言語的聯(lián)合訓練可以改善孤獨癥的語言溝通障礙。Ingersoll等[37]嘗試利用交互模仿訓練（reciprocal imitation training，RIT）促通手勢的視覺-運動信息與言語信息的融合，通過物體模仿/手勢模仿結(jié)合語言的干預(yù)訓練（如當孩子在玩小汽車的方向盤時，治療師做手指劃圈假裝駕駛的手勢動作，并且引導(dǎo)說“轉(zhuǎn)啊轉(zhuǎn)”），促進孤獨癥兒童的模仿能力與自發(fā)語言功能。經(jīng)過交互模仿訓練后，所有患者手勢模仿的頻率與準確性都有顯著提升，其中3名兒童的語用能力得到改善，且相比于物體模仿訓練，患者更容易在手勢模仿訓練中成功復(fù)述出相應(yīng)的詞匯[37]。此外，Bastiaansen等[38]人的研究表明，孤獨癥患者的MNS活性會隨著年齡的增長而增強，且與眼球的凝視行為改變和社交能力改善有關(guān)，增加運動模仿可能改善青少年和成年人的社交能力。

因此，借助各類型手動作的觀察、模仿等訓練，包括及物動作、不及物的啞劇動作（如展開手掌在臉上劃圈假裝“洗臉”）、象征性手勢（如豎起大拇指表示“你真棒”）與語言訓練相結(jié)合的聯(lián)合訓練，可激活殘存的或通路中斷的MNS，從而促進孤獨癥語言功能網(wǎng)絡(luò)的重塑，肢體模仿訓練（如仰臥位四肢抬離地面并上下?lián)]動模仿“游泳”）、表情模仿訓練（如咧嘴大笑、嚎啕大哭等）也有可能促進視覺-運動與聽覺信息的融合，為孤獨癥語言溝通障礙的康復(fù)提供新的思路與視角。

[1]Tchaconas A,Adesman A.Autism spectrum disorders:a pediatric overview and update[J].Current Opinion in Pediatrics, 2013,25(1):130-144.

[2]Dover CJ,Le CA.How to diagnose autism[J].Archives of Disease in Childhood,2007,92(6):540-545.

[3]Baroncohen S.Out of sight or out of mind? Another look at deception in autism[J].Journal of Child Psychology &Psychiatry & Allied Disciplines,1992,33(7):1141-1141.

[4]Robinson S,Goddard L,Dritschel B,et al.Executive functions in children with autism spectrum disorders[J].Brain &Cognition,2009,71(3):362-368.

[5]Happé FGE.Central coherence and theory of mind in autism:Reading homographs in context[J]. British Journal of Developmental Psychology,1997,15(1):1-12.

[6]Frith U,Happé F.Autism:beyond “theory of mind”[J].Cognition,1994,50(1–3):115-132.

[7]Iacoboni M,Dapretto M.The mirror neuron system and the consequences of its dysfunction[J].Nature Reviews Neuroscien ce,2006,7(12):942-951.

[8]Cattaneo L,Rizzolatti G.The mirror neuron system[J]. Arch Neurol,2009,66(5):557-560.

[9]Creider C.Hand and Min d:What Gestures Reveal about Thought[J].Journal of Linguistic Anthropology,2010,4(1):81-82.

[10]Gallese V,Lakoff G.The Brain's concepts:the role of the Sensory-motor system in conceptual knowledge[J].Cognitive neuropsychology,2005,22(3):455-479.

[11]Krauss RM,Gottesman RF.Lexical Gestures and Lexical Access:A Process Model.In McNeill D.[Ed.].Language and Gesture[M].Gambridge MA:Cambridge University Press,2000.261-283.

[12]Gentilucci M,Dalla VR.Spoken language and arm gestures are controlled by the same motor control system[J].Quarterly journal of experimental psychology,2008,61(6):944-957.

[13]Rizzolatti G,Camarda R,Fogassi L,et al.Functional organization of inferior area 6 in the macaque monkey.II.Area F5 and the control of distal movements[J].Experimental brain research,1988,71(3):491-507.

[14]Fischer MH,Prinz J,Lotz K.Grasp cueing shows obligatory attention to action goals[J].Quarterly journal of experimental psychology,2008,61(6):860-868.

[15]Giacomo,Arbib,Michael A.Language within our grasp[J].Trends in Neurosciences,1998,21(5):188-194.

[16]Gentilucci M,Corballis MC.From manual gesture to speech:a gradual transition[J].Neuroscience & Biobehavioral Reviews,2006,30(7):949-960.

[17]陳巍,郭本禹,單春雷.從言語的知覺運動理論到具身語義學:來自鏡像神經(jīng)元系統(tǒng)的證據(jù)[J].山東師范大學學報(人文社會科學版),2012,57(5):144-150.

[18]Nouchine H,Robert MJ,Josh S.Anatomical differences in the mirror neuron system and social cognition network in autism[J].Cerebral Cortex September,2006,16(9):1276-1282.

[19]Gentilucci M.Grasp observation influences speech production[J].The European journal of neuroscien ce,2003,17(1):179-184.

[20]Gentilucci M,Stefanini S,Roy AC,et al.Action observation and speech production:study on children and adults[J].Neuro psychologia,2004,42(11):1554-1567.

[21]Gentilucci M,Santunione P,Roy AC,et al.Execution and observation of bringing a fruit to the mouth affect syllable pronunciation[J].European Journal of Neuroscience,2015,19(1):190-202.

[22]李忠勵,葉浩生.自閉癥譜系障礙的病因分析:來自鏡像神經(jīng)系統(tǒng)的啟示[J].中國特殊教育,2014,(8):60-66.

[23]Williams JH,Whiten A,Suddendorf T,et al.Imitation,mirror neurons and autism[J].Neurosci Biobehav Rev,2001,25(4):287-295.

[24]Zachor DA,Ilanit T,Itzchak EB.Autism severity and motor abilities correlates of imitation situations in children with autism spectrum disorders[J].Research in Autism Spectrum Disorders,2010,4(3):438-443.

[25]Avikainen S,Wohlschlager A,Liuhanen S,et al.Impaired Mirror-Image Imitation in Asperger and High-Functioning Autistic Subjects[J].Current Biology,2003,13(4):339-341.

[26]Cossu G,Boria S,Copioli C,et al.Motor representation of actions in children with autism[J].Plos One,2012,7(9):e44779.

[27]Ellawadi AB,Weismer SE.Assessing Gestures in Young Children with Autism Spectrum Disorders[J].Journal of Speech Language & Hearing Research Jslhr,2013,57(2):524-531.

[28]Sowden H,Clegg J,Perkins M.The development of cospeech gesture in the communication of children with autism spectrum disorders[J].Clinical Linguistics and Phonetics,2013,27(12):922-939.

[29]徐慧艷,陳巍,單春雷.自閉癥兒童手勢的心理學研究進展[J].中國臨床心理學雜志, 2014, 22(5):821-825.

[30]Cattaneo L,Fabbri-Des.t.ro M,Boria S,et al.Impairment of actions chains in autism and its possible role in intention understanding[J].Proceedings of the National Academy of Sciences of USA,2007,104(45):17825-17830.

[31]Small SL,Buccino G,Solodkin A.Brain repair after stroke--a novel neurological model[J].Nature reviews Neurology,2013,9(12):698-707.

[32]Buccino G,Solodkin A,Small SL.Functions of the mirror neuron system:implications for neurorehabilitation[J].Cognitive and behavioral neurology:official journal of the Society for Behavioral and Cognitive Neurology,2006,19(1):55-63.

[33]Johansson BB.Brain plasticity and stroke rehabilitation.The Willis lecture[J].Stroke;a journal of cerebral circulation,2000,31(1):223-230.

[34]Hunt DL,Castillo PE.Synaptic plasticity of NMDA receptors:mechanisms and functional implications[J].Current opinion in neurobiology,2012,22(3):496-508.

[35]Johnston MV.Plasticity in the developing brain: implications for rehabilitation[J].Developmental disabilities research reviews,2009,15(2):94-101.

[36]Hamilton AF.Emulation and mimicry for social interaction:a theoretical approach to imitation in autism[J].Quarterly Journal of Experimental Psychology,2016,65(1):38-47.

[37]Ingersoll B,Lalonde K.The impact of object and gesture imitation training on language use in children with autism spectrum disorder[J].Journal of Speech Language & Hearing Research Jslhr,2010,53(4):1040-1051.

[38]Bastiaansen JA,Thioux M,Nanetti L,et al.Age-Related Increase in Inferior Frontal Gyrus Activity and Social Functioning in Autism Spectrum Disorder[J].Biol Psychiatry,2011,69(9):832-838.