Cell 推翻镜像神经元经典理论 | 大脑理解他人动作，不是“自动复刻”而是“选择性翻译”

20 世纪 90 年代初，研究非人灵长类动物的科研人员发现了一类特殊脑细胞，命名为镜像神经元（mirror neuron）。这类神经元会在动物自己做出某个动作时放电，在看到其他同类完成相同动作时同样激活。镜像神经元的发现催生广为流传的假说：人类理解其他人行为，依靠大脑内部直接复刻、模拟别人的动作。

但这套理论一直存在一个难以解释的矛盾：倘若理解动作必须依托自身运动系统的模拟，人类从来没有体验过飞翔，又为什么能够看懂影视作品中超人飞行这类从未亲身实践过的行为？

来自加州理工学院 Richard A. Andersen 实验室的最新 Cell 研究，借助四肢瘫痪受试者的颅内单神经元记录技术，为人类大脑动作编码机制带来全新证据。研究证实，大脑的镜像类神经响应并不是一成不变的固有机制，而是高度依赖任务情境，远比传统镜像神经元理论描述的更加复杂。类似镜像的神经表征主要出现在负责加工行为意图的高级顶叶脑区，不会无条件自动激活，会根据当下任务需求被大脑选择性抑制或者开启，该发现也为脑机接口（BMI）的迭代优化提供关键生理学依据。

本研究由博士后 Vasiliki Bougou 主导，通讯作者 Richard A. Andersen 是 James G. Boswell 神经科学讲席教授，同时担任加州理工学院天桥与陈士骏脑机接口中心主任。Andersen 课题组长期和四肢瘫痪受试者开展脑机接口相关研究，这类设备可以把大脑内部的运动意图解码输出，驱动机械臂等外部设备完成动作。实验借助犹他电极阵列，同时记录两个关键脑区的神经信号：运动皮层（motor cortex, MC）与顶上小叶（superior parietal lobule, SPL，属于后顶叶皮层 PPC）。运动皮层偏向运动输出，主要向肌肉传递运动执行信号；顶上小叶属于高级认知脑区，负责处理动作意图，同时完成视觉信息向运动计划的转换。

本次实验招募两名四肢瘫痪受试者，颅内电极阵列植入在他们的运动皮层与顶上小叶，同时采集单神经元放电（SUA）、多单元活动（MUA）与局部场电位（LFPs），记录大脑在不同任务条件下的神经活动。

正如第一作者 Bougou 提到，早在上世纪 50 年代就有心理学家提出假说，大脑会不间断模拟视野内一切物体潜在行为，以此作为理解外界的模板，但持续不间断的模拟会大量消耗神经算力，从生物学角度来看效率极低，而本研究正是想要厘清人在观察外界动作时，大脑真实的运行逻辑。

实验设置多组对照任务，受试者观看虚拟手完成三类手部动作：滑动、抬起、旋转物体。一部分试次中受试者只被动观看视频动作；另一部分试次，受试者需要在脑中产生执行对应动作的意图。按照镜像神经元最初的定义，神经元无论面对自我意图动作，还是观察到的他人动作，都应当输出几乎一致的神经响应模式。但真实记录结果和该设想并不完全吻合。

顶上小叶的神经元确实表现出跨条件的共享神经编码：不管受试者是被动观看动作，还是在脑中意图完成相同动作，神经元群体的活动模式高度相似，展现出镜像样的编码特性。反观运动皮层，神经元主要对自我产生的动作意图产生强烈响应，被动观察动作时，单神经元层面几乎看不到镜像式放电，只在群体层面留存微弱、潜在的观察相关神经结构。

研究进一步设计解离任务，把主观意图的动作和屏幕看到的动作彻底分离开，以此验证神经编码是否受行为相关性调控。在一部分试次，受试者需要在脑中执行指定动作，同时屏幕播放一套完全不一样的手部动作，并且不需要关注屏幕画面。此时即便视觉刺激完全呈现在眼前，顶上小叶也不会对屏幕里无关的观察动作进行编码。可当任务规则发生改变，要求受试者做完意向动作之后，还要报告刚刚视频里看到的动作特征，让屏幕中的视觉信息具备行为意义，同样的视觉输入下，顶上小叶神经元就会同时并行编码两套信息：受试者自身想要执行的动作，以及屏幕观察到的外来动作。而运动皮层始终只忠实编码受试者自身的行为意图，不会对外部观察到的动作产生响应，不受任务要求改变的影响。

这组对照实验充分证明，镜像类的神经表征不是大脑自动触发的固有反应。“对动作的观察并不会硬连接到运动皮层的动作执行通路”，Bougou 指出，“大脑确实可以构建出他人动作的内部心理模型，和自身运动计划产生对应，但这个过程不会无条件自动开启，这也是人类脑内意图表征和观察表征一次清晰的神经层面分离。”

这项成果对脑机接口研发拥有很高的现实参考价值。举例来说，如果未来脑机接口实现用意念操控交通工具，使用者视野中出现别的动作画面，这类视觉信息不应该干扰使用者本身的操控意图。

实验结果解释了背后的神经机制：运动皮层牢牢锁定内在意图，而顶上小叶会根据任务重要性筛选视觉信息。同时结果也提示，像顶上小叶这类高级后顶叶脑区，具备灵活动态重构神经表征的能力，是脑机接口植入的优质候选靶点。

Andersen 课题组后续会继续探究顶上小叶构建内部心理模型的完整机制。“我们猜想，这片脑区不只是为一个个独立动作建立表征，还会构建整个物理世界的内在模型。”Andersen 解释，“比如接球游戏，我们看懂对手的动作、追踪球的轨迹、规划自己的回击，理解他人、理解自我、理解外部环境，这几套内部模型很可能就在这一片脑区共存，并且共享部分神经编码。”

值得注意的是，研究也存在固有限制：实验样本为两名脊髓损伤四肢瘫痪受试者，受试者只能产生动作意向，无法完成躯体实际运动，电极阵列采样范围也只覆盖局部脑区，相关结论还需要更多被试、更大范围的脑采样工作进一步验证。

综合全部结果，人类理解他人动作的神经机制，并不依靠传统镜像神经元理论所描述的自动运动复刻；而是一套分层、受任务调控的层级编码框架：运动皮层稳定编码个体自身的行为意图，顶上小叶作为灵活的中枢，只有在观察到的信息具备行为意义时，才会把外界看到的动作整合进大脑内部的认知模型当中。

参考文献：

Vasiliki Bougou et al, Hierarchical and context-dependent encoding of actions in human posterior parietal and motor cortex, Cell (2026). DOI: 10.1016/j.cell.2026.07.032.

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