数十年来，神经科学家一直在研究运动观察现象：运动皮层中的神经元不仅在个体执行抓握等动作时放电，在仅仅观察他人执行相同动作时也会激活。这一现象通常被归因于专门的“镜像神经元”，被认为是运动学习、模仿和社会认知的核心机制。然而，这些观察回路如何解码外部动作，其精确机制一直存在争议。

如今，来自布朗大学、麻省总医院百瀚神经技术与神经康复中心以及VA神经修复与神经技术中心的研究团队在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上发表研究，证明人类运动皮层的观察性活动持续受到观察对象拟人程度的调节。

“这项工作的主要动机是研究视觉反馈如何影响人们使用脑机接口控制外部设备（如电脑光标或辅助机器人）的能力，”论文第一作者、在布朗大学攻读研究生期间完成该研究的Jacob Gusman表示，“我们也获得了一些关于镜像神经元这一基本神经科学问题的根本性见解。”

皮层内记录揭示梯度式网络反应

该研究作为正在进行的BrainGate临床试验的一部分开展，该试验旨在开发皮层内脑机接口，帮助因神经损伤或疾病而瘫痪的个体恢复交流与运动能力。

研究人员与两名四肢瘫痪参与者合作，其运动皮层手部区域已手术植入微电极阵列。这些阵列使团队能够实时记录单神经元和群体水平的活动，同时参与者观看执行捏握和力量抓握的动画效应器。

视觉对象在拟人化程度上呈现梯度变化：

• 照片级真实的人手
• 拟人化机械手
• 三爪机械夹
• 抽象几何立方体

微电极数据显示，观察性活动随物理真实度呈梯度变化。自然人手引发最强的神经放电，随着效应器变得更加机械和抽象，活动以梯度方式逐渐减弱。这种梯度调制既发生在群体水平——更多神经元被募集，也发生在单细胞水平——个体放电率随真实刺激而加速。

“这表明观察性活动并非由专门的‘镜像神经元’细胞驱动，”Gusman解释道，“这实际上是一种网络效应，对观察刺激的拟人程度敏感。”

主动运动控制压倒视觉真实度

有趣的是，当参与者被指示在观看动画效应器的同时主动尝试实际抓握时，不同对象之间的差异消失了。

在主动运动意图期间，所有效应器——无论是人手还是机械爪——都引发了强劲且等效的运动皮层激活。研究人员指出，内部运动意图产生的信号大大超过了被动观察反应，这表明一旦用户主动控制机器人假肢或数字化身，其拟人程度的重要性就大大降低。

自上而下认知驱动运动解码

研究团队还使用动态点阵动画测试了参与者。虽然密集、易于识别的手部构型引发了强烈的运动放电，但实验揭示了一个关键的认知维度。

在一次使用模糊点阵的探索性试验中，一名参与者经历了非提示性的“顿悟”时刻，突然意识到抽象的点阵构成了抓握的手。比较这一意识识别前后的神经记录发现，运动皮层放电在视觉真实度的各个水平上均立即激增。

“至少对这位参与者而言，他认识到点阵刺激类似于人手，似乎触发了其运动皮层手部区域在观看刺激时开始反应，”Gusman指出，“至少，这一发现表明，除了自下而上的视觉输入外，自上而下的情境线索也可能参与产生这种类镜像反应。”

为下一代神经假肢提供指导

除了解决关于类镜像处理的核心神经科学问题外，这些发现还为神经工程师构建脑控辅助技术提供了实用设计规则。

“BrainGate临床试验的最终目标是帮助因损伤或疾病而失去运动或交流能力的人，”共同作者、布朗大学工程学与神经科学教授、BrainGate试验主任Leigh Hochberg表示，“在此过程中，我们正在取得关于大脑如何计划和执行身体运动的重要发现……这些发现将有助于指导下一代用于神经损伤患者的植入式脑机接口。”