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自闭症:尘封的心灵

时间:2012-04-17 10:40来源:环球科学 作者:维莱阿努尔·S·拉马 点击:

他们的心灵与世隔绝,对人冷淡、对事漠不关心,他们只生活在自己的世界里。他们是一个特殊的群体:自闭症患者。很多人认为,自闭症是性格和心理因素造成的,但科学家确有不同的看法:自闭症源于镜像神经元受损。

乍眼一看,你可能感觉不到患有自闭症的儿童和正常儿童有什么区别。但只要和自闭症儿童聊几句,你就会发现他们真的有问题:眼神躲闪,害怕与人对视,有时还会来回摇晃,甚至用头撞墙。这些还不算严重,更令人头疼的是,他们说话经常颠三倒四、不知所云。尽管他们有时也会感到恐惧、愤怒和高兴,但对别人常显得漠不关心。在平常的社会交往中,对某些细微的暗示,大多数孩子理解起来毫不费力,可自闭症儿童就是视而不见。

20世纪40年代,美国精神学家利奥·坎纳(Leo Kanner)与奥地利儿科医生汉斯·阿斯珀格(Hans Asperger)不约而同地发现了自闭症。直到今天,仍有0.5%的美国儿童生活在这种发育性疾病的阴影中。在研究过程中,两位科学家对彼此的研究一无所知,但是他们似乎心有灵犀,都把这种病症命名为“自闭症”。“自闭症”一词源于希腊文“autos”,意指“自我”。由于患者最明显的特征就是把自己隔离于社会之外,因此他们用“自闭症”来形容患者的确非常贴切。最近,为了充分表现自闭症种类繁多、严重程度不一的特点,医学界选用了一个新的病症名称:泛自闭症障碍症候群(Autistic Spectrum Disorder,ASD)。

从自闭症被发现以来,病因的探寻之旅就一直没有停止过。科学家们发现,易患自闭症的人很可能是遗传所致,不过后天环境因素的影响也不可忽视(参见2000年2月的《科学美国人》,帕特里夏·M·罗迪耶所著《自闭症的起因》一文)。我们的实验室在美国加利福尼亚大学圣迭戈分校,自20世纪90年代末开始,实验室的研究人员就开始探索自闭症与新发现的脑神经细胞――“镜像神经元”之间的关系。当我们想体会他人的情绪和想法、理解他人的立场和感受时,镜像神经元就会发挥作用。因此从逻辑上说,镜像神经元系统功能失常很可能会引发某些自闭症状。过去十年,多项研究为这一假设提供了相关科学依据。随着研究的深入,自闭症的真正病因将逐步浮出水面,准确诊断和彻底治疗自闭症也就为期不远。

症状释疑

虽然自闭症主要的诊断特征是自我封闭、视线飘忽、语言表达能力差和不能换位思考,但其他鲜为人知的特征同样十分明显,比如患者理解能力低下,只能按字面意思理解隐喻;在模仿他人动作时也显得非常吃力。他们常将注意力集中在事物的细枝末节上面,却忽视了周围环境的主要方面,尤其是他们的社会环境。同样令人不解的是,不知为什么,他们会对某些声音极度敏感,就好像触动了大脑中的警铃。

解释自闭症的理论可以分为两类:解剖学理论和心理学理论 (研究人员已经否定了第三种理论:“电冰箱母亲”(refrigerator mother)理论,即把病因归咎于恶劣的成长环境)。美国加利福尼亚州大学圣迭戈分校的埃里克·库尔切斯内(Eric Courchesne)和其他一些解剖学家发现,自闭症儿童的小脑会出现异常,而小脑主要负责协调人体的随意运动。无论哪种解释版本是最终的胜利者,都得考虑到上述观察结果,不过仅以此发现就盖棺定论也未免显得过于草率。一般因中风引起的小脑受伤会导致病人颤抖、步伐摇摆和不正常的眼睛运动,但是这样的症状在自闭症中却极其少见。而且在小脑发生病变的患者中,我们也并没有发现任何典型的自闭症状。因此,我们大胆猜测:自闭症儿童的某些基因发生了变异,小脑病变的现象也许只是基因异常产生的副作用,而这与自闭症无关,基因异常带来的其他影响可能才是真正的幕后真凶。

最令人信服的心理学理论,要算英国伦敦大学学院的尤塔·弗里斯(Uta Frith)和剑桥大学的西蒙·巴伦-科恩(Simon Baron-Cohen)提出的理论。他们认为自闭症最主要的根源在于,患者无法解读他人的心理。弗里斯和巴伦-科恩强调,正是由于专门的脑神经回路的存在,我们才能对别人复杂的内心活动作出臆测,从而准确地对他人的行为作出预判。显然,这两位科学家的路子是走对了,可惜他们的理论无法充分解释纷杂的、相互之间却又看似无关的自闭症状。事实上,以解读心理的能力的丧失来解释自闭症患者的社交障碍,与重述这种症状并无太大区别。自闭症患者的某些大脑功能会消失,这些功能背后的机制是什么?只要弄清这些机制,也许就能破解自闭症成因之谜。找出缺失功能背后的机制,就是研究人员的当务之急。

20世纪90年代,意大利帕尔马大学的贾科莫·里佐拉蒂(Giacomo Rizzolatti)和维托里奥·加莱塞(Vttorio Gallese)以恒河猴为研究对象,研究了猴子在做目标导向行为时的脑神经活动。他们的研究为我们提供了另一条研究线索。几十年前,科学家们就开始意识到,运动前区皮质(大脑额叶的一部分)的神经元参与了随意运动的调控。比如说,当猴子拿花生时,就会激活某个神经元,而当它拉杠杆时,则会激活另一个神经元。这些脑细胞通常被称作运动神经元(需要注意的是,我们监测的神经元并不能单独调控手臂动作,它只是神经回路的一部分,观察组成回路的神经元发出的信号,就可以监测整个神经回路的活动)。

一个意外的发现让里佐拉蒂和他的同事颇为震惊:当猴子看到它的同伴或研究人员作出相同动作时,一类运动神经元居然也处于激活状态!比如,当它看到其他猴子作出拿花生的动作时,调控这个动作的神经元就会被激活。随后的脑成像技术显示,镜像神经元也存在于人类大脑皮层的相应区域。这些观察结果意味着,镜像神经元,或者更准确地说镜像神经系统,不仅能传输运动指令,还能在脑海里像镜子一样反映出别人的动作。借助于这种能力,猴子和人类可以准确地揣测他人的意图。猴子的镜像神经元只能预测简单的目标导向行为,相比之下,人类的镜像神经系统更为高级,它可以帮助人类推敲别人更为复杂的动机。

随后的研究发现,镜像神经元在人类大脑的其他区域也有分布,比如扣带回和岛叶皮质,而且这些神经元也可能参与共情反应(empathy)。对清醒人群的前扣带回皮层的研究显示,当一个人看到他人饱受疼痛的折磨时,这个人自身的痛苦神经元(常因疼痛而被激活)也会被激活。同时,镜像神经元也可能参与行为模仿。在某种程度上,这是一种与生俱来的能力。在猿类中这一能力已基本退化,而在人类中却显得异常突出。美国华盛顿大学的安德鲁·梅尔特佐夫(Andrew Meltzoff)发现,如果你朝一个婴儿吐舌头,那么小家伙也会依瓢画葫芦地吐出舌头来。由于婴儿看不到自己的舌头,所以他不可能靠视觉回馈和误差矫正来学习这种技巧。因此我们确信,在幼儿大脑里有某种类似硬连线的机制,专门负责在运动神经元上映射母亲的视觉表象,无论是吐舌头还是面带微笑。

婴儿呀呀学语时,需要在大脑的不同区域之间对分类信息重新映射。孩子是如何模仿父母说话呢?孩子大脑的颞叶听觉中心先将声音信号收集来,然后经过大脑的处理,在运动皮层将声音信号转变为语言输出信号。虽然仍未知晓镜像神经元是否直接参与其中,但是的确有一些类似过程发生。最后需要指出的是,镜像神经元还能使人们置身己外,亲眼目睹自己的一言一行,这可能就是人们自我认识、自我反省需要的基本能力。

抑制的梳形节律

这一切又和自闭症有什么关系呢?20世纪90年代后期,我们在加利福尼亚大学圣迭戈分校的研究小组发现,自闭症患者缺失的功能,基本上就是镜像神经元的“职责范围”。如果镜像神经系统确实与解读复杂意图有关,那么该系统的神经回路一旦出现故障,自闭症患者就表现出最显著的特征――缺乏社交能力,也就不足为奇。假如镜像神经系统功能失常,其他一些主要症状,比如缺乏感情、沉默寡言、不善模仿等等,也都可以预见。虽然苏格兰圣安德鲁斯大学安德鲁·惠滕(Andrew Whitten)的研究小组也同时提出了相同假设,但是第一手试验证据却由本实验室以及本校的埃里克·L·阿特修勒(Eric L. Altschuler)和杰米·A·皮内达(Jamie A. Pineda)共同提供。

为了在自闭患者脑部找到镜像神经元功能失常的证据,我们需要一种方法用以监测神经元的活动(与里佐拉蒂和他的同事做的猴子试验类似),但是在脑部插入电极是万万不能的,这就要求我们必须另辟蹊径。后来我们发现,可以使用脑电图(EEG)来分析儿童的脑电波。半个世纪以来,科学家们了解到每当人们做随意肌运动时,比如捏紧拳头、松开拳头,脑电图的核心组成部分的梳形节律(Mu 波)都会受到抑制。有趣的是,当人们看到别人做同样的动作时,这种节律也会受阻。因此我们认为检测梳形节律的抑制情况是一个探测镜像神经元活性的好办法,既简单易行,又不会对患者造成损伤。

我们找到了一位高功能自闭症幼童(也就是没有严重的认知障碍),作为初步试验的研究对象(为了排除注意力不集中、未理解指令或反应迟钝方面的影响,我们未选用那些过于年幼的低功能自闭症幼童)。脑电图分析显示,自闭儿童的Mu波清晰可见,当他像正常儿童那样做简单的随意肌运动时,Mu波受到了抑制。但是当他看到别人作出相同的动作时,Mu波却没有受到抑制。这表明他的运动指令系统虽然完好如初,但是镜像神经系统很有可能已遭损坏。在2000年召开的神经科学协会的年会上,我们宣布了此项研究结果,有力地论证了我们提出的假设的科学性。

但是由于试验结果仅来源于单个案例,权威性无法保证,因此我们又开始进行后续试验。这一次我们找来了10名高功能自闭症患者,外加10名年龄、性别相匹配的正常儿童作为试验参照。不出我们的预料,脑电图分析显示,当做手部运动时,正常个体与自闭症患者的Mu波均为抑制状态,而在观看手部运动视频时,只有正常儿童的Mu波处于抑制状态。

其他研究人员采用了不同监测方法,来观察神经元的活动。他们的研究结果也验证了我们的推测。芬兰赫尔辛基科技大学的丽塔·哈里(Riitta Hari)领导的研究小组,采用脑磁扫描法(magnetoencephalography)分析自闭症儿童的脑电流产生的磁场,发现患者的镜像神经元有缺损的现象。最近,加利福尼亚大学洛杉矶分校的米雷拉·达普雷托(Mirella Dapretto)和同事采用功能性磁共振成像技术,又发现了自闭症患者额前皮质的镜像神经元活性有明显降低的现象。加拿大蒙特利尔大学的雨果·特奥雷特(Hugo Theoret)领导的研究小组,采用颅磁刺激技术研究自闭症患者的神经元活动。这种技术可以诱发运动皮质产生感应电流,从而刺激肌肉伸缩。他们研究后发现,颅磁刺激技术能明显诱发参照组的手部运动,而对于自闭症患者,诱发效果要微弱许多。

总的说来,这些研究结果都是自闭患者具有镜像神经系统功能障碍的有力地证明。虽然科学界对镜像神经元发育障碍或功能絮乱的遗传学和环境学成因仍是一头雾水,但是由于我们提出的假说可以预测自闭症患者的独特症状,因此现在已被许多研究组织认可。除了能解释自闭症的主要症状外,镜像神经系统的缺陷还能解释部分鲜为人知的症状。比如,长期以来,研究人员发现自闭儿童经常不能理解谚语和隐喻。当我们告诉一个自闭症患者“get a grip on yourself”(控制自己的情绪)时,他会按字面意思来理解,开始自己挠自己。虽然这种现象只在一群自闭症患者中发现,但他们为什么无法理解隐喻呢?这仍需要我们作出合理解释。

理解隐喻需要较强的理解能力,能从两个看似无关的物体,或两句话之间找出共同点。早在60年前,德国的美籍心理学家沃尔夫冈·科勒(Wolfgang Kohler)就发现了bouba-kiki效应。在他的试验中,工作人员先向参与试验的人展示两种粗描的形状,一种就像锯齿,另一种则较为弯曲。然后问他们:“这两种形状中,哪一个是‘bouba’,哪一个是‘kiki’?”不管参与试验的人说哪种语言,98%的人都会回答曲线柔和的是“bouba”,锯齿状的是“kiki”。这表明人类大脑在某种程度上可以从声音、形状中提取出抽象的东西。就像锯齿状的图形,不仅形状尖突,而且kiki的发音也比较刺耳。我们推测,这种跨领域映射过程与隐喻类似,而且肯定有与镜像神经系统相似的神经回路参与。后来我们发现,自闭症儿童在bouba-kiki测试中,表现很差劲,经常张冠李戴,这与我们的假设不谋而合。

但是,究竟是大脑的哪些部分负责这种功能呢?位于大脑视听、触觉中枢交汇处的角回有可能扮演这个角色。不仅是因为它身处“战略要地”,而且就在这个区域,科学家发现了一些神经元,它们具有与镜像神经元相似的功能。我们研究角回受伤的非自闭患者后发现,许多患者在bouba-kiki测试中都以失败告终,而且就像自闭患者那样,他们也很难理解隐喻,尽管严重程度不一。也许,跨领域映射最初的功能并不是制造隐喻,而是协助灵长类动物作出复杂的动作,比如抓树干(这需要快速吸收视听、触觉信息),只是经过漫长的进化,逐渐演变为现在的功能。的确要感谢造物主对人类的厚爱,赋予了人类镜像神经元这样神奇的东西,从此人类一扫蒙昧,有了质的转变。

能否修复?

自闭症与镜像神经元缺损有关,这一发现为诊断和治愈自闭症带来了曙光,例如,在孩子的婴幼儿时期,医生可以根据Mu波是否被抑制、能否模仿母亲吐舌头来作为诊断的依据。这样就可以尽早实施目前颇有疗效的行为疗法。因为及时的医疗干预十分重要,若是过晚(通常在1-3岁),自闭症的主要症状已经开始显现,那么行为疗法的疗效将大打折扣。

采用生物反馈法来治疗或是减轻自闭症状,也许更让人心动。医生可以在患者面前安置显示屏,直接在上面显示监测到的M u波。如果患者的镜像神经元功能只是暂时处于休眠状态,而不是彻底丧失,那么经过视觉反馈、反复尝试和不断摸索后,就可以让他逐渐学会抑制Mu波,这样就可能恢复镜像神经元的功能。我们的同事皮内达正在研究这种方法,从他得到的初步结果来看,这个方法很可能成功。不过,生物反馈法只是行为疗法的有益补充,并不能完全代替行为疗法。

还有一种新颖的治疗方法是恢复自闭症患者的化学平衡--平衡失调常会导致镜像神经元丧失功能。我们的研究小组一致认为,神经系统中有一种名为“共情因子”的神经递质,专门负责在参与情绪反应的镜像神经元间传递信息。根据这种假设,共情因子的局部缺失就可以解释自闭症患者为什么缺乏共情反应。如果研究人员能够找到刺激共情因子分泌的药物,那么至少可以缓解部分自闭症状。

但是自闭症还有一些症状,比如身体前后摇晃、眼神恍惚以及对某种声音极度敏感、厌恶,无法用镜像神经元假说解释,因此上述疗法只能缓解部分症状。这些次要症状是如何产生的呢?我们与美国埃尔姆赫斯特学院的威廉·赫斯坦(William Hirstein)以及洛杉矶的非盈利性基金会 “Cure Autism Now”成员波西亚·伊文森(Portia Iversen)合作,共同提出了特征景观理论(salience landscape theory)。

置身这繁华的世界,你会随时被声音、图像和气味等感官信息淹没。这些信息经过大脑感官区域处理后,被传递到扁桃体(又称杏仁核)――负责控制情感的边缘系统的港口。利用个人储存信息的输入信号,扁桃体就会作出判断,决定人体应该做出什么样的情绪反应,比如遇见夜贼会恐惧、看见爱人会产生情欲、面对琐碎的小事会变得漫不经心。信息从扁桃体逐级传递给边缘系统的其他部分,最终到达控制体内活动的自律神经系统,引起心跳、消化系统和呼吸等方面的变化。比如你遭遇夜贼,你会心跳加速、身体出汗,以驱散肌肉紧绷产生的热量,然后这种自律醒觉过程会把信息反馈回大脑,放大情绪反应。一段时间之后,凭借扁桃体“苦心”绘制出的特征景观图,对于周围环境中各种事物,哪些会强烈影响情绪,那些没有影响,我们就能一目了然。

自闭症患者的特征景观是不是已经严重变形?这一直是我们关注的课题。这很可能是因为扁桃体与皮质区域(负责处理感觉输入信号),或者是边缘区域与额叶(负责调节反应行为)之间出现信号传导障碍。由于这些障碍,任何琐碎的事件、毫不起眼的事物都有可能导致自闭症患者的情绪极度失控(自律神经爆发)。也许,这就是自闭症患者无法正视对方的眼神、任何异常的感官信号都会引发情绪巨变的原因。自闭症儿童对情感重要性的扭曲理解,也就可以解释为什么他们对火车时刻表类的小东西情有独钟,而对多数小孩子喜欢的东西兴致索然。

我们的特征景观理论是否正确呢?在一次实验中,我们找到了一些有利证据。以37个儿童为试验对象,我们通过测定出汗后皮肤导电性的上升度,来监测他们的自律反应。我们发现与正常儿童相比,自闭症儿童的自律醒觉程度更高。面对细微的事物或琐碎的事件,自闭症儿童会变得激动不安,但是他们对能引起正常儿童注意的刺激因素却显得十分冷淡。

一个小孩的特征景观怎么会如此扭曲呢?研究人员发现,接近三分之一的自闭症儿童在婴儿时期都会出现暂时颞叶癫痫。考虑到许多癫痫的发作不易察觉,这个比例应该更高。由于连续而又随机的神经脉冲反复穿越边缘系统,癫痫的发作就会扰乱视皮质区域与扁桃体的正常联系,有些联系甚至会莫名其妙被加强或削弱。成人颞叶癫痫会出现典型的精神异常症状,但是不会彻底破坏其认知能力。相比而言,婴儿期发生颞叶癫痫就会导致更为深远的影响。与自闭症一样,颞叶癫痫的发生也受到遗传、环境双重因素的影响。比如说某些基因会让小孩很容易遭受病毒攻击,这就是导致癫痫发作的诱发因素。

过去,临床上发现高烧可以暂时缓解自闭症状,我们对自律反应的研究发现也许正好可以解释这一现象。自律神经系统参与人体体温调节,由于高烧和情绪波动可能被同一神经回路调控,因此高烧可以缓解自闭症状也就不奇怪了。

特征景观理论也可以对自闭患者的重复性行为和撞头现象作出解释。这种行为也被称作自我刺激行为,它可以在某种程度上抑制自律神经爆发。我们的研究发现,自我刺激行为不仅可以起到镇静作用,还可以适当降低皮肤传导率,这可能是一种治疗自闭症的方法。赫斯坦设计了一种便携式装置,可用于监测自闭儿童的皮肤传导性能。当它探测到自动醒觉活动时,就会打开另一个被称为挤压背心的装置,这种装置可以通过轻轻地紧贴在身体表面提供适度压力。

镜像神经元功能性障碍和扭曲的特征景观,这两个理论都可以解释自闭症状,而且也并不矛盾。同一事件既可能导致儿童的特征景观失真(干扰了边缘系统和大脑其他区域的正常联系),也可能会损伤镜像神经系统。从另一个角度看,一类基因的变化在引发镜像神经系统“罢工”的同时,也可能产生副作用--干扰边缘系统的信息传递。以上种种猜想还需要进一步验证,自闭症的主要原因还有待我们进一步探索,希望我们的推测能对其未来的研究有所帮助。

小词典

共情反应:一种能够感受被对方感受的能力,也是心理分析的技术和产生心理分析治疗效果的重要基础。

硬连线:基于计算机电路的一种处理功能,为了提高计算机的性能,设计人员使用较高的速度实现某些特殊功能的电路,如使用硬件电路实现乘法器的功能, 这些功能被称为硬连线。

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