鏡像神經(jīng)元:基于聯(lián)想學(xué)習(xí)理論的視角*

申 莎

(西北民族大學(xué)現(xiàn)代教育技術(shù)學(xué)院，甘肅730030)

鏡像神經(jīng)元的發(fā)現(xiàn)深刻地改變了人們對認(rèn)知過程的看法，為深入了解人類心智提供了一種新思路。然而有關(guān)鏡像神經(jīng)元的形成機(jī)制卻充滿爭議，聯(lián)想學(xué)習(xí)理論作為一種解釋鏡像神經(jīng)元來源的新視角，具備其它理論無可比擬的優(yōu)勢，為人們更好地了解及利用鏡像神經(jīng)元指明了新的方向。

1 聯(lián)想學(xué)習(xí)理論

Heyes 于2001 年提出了聯(lián)想學(xué)習(xí)理論，該理論認(rèn)為模仿幾乎全部取決于需要感知和運(yùn)動神經(jīng)元的結(jié)合(Heyes，2001)。大多數(shù)的模仿行為不是天生就有的，而是需要個(gè)體通過大量的觀察和實(shí)踐獲得。2010 年，Heyes 在鏡像神經(jīng)元的背景下重新修改了該理論，他認(rèn)為模仿是兩個(gè)事件臨近性和偶然性的產(chǎn)物，若是兩個(gè)事件在時(shí)間上非常接近同時(shí)有著比較強(qiáng)烈的聯(lián)系個(gè)體就會對它們形成反應(yīng)。該理論認(rèn)為個(gè)體能夠?qū)π袨榈淖兓龀龇磻?yīng)，并且個(gè)體的感知運(yùn)動經(jīng)驗(yàn)?zāi)軌虼龠M(jìn)這些變化的發(fā)生(Heyes，2010)。

聯(lián)想學(xué)習(xí)理論指出鏡像神經(jīng)元通過如下方式獲得:經(jīng)歷學(xué)習(xí)之前，大腦顳上溝回中的對所觀察到的行為進(jìn)行視覺表征的感覺神經(jīng)元同大腦前運(yùn)動區(qū)、頂葉中的運(yùn)動神經(jīng)元之間不存在或者僅存在微弱的聯(lián)系，當(dāng)感覺神經(jīng)元和運(yùn)動神經(jīng)元被同一行為同時(shí)激活從而產(chǎn)生放電行為的時(shí)候就導(dǎo)致了鏡像神經(jīng)元的產(chǎn)生(連續(xù)性和偶然性的統(tǒng)一)。比如:當(dāng)母親模仿孩子的面部表情時(shí)，可能會導(dǎo)致有關(guān)嘴部運(yùn)動和相關(guān)視覺神經(jīng)元的共同激活，兩種神經(jīng)元的共同激活增加了兩者之間的聯(lián)系。所以，在個(gè)體經(jīng)歷學(xué)習(xí)后，個(gè)體神經(jīng)元不僅僅在執(zhí)行動作的時(shí)候會產(chǎn)生放電，在觀察其他個(gè)體執(zhí)行類似動作的時(shí)候也產(chǎn)生放電。(這個(gè)時(shí)候，相關(guān)的感知和運(yùn)動神經(jīng)元的激活編碼了相同行為屬性)。

2 鏡像神經(jīng)元的發(fā)現(xiàn)

二十世紀(jì)末，認(rèn)知學(xué)科領(lǐng)域發(fā)生了兩個(gè)重大事件:一個(gè)是認(rèn)知經(jīng)典范式的改變(具身認(rèn)知的出現(xiàn))吸引了眾多領(lǐng)域?qū)W者的注意(葉浩生，2013);一個(gè)是鏡像神經(jīng)元的發(fā)現(xiàn)，鏡像神經(jīng)元的發(fā)現(xiàn)深刻地改變了人們的認(rèn)知，正如學(xué)者Keysers 說的那樣:“恒河猴中鏡像神經(jīng)元的發(fā)現(xiàn)，這是一個(gè)非常重要的突破，有助于理解整個(gè)人類大腦的進(jìn)化以及社會能力增強(qiáng)的原因。”(Keysers，2002)。而鏡像神經(jīng)元對心理學(xué)的貢獻(xiàn)如同DNA 對生物學(xué)的重要性，它將提供統(tǒng)一的框架來理解人類的心智，可能幫助人們理解迄今為止無法解釋和無法進(jìn)行試驗(yàn)的人類心智活動(Ramachandran，2000)。

鏡像神經(jīng)元是指那些當(dāng)自身執(zhí)行一定動作或者觀察他人類似動作時(shí)被激活從而產(chǎn)生放電的神經(jīng)元。鏡像神經(jīng)元的發(fā)現(xiàn)多少帶有偶然性。當(dāng)意大利學(xué)者通過記錄恒河猴單個(gè)神經(jīng)元的激活情況來研究猴腦中和嘴巴、手部動作相關(guān)的大腦運(yùn)動皮層時(shí)，研究者偶然一次在實(shí)驗(yàn)室中拾起地面上物品的時(shí)候，記錄猴腦神經(jīng)元放電的數(shù)據(jù)發(fā)生了變化，即當(dāng)猴子看到研究者拾起物品的行為并沒有自己執(zhí)行相同行為的時(shí)候，神經(jīng)元也產(chǎn)生了放電(同自己執(zhí)行相同動作一樣)。研究者大為興奮，并在排除了可能存在的干擾因素后得出了結(jié)論:恒河猴在看到研究者執(zhí)行動作后發(fā)生的神經(jīng)元放電是其大腦對相關(guān)動作的視覺表征，當(dāng)恒河猴自己執(zhí)行或者觀察其他個(gè)體的相同行為時(shí)神經(jīng)元均發(fā)生放電。研究者對這種神經(jīng)元進(jìn)行了命名——鏡像神經(jīng)元。一些研究者推測相似的神經(jīng)元也存在于靈長類動物和人類大腦中。

2.1 行為類型

只有手部運(yùn)動存在鏡像神經(jīng)元嗎?為研究嘴部運(yùn)動是否同樣具有鏡像運(yùn)動元的存在，F(xiàn)errari 等人進(jìn)行了這樣的實(shí)驗(yàn):將猴子安置在特制的凳子上，訓(xùn)練猴子觀察研究者做出各種各樣的類似于從容器中拿取食物、控制食物、送到猴子或者自己嘴巴里的行為，從而記錄猴子運(yùn)動和視覺神經(jīng)元的變化。整個(gè)實(shí)驗(yàn)情境分為以下幾種:呈獻(xiàn)不需要撥開的食物(不同大小的蘋果切塊，花生和葡萄干)送到猴子嘴邊被猴子吃掉;呈現(xiàn)給猴子需要用牙齒撥開再吃的食物(葵花籽);呈現(xiàn)裝在注射器中的果汁或者水給猴子;呈現(xiàn)給猴子需要伸出舌頭吸食從注射器中流出的果汁;給猴子一些食物使得他們只被允許用門牙咬住食物而不可以食用。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在猴子自己用嘴巴進(jìn)食或者觀察他人與嘴部進(jìn)食有關(guān)的動作時(shí)神經(jīng)元產(chǎn)生了放電，即證明了嘴部運(yùn)動鏡像神經(jīng)元的存在(Ferrari et al.，2003)。而Kohler 等人通過呈現(xiàn)給猴子伴隨著聲音撕紙的動作以及呈現(xiàn)聲音而未呈現(xiàn)撕紙動作來記錄猴子神經(jīng)元的變化情況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在兩種情境下猴子神經(jīng)元均產(chǎn)生了放電，即伴隨著動作的聲音也能夠引起鏡像神經(jīng)元的激活(Kohler，2002)。

對于這樣的結(jié)果，聯(lián)想理論認(rèn)為，和手部鏡像神經(jīng)元一樣，嘴部鏡像神經(jīng)元通過對觀察和執(zhí)行類似動作的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行匹配而獲得。當(dāng)猴子在以往練習(xí)中重復(fù)來執(zhí)行視覺、執(zhí)行聽覺引導(dǎo)的動作時(shí)，原本大腦中對特定視覺和聽覺單獨(dú)反應(yīng)的視覺、聽覺表征就和這個(gè)動作的感知表征緊密聯(lián)系起來，從而形成了該動作的精神神經(jīng)元。同時(shí)，對于嘴部鏡像神經(jīng)元來說，猴子這種經(jīng)驗(yàn)的獲得不僅僅來源于自身嘴巴動作的執(zhí)行，也通過其它物種或者人類表現(xiàn)的類似撅嘴、吐舌頭等動作(Paukner et al.，2009;Voelkl ＆Huber，2007)以及伴隨著嘴部運(yùn)動出現(xiàn)的類似吧唧嘴的聲音間接獲得。

2.2 情境效應(yīng)

Umilta 等人進(jìn)行了這樣的實(shí)驗(yàn):通過設(shè)置四種不同的實(shí)驗(yàn)情境記錄2 只猴子F5 區(qū)中220 個(gè)神經(jīng)元的放電情況。情境一中給猴子呈現(xiàn)實(shí)驗(yàn)者用手獲取物品的過程;情境二中給猴子呈現(xiàn)實(shí)驗(yàn)者手的動作，并用一個(gè)遮擋板遮擋住實(shí)驗(yàn)者手和物品之間的接觸過程;情境三中給猴子呈現(xiàn)實(shí)驗(yàn)者伸手拿取東西的過程，但是這個(gè)東西是不存在的;情境四中給猴子呈現(xiàn)有遮板遮擋住不存在物品的拿取過程。實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，不管猴子是否看到遮擋板后面的物品，在猴子觀察到實(shí)驗(yàn)者用手拿取物品的過程時(shí)都產(chǎn)生放電。即盡管猴子沒有親眼看到遮板后是否有物品存在，實(shí)驗(yàn)情境提供的信息成為幫助猴子精確理解行為意圖的線索(Umilta et al.，2001)。Fogassi 等人也設(shè)計(jì)了兩種實(shí)驗(yàn)情境通過記錄兩種情境下猴子神經(jīng)元的變化來證明情境效應(yīng)的存在:訓(xùn)練猴子抓握一個(gè)物品后吃掉以及猴子抓一個(gè)物品后放到指定位置并記錄它們神經(jīng)元的變化情況。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在猴子抓握一個(gè)物品后吃掉它的情境下神經(jīng)元產(chǎn)生放電，也就是說情境中的線索對猴子行為意圖的理解產(chǎn)了影響(Fogassi et al.，2005)。聯(lián)想理論認(rèn)為這些可能是由于刺激概化導(dǎo)致的(Pearce，1987)，即現(xiàn)有刺激(實(shí)驗(yàn)者觀察到的行為順序)和學(xué)習(xí)到的刺激(實(shí)驗(yàn)之前觀察到的行為順序，通過聯(lián)想學(xué)習(xí)獲取的神經(jīng)元的屬性匹配)之間物理相似性導(dǎo)致的。也就是說，當(dāng)實(shí)驗(yàn)中的行為順序和個(gè)體以前經(jīng)歷過的行為順序一致時(shí)，個(gè)體的視覺表征被激活，繼而相關(guān)神經(jīng)元產(chǎn)生放電。比如:當(dāng)一位媽媽總是從家里最高的柜子里取糖果給孩子，一天當(dāng)媽媽在這個(gè)柜子里想要取出自己衣服的時(shí)候，孩子就跑過來等著糖果。在這里，因?yàn)楝F(xiàn)有的刺激(媽媽在柜子拿東西)和以前的刺激(媽媽在柜子拿糖果給自己)存在相似性，孩子對這類刺激進(jìn)行了概化，就認(rèn)為媽媽是要給自己拿糖果，這就是聯(lián)想學(xué)習(xí)的結(jié)果。

3 鏡像神經(jīng)元發(fā)展

聯(lián)想學(xué)習(xí)理論認(rèn)為鏡像神經(jīng)元的發(fā)展是基于后天經(jīng)驗(yàn)的，那么證明鏡像神經(jīng)元先天還是后天的實(shí)驗(yàn)將提供給聯(lián)想學(xué)習(xí)理論直接的證據(jù)。由于新生兒進(jìn)行感知運(yùn)動學(xué)習(xí)的概率很小，所以對于新生猴子和新生兒鏡像神經(jīng)系統(tǒng)激活的研究可以給聯(lián)想學(xué)習(xí)理論提供相應(yīng)證據(jù)。但是研究指出新生兒模仿能力僅僅限于吐舌頭等少量動作，而且新生兒的模仿行為僅是一種一般性喚醒行為，且它們的模仿重復(fù)性比較差。所以，迄今為止，仍沒有強(qiáng)有力的證據(jù)證明鏡像神經(jīng)元的先天性。而如果鏡像神經(jīng)元是后天的，研究者可以通過比較不同領(lǐng)域的專家和新手鏡像神經(jīng)系統(tǒng)的差異證明聯(lián)想學(xué)習(xí)理論，即得出鏡像神經(jīng)系統(tǒng)受到經(jīng)驗(yàn)的調(diào)節(jié)和制約。1998 年，Rizzolatti 等人以猴子為研究對象記錄猴子在觀察他人或者自己使用工具抓取東西時(shí)的放電反應(yīng)，這些猴子均沒有工具使用經(jīng)驗(yàn)(沒有相關(guān)感知運(yùn)動經(jīng)驗(yàn))，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)猴子自己使用工具或者觀察他人使用工具來抓取東西的時(shí)候神經(jīng)元沒有產(chǎn)生放電(Rizzolatti，1998)。而Ferrari 等人通過對那些有較多機(jī)會觀察人類使用細(xì)棍或者鉗子作為工具抓取東西的猴子進(jìn)行研究，研究結(jié)果顯示，當(dāng)猴子觀察其他個(gè)體使用細(xì)棍或者鉗子以及當(dāng)猴子用自己的手來抓取東西時(shí)神經(jīng)元都產(chǎn)生放電(Ferrari，2005)。D’Ausilio 等人對比了新手和專家舞者在舞蹈的時(shí)候神經(jīng)元的變化情況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)相比起新手來說，舞蹈專家在自身舞蹈或者觀察他人舞蹈的時(shí)候神經(jīng)元激活數(shù)量更多，即因?yàn)閷＜以谝郧暗奈璧钢蝎@取了大量舞蹈的感知運(yùn)動經(jīng)驗(yàn)，這種經(jīng)驗(yàn)的獲得使得專家在面對舞蹈時(shí)相對應(yīng)的神經(jīng)元更容易激活，這些研究結(jié)果支持了聯(lián)想學(xué)習(xí)理論(D’Ausilio，2006)。聯(lián)想學(xué)習(xí)理論認(rèn)為重復(fù)的觀察(感知經(jīng)驗(yàn))以及執(zhí)行(運(yùn)動經(jīng)驗(yàn))一個(gè)動作可能會促進(jìn)鏡像神經(jīng)元的發(fā)展。聯(lián)想學(xué)習(xí)理論還認(rèn)為存在一種叫做感知運(yùn)動經(jīng)驗(yàn)的存在，觀察和執(zhí)行類似行為的經(jīng)驗(yàn)一次次塑造著神經(jīng)元的形成。正如上面研究指出的那樣，相比起新手來說專家有著更多的相關(guān)動作的感知運(yùn)動經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)也有更多的感知和運(yùn)動經(jīng)驗(yàn)。更為重要的是，研究者還發(fā)現(xiàn)人類的感知運(yùn)動經(jīng)驗(yàn)不是一成不變的，而是可以得到增強(qiáng)、廢除(Heyes，2005)，甚至朝著相反方向變化的(Catmur et al.，2007)。如果鏡像神經(jīng)元的發(fā)展取決于感知運(yùn)動學(xué)習(xí)，那么通過感知運(yùn)動訓(xùn)練可以改變鏡像神經(jīng)系統(tǒng)的功能。為檢驗(yàn)這個(gè)假設(shè)，Catmur 等人進(jìn)行了這樣的實(shí)驗(yàn):選擇實(shí)驗(yàn)組和控制組兩組被試，對這兩組被試的鏡像神經(jīng)系統(tǒng)的功能分別進(jìn)行了前測和后測。實(shí)驗(yàn)組的被試接受不兼容的感知運(yùn)動訓(xùn)練(即在自己執(zhí)行食指運(yùn)動的時(shí)候觀察別人小拇指運(yùn)動的演示，或者在自己執(zhí)行小拇指運(yùn)動的時(shí)候觀察別人食指運(yùn)動的演示)，而控制組的被試接受兼容的感知運(yùn)動訓(xùn)練(即自己執(zhí)行食指運(yùn)動的時(shí)候觀察別人食指運(yùn)動的演示，或者自己執(zhí)行小拇指運(yùn)動的時(shí)候觀察別人小拇指運(yùn)動的演示)。實(shí)驗(yàn)的前測和后測均在被試接受感知運(yùn)動訓(xùn)練前或后的24 小時(shí)，整個(gè)實(shí)驗(yàn)通過TMS(經(jīng)顱磁刺激技術(shù))進(jìn)行記錄。前測結(jié)果顯示，個(gè)體在執(zhí)行和觀察相同動作時(shí)候的誘發(fā)電位比執(zhí)行和觀察不同的動作更強(qiáng);后測結(jié)果中，對于實(shí)驗(yàn)組的被試來說，不兼容訓(xùn)練導(dǎo)致了反轉(zhuǎn)行為中MEP(運(yùn)動誘發(fā)電位)增強(qiáng)，而控制組的被試接受了兼容訓(xùn)練后MEP 沒有得到增強(qiáng)。研究結(jié)果說明個(gè)體的感知運(yùn)動經(jīng)驗(yàn)(神經(jīng)元)是可以得到改變甚至反轉(zhuǎn)的，該研究結(jié)果還指出相對短暫的不兼容感知運(yùn)動訓(xùn)練足以改變個(gè)體的鏡像神經(jīng)元的反應(yīng)，結(jié)果支持了聯(lián)想學(xué)習(xí)理論。

4 結(jié)論及展望

鏡像神經(jīng)元的發(fā)現(xiàn)以及迄今為止的相關(guān)研究為人們更加深入了解人類心智提供了一種新的思路。有關(guān)它的形成和作用機(jī)制始終充滿了爭議，而聯(lián)想學(xué)習(xí)理論作為一種解釋神經(jīng)元來源的理論具有如下優(yōu)點(diǎn):對人類和猴子之間的鏡像神經(jīng)元的差異提供了簡單明了、可以實(shí)證檢驗(yàn)的解釋;與現(xiàn)有的關(guān)于社會認(rèn)知功能的鏡像神經(jīng)元機(jī)制研究結(jié)果一致;提出的人類的感知運(yùn)動學(xué)習(xí)能夠重新配置鏡像神經(jīng)元系統(tǒng)的假設(shè)得到驗(yàn)證。

聯(lián)想假設(shè)認(rèn)為鏡像神經(jīng)元不僅僅在人類中存在，還可能在其他非人類物種中存在。如果是這樣，一系列動物都有進(jìn)行聯(lián)想學(xué)習(xí)的能力，所以通過自我觀察與執(zhí)行觀察同步的行為獲得的適量的感知運(yùn)動經(jīng)驗(yàn)會導(dǎo)致鏡像神經(jīng)元的產(chǎn)生。另外，聯(lián)想學(xué)習(xí)理論提供了這樣的可能:通過實(shí)驗(yàn)室的感知運(yùn)動訓(xùn)練，可以使得那些以前沒有相關(guān)對應(yīng)鏡像神經(jīng)元的個(gè)體發(fā)展出相應(yīng)的鏡像神經(jīng)元。這對于孤獨(dú)癥患者的康復(fù)帶來了希望，聯(lián)想學(xué)習(xí)理論認(rèn)為孤獨(dú)癥是由于模仿能力的缺失，而通過訓(xùn)練獲取的諸如共情、動作理解等感知運(yùn)動經(jīng)驗(yàn)則有助于孤獨(dú)癥患者相關(guān)神經(jīng)元的產(chǎn)生，從而促進(jìn)孤獨(dú)癥患者模仿能力的恢復(fù)。

自鏡像神經(jīng)元被發(fā)現(xiàn)開始，學(xué)者始終將焦點(diǎn)放在它們對社會認(rèn)知的作用上，但是相關(guān)實(shí)證研究較少。基于人類和猴子鏡像神經(jīng)元的差異，一些研究者開始質(zhì)疑人類鏡像神經(jīng)系統(tǒng)的存在，這些質(zhì)疑主要表現(xiàn)在:由于倫理的原因，對人類鏡像神經(jīng)元的研究不能使用單細(xì)胞電極置入方法(葉浩生，2012);fMRI 的分辨率較低，對于人類在執(zhí)行和觀察類似動作時(shí)神經(jīng)元的變化情況不像對猴子利用單細(xì)胞電極記錄那樣清楚(Dinstein et al.，2007);對于人類來說，鏡像的激活區(qū)域不僅僅集中在猴子鏡像元激活的區(qū)域，在這些區(qū)域之外也存在(Aziz - Zadeh et al.，2006);猴子鏡像神經(jīng)元大多只對行為-目標(biāo)做出反應(yīng)，而人類鏡像激活不僅僅對行為-目標(biāo)做出反應(yīng)，對相應(yīng)的身體姿勢的變化也做出反應(yīng)(Hickok，2009)。這些質(zhì)疑導(dǎo)致對鏡像神經(jīng)元研究的分裂，聯(lián)想學(xué)習(xí)理論通過將所有積極的證據(jù)和批判結(jié)合對這種分裂進(jìn)行了整合，解釋了為何在人類和猴子之間存在神經(jīng)元激活的差異以及神經(jīng)元激活區(qū)域的差異。

聯(lián)想學(xué)習(xí)理論不僅僅說明了鏡像神經(jīng)元的來源，也解釋了人類社會化的原因。從聯(lián)想學(xué)習(xí)理論的觀點(diǎn)出發(fā)，人類社會化和鏡像神經(jīng)元的出現(xiàn)并非是進(jìn)化的結(jié)果，而是由個(gè)體通過和他人交互獲取的經(jīng)驗(yàn)所塑造。所以，神經(jīng)元是社會交互的過程和產(chǎn)物。關(guān)于猴子和人類鏡像神經(jīng)元的研究支持了聯(lián)想學(xué)習(xí)理論，但是對于人類來說，鏡像神經(jīng)系統(tǒng)是否真正存在仍然需要被證實(shí)。因?yàn)橄到y(tǒng)經(jīng)常代表的是為實(shí)現(xiàn)一定目的被組織在一起的相互作用的個(gè)體，按照聯(lián)想學(xué)習(xí)理論的說法，鏡像神經(jīng)元各自有不同的功能但是沒有共同的目的，而且它們之間的效能是自我整合的結(jié)果。所以，未來對人類鏡像神經(jīng)系統(tǒng)的研究應(yīng)該進(jìn)一步考察這個(gè)神經(jīng)元系統(tǒng)是否真的存在以及它們是怎樣被有效組織起來的。

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