NEURONI
SPECCHIO
Ivan Giuseppe Larenza
Alessandro Serrapica
Andrea Sorrentino
Neuroni specchio - Cosa sono, come funzionano
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«I Neuroni specchio saranno per la psicologia quello che il DNA è stato per la biologia»
Vilayanur S. Ramachandran
I neuroni specchio sono una classe di neuroni che si
attivano quando un individuo compie un'azione e
quando l'individuo osserva la stessa azione compiuta
da un altro soggetto
Questa classe di neuroni è stata individuata nei
primati, in alcuni uccelli e nell‘uomo.
Nell'uomo, oltre ad essere localizzati in aree motorie
e premotorie, si trovano anche nell’area di Broca e
nella corteccia parietale inferiore.
Ramachandran scrisse in un saggio la loro importanza
nello studio dell’imitazione e del linguaggio.
Neuroni specchio – monkey see monkey do
Tra gli anni '80 e '90 del
secolo scorso un gruppo di
ricercatori dell‘Università di
Parma guidati da Giacomo
Rizzolatti.
2
Elettrodi nella corteccia frontale inferiore di un
macaco per studiare i neuroni specializzati nel
controllo dei movimenti della mano, come il
raccogliere o il maneggiare oggetti. Durante ogni
esperimento era registrato il comportamento dei
singoli neuroni nel cervello della scimmia mentre
le si permetteva di accedere a frammenti di cibo,
in modo da misurare la risposta neuronale a
specifici movimenti.
Fortuna: mentre uno sperimentatore prendeva
una banana in un cesto di frutta preparato per
esperimenti, alcuni neuroni della scimmia che
osservava la scena reagirono.
Neuroni specchio – monkey see monkey do
2
Osservazione del mordere il cibo ha determinato
un’attivazione delle regioni specchio dei soggetti sia che
a compiere l’azione fosse l’uomo, la scimmia il cane
Osservare una persona parlare ha similmente attivato
alcune regioni specchio, mentre l’osservazione dello
schiocco delle labbra (lip-smacking) da parte della
scimmia e dell’abbaiare da parte del cane hanno
stimolato il sistema visivo e uditivo, ma on quello
motorio
Neuroni specchio – human see human do
2
Scoperto grazie a studi con la stimolazione
magnetica transcranica (TMS). Essa è una
tecnica non invasiva per la stimolazione
elettrica del sistema nervoso.
Il sistema neuroni specchio è perfezionato
rispetto alle scimmie:
• Movimenti senza senso
• Codifica dei movimenti che formano
un’azione e non solo per l’azione stessa
Neuroni specchio – video riassuntivo
3
Questi neuroni possono essere importanti per la
comprensione delle azioni di altre persone e
quindi nell’apprendimento attraverso imitazione
VIDEO DI ULISSE SUI NEURONI SPECCHIO
https://www.youtube.com/watch?v=LEwIdh-eC74
Copiare è automatico: Sbadiglio, sorridere
Copiare è facile: imitare atti motori che sono già
nel nostro repertorio
Copiare è difficile: imparare a suonare uno
strumento musicale
Neuroni specchio – argomenti di discussione
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Grasping the intentions of
Others, capire il «che cosa» di
un’azione e il «perché»
Ruolo dei neuroni specchio
nello sviluppo dell’empatia
Scimmiottando si impara, una
nuova teoria riguardante la
cultura e l’evoluzione umana
Mirror therapy, aiutare le
vittime di ictus sfruttando i
principi dei neuroni specchio
Lo specchio rotto, il ruolo dei
neuroni specchio nell’autismo
Speculazioni sulla teoria dei
neuroni specchio:
neuromarketing et al.
Critiche al modello dei neuroni specchio
Neuroni specchio – Grasping the intentions of Others, capire il «che cosa» di un’azione e il «perché»
VIDEO DI DANIEL SIEGEL
https://www.youtube.com/watch?v=Tq1-ZxV9Dc4
Daniel J. Siegel (born July 17, 1957) is a professor of clinical psychiatry at the UCLA School of Medicine and Executive Director of the Mindsight Institute.
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Neuroni specchio – Grasping the intentions of Others, capire il «che cosa» di un’azione e il «perché»
Affinché i neuroni specchio sparino, è necessario che le azioni osservate siano completamente visibili?
ESPERIMENTO #1
Osservazioni:
1. I macachi osservano una mano afferrare del cibo
2. I macachi osservano la stessa scena, ma con la fase finale (l’afferrare) nascosta
3. I macachi osservano la stessa serie di azioni ma in assenza di cibo nella scena
Risultati:
1. & 2. I neuroni specchio della zona motoria si attivano in entrambi i casi
3. I neuroni specchio non «sparano».
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Neuroni specchio – Grasping the intentions of Others, capire il «che cosa» di un’azione e il «perché»
Affinché i neuroni specchio sparino, è necessario che le azioni osservate siano completamente visibili?
ESPERIMENTO #2
Osservazioni:
I macachi ascoltano il guscio di una nocciolina che viene rotto, senza input visivi
Risultati:
I neuroni specchio si attivano
I macachi sono in grado di generare in entrambi gli esperimenti una rappresentazione mentale dell’azione
I neuroni specchio si attivano indipendentemente dal canale attraverso cui percepiscono l’azione e giocano
un ruolo importante nella comprensione del «che cosa» sta facendo l’atro individuo
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Neuroni specchio – Grasping the intentions of Others, capire il «che cosa» di un’azione e il «perché»
È possibile che il modello dei neuroni specchio dia informazioni anche sul perché di un’azione?
ESPERIMENTO #3
Osservazioni:
[1° situazione]
- La scimmia afferra un pezzo di cibo da un contenitore (atto motorio A)
- La scimmia porta il cibo alla bocca per mangiarlo (atto motorio B)
[2° situazione]
- La scimmia afferra un pezzo di cibo da un contenitore (atto motorio A)
- La scimmia sposta il cibo in un nuovo contenitore (atto motorio C)
Risultati:
Nella prima situazione si attiva il neurone X
Nella seconda situazione si attiva il neurone Y != X
MA
{
Neuroni diversi
«sparano» in
contesti diversi
Sia X che Y reagiscono all’atto motorio «afferrare»
- X è sensibile solo ad «afferrare-per-mangiare»
- Y si attiva solo per l’azione «afferrare-per-spostare»
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Neuroni specchio – Grasping the intentions of Others, capire il «che cosa» di un’azione e il «perché»
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Altre informazioni importanti dedotte dall’esperimento
• L’esperimento è rilevante poiché lo stesso accade quando la scimmia osserva lo sperimentatore compiere l’atto motorio
• In entrambe le situazioni l’attivazione dei neuroni specchio X e Y è già presente all’inizio dell’atto motorio «afferrare»,
quando il perché non è ancora evidente
• Ogni azione (osservata o attuata) scatena una diversa catena motoria intenzionale codificata da precisi neuroni
Come fa la scimmia a capire che cosa farà lo sperimentatore?
Simula dentro di sé l’azione compiuta dallo sperimentatore sulla base di:
• Oggetto (cibo, non cibo)
• Contesto
• Esperienza precedente (ha già visto fare quell’azione)
Neuroni specchio – Grasping the intentions of Others, capire il «che cosa» di un’azione e il «perché»
Esiste un meccanismo simile nell’uomo? Sembrerebbe di si.
ESPERIMENTO #4
Utilizzo della risonanza magnetica funzionale per analizzare l’attività cerebrale
di 23 soggetti che hanno osservato 3 filmati, ognuno con 2 scenari possibili:
1A. Una mano con le dita prende una tazza dal manico
1B. Una mano agguanta la tazza con il palmo aperto
2A. Un tavolino imbandito per la prima colazione perfettamente in ordine
2B. Un tavolino imbandito per la prima colazione totalmente disordinato
3A. Combinazione di 1A e 2A
3B. Combinazione di 1B e 2B
L’ultimo filmato ha provocato un’attivazione fMRI maggiore delle regioni
specchio
Anche i neuroni specchio dell’uomo rispondono al «perché» di un’azione
(bere/pulire), oltre che al «che cosa» (la mano che afferra la tazza)
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Neuroni specchio – Ruolo dei neuroni specchio nello sviluppo dell’empatia
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Empatia: capacità di porsi nella situazione di un’altra persona o, più esattamente, di comprendere immediatamente i
processi psichici dell’altro. (Treccani)
DISGUSTO
Esperimenti di fMRI
DOLORE
Emozioni molto forti ed utili alla sopravvivenza degli esseri umani
I volontari:
1. Annusano sostanze sgradevoli (esperienza diretta)
2. Osservano video di persone annusare sostanze sgradevoli
(esperienza osservata)
I volontari:
1. Ricevono uno stimolo doloroso prodotto da un elettrodo
che tengono tra le mani (dolore diretto)
2. Osservano persone subire lo stesso stimolo (dolore
osservato)
In entrambe le esperienze si attivano 2 aree della corteccia:
1. Insula anteriore
2. Cingolo rostrale
In entrambe le esperienze si attivano varie aree della
corteccia tra cui:
1. Insula anteriore
2. Cingolo rostrale
Esiste un meccanismo specchio che ci consente di comprendere le emozioni altrui rivivendole in noi stessi.
L’umiliazione attiva le stesse aree della corteccia che si attivano in caso di dolore fisico.
Neuroni specchio – Scimmiottando s’impara, una nuova teoria riguardante la cultura e l’evoluzione umana
VIDEO DI RAMACHANDRAN
http://www.ted.com/talks/vs_ramachandran_the_neurons_that_shaped_civilization
Vilayanur Subramanian Ramachandran (born 1951) is currently a Professor in the Department of
Psychology and the Graduate Program in Neurosciences at the University of California, San Diego.
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Neuroni specchio – Scimmiottando s’impara, una nuova teoria riguardante la cultura e l’evoluzione umana
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The great leap forward: ampio periodo storico in cui l’evoluzione dell’uomo ha subito un grande passo in avanti sotto vari
punti di vista:
Cultura
Capacità di plasmare gli oggetti del mondo a seconda del proprio bisogno
Linguaggio
Il cervello umano delle dimensioni attuali è lo stesso di 250.000 anni fa, mentre questo sviluppo «improvviso» si ha circa 40.000 anni fa.
Il prof. VS Ramachandran ritiene sia
dovuto ad un miglioramento qualitativo
del sistema dei neuroni specchio
(condizione necessaria ma non sufficiente)
«I would argue, though, that mirror neurons are necessary but not sufficient:
their emergence and further development in hominids was a decisive step. The
reason is that once you have a certain minimum amount of "imitation learning"
and "culture" in place, this culture can, in turn, exert the selection pressure for
developing those additional mental traits that make us human.»
“Inventions like tool use, art, math and even aspects of language may have been invented "accidentally" in one place and
then spread very quickly given the human brain's amazing capacity for imitation learning and mind reading using mirror
neurons”
Neuroni specchio – Scimmiottando s’impara, una nuova teoria riguardante la cultura e l’evoluzione umana
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Per dare credito alla sua teoria il prof. VS Ramachandran usa come esempio un secondo «great leap forward».
Si immagini un antropologo marziano che sta conducendo studi sull’evoluzione dell’uomo, ad un certo punto si trova
dinanzi al problema dell’improvvisa nascita di capacità come l’utilizzo di strumenti, l’uso del fuoco, l’arte e la cultura.
Per spiegarle le correla a dei cambiamenti nella grandezza del cervello o delle mutazioni genetiche dello stesso.
In seguito, continuando ad analizzare la storia dell’uomo, giunge alla rivoluzione industriale del 19esimo secolo. Una
rivoluzione molto più drammatica di quella avvenuta 40k anni fa.
Potrebbe quindi essere tentato di dare la medesima spiegazione al fenomeno, ma noi sappiamo che «quell’evento» è
avvenuto esclusivamente a causa di circostanze fortuite: Galileo inventò il metodo sperimentale e fu inventata la stampa.
«So it makes no more sense to ask "why did sophisticated tool use and art emerge only 40,000 years ago even though the
brain had all the required latent ability 100,000 years earlier?“ — than to ask "why did space travel occur only a few
decades ago, even though our brains were pre-adapted for space travel at least as far back Cro magnons?”»
Neuroni specchio – Applicazioni della ricerca
La ricerca sui neuroni specchio e il modo in cui essi influenzano le nostre
relazioni sociali, comportamenti ed abilità motorie ha avuto numero risvolti
in ricerche parallele con risultati incoraggianti.
Tra queste :
• Mirror Therapy, per l’aiuto alla riabilitazione di persone vittime di ictus
• Supporto a persone affette da autismo
• Cinematerapia
• Neuromarketing
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Neuroni specchio – Mirror therapy, aiutare le vittime di ictus sfruttando i principi dei neuroni specchio
http://www.ted.com/talks/roberto_d_angelo_francesca_fedeli_in_our_baby_s_illness_a_life_lesson
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Neuroni specchio – Mirror therapy, aiutare le vittime di ictus sfruttando i principi dei neuroni specchio
La mirror therapy è una terapia non invasiva per il recupero totale o parziale dell’attività
motoria di un soggetto. Lo scopo di questa terapia è di indurre il cervello del paziente a
ricreare o aggiornare la «body map».
In genere la mirror therapy si basa
sull’utilizzo di uno specchio o di
una mirror box in cui inserire l’arto
da riabilitare.
La mirror box creerà l’illusione di
avere due arti perfettamente
funzionanti consentendo al nostro
cervello di ricreare la «body map»
Questa terapia è soggetta ancora a studi per verificarne l’efficacia
che sembra essere soggetta a forti variazioni di paziente in paziente.
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Neuroni specchio – Mirror Therapy : alcuni esempi
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‘’La mirror therapy nel recupero funzionale dell’arto superiore del paziente con stroke’’
Università degli Studi “G. D’Annunzio”, Chieti,2008
Lo studio
• Due gruppi da 19 pazienti post-ictus reclutati (7 maschi, 12 femmine)
• Età media : 62,5 (dai 45 agli 80 anni)
• Distanza media dall’ictus : 40 giorni
• Un gruppo è stato sottoposto alla mirror therapy
• L’altro gruppo è stato sottoposto alle terapie tradizionali
• Entrambi i gruppi sono stati sottoposti per due settimane, ogni giorno
dal lunedì al sabato, a 15 minuti di esercizi
Metodologia d’arruolamento
• Sono stati inclusi:
Pazienti con ictus recente con
emiparesi di arto superiore
• Parametri d’esclusione:
Afasia di comprensione
Deficit di sensibilità completo
Depressione grave valutata con
Hamilton scale
Dolore alla spalla omolaterale da
precludere la mobilizzazione
Spasticità alla Ashworth scale >2
Risultati
Entrambi i gruppi hanno mostrato un sensibile miglioramento negli indici di disabilità globale.
Il gruppo sottoposto a mirror therapy ha però mostrato miglioramenti più marcati e in tempi molto più brevi
Neuroni specchio – Mirror Therapy : alcuni esempi
‘’Effects of Mirror Neurons Stimulation on Motor Skill Rehabilitation in Children with Cerebral Palsy: A Clinical Trial’’
Thammasat University, Pathumthani,Thailand 2012
Metodologia d’arruolamento
Lo studio
• Due gruppi di 15 pazienti post-ictus reclutati
• Parametri d’inclusione:
• Età media : 5,9
Età compresa tra i 2 e i 10 anni
• Un gruppo è stato sottoposto alla mirror therapy via VCD
Comprensione di istruzioni vocali
• L’altro gruppo è stato sottoposto alle terapie tradizionali
Possibilità di muoversi in modo
• Entrambi i gruppi sono stati sottoposti per due mesi, tre volte al giorno
autonomo
a 30 minuti di esercizi.
• Parametri d’esclusione:
• Gli esercizi, essendo i pazienti molto piccoli, includevano anche compiti
Interventi ortopedici recenti
basilari come indossare una maglietta oppure un pantalone.
Deficit della vista o dell’udito
Problemi cardiopolmonari
Risultati
Il divario tra i due gruppi nel miglioramento ottenuto, in seguito ai due mesi di terapia, è stato netto. La possibilità
di effettuare esercizi quotidianamente a casa con il supporto dei genitori e sfruttando la mirror therapy si è rivelata
di fondamentale importanza.
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Neuroni specchio – Il rapporto con l’autismo
L’autismo è un disturbo neuro-psichiatrico che interessa la funzione
cerebrale.
La persona affetta da tale patologia esibisce
un comportamento tipico caratterizzato da una marcata
diminuzione dell'integrazione socio-relazionale e della
comunicazione con gli altri ed un parallelo ritiro interiore.
Con la scoperta dei neuroni specchio e con la comprensione della
loro importanza proprio nell’ambito socio-relazionale si è
immediatamente creata una connessione tra questo disturbo e la
scoperta.
I neuroni specchio sono collegati all’autismo e potranno condurci a nuovi trattamenti e terapie maggiormente efficaci?
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Neuroni specchio – Il rapporto con l’autismo : una prima ricerca
Vilayanur Ramachandran e i suoi collaboratori all'Università della California a San Diego hanno effettuato una ricerca
non invasiva paragonando il sistema di neuroni specchio di bambini ‘normali’ con quello di bambini autistici.
La ricerca attraverso l’elettroencefalogramma analizzava le cosiddette «onde mu», una componente
dell’elettroencefalogramma.
Tale componente, sia che si compia un movimento volontario o che lo si osservi deve risultare bloccata mostrando
quindi un corretto funzionamento dei neuroni specchio.
Lo studio
• Due gruppi da 10 soggetti: uno composto da bambini autistici e l’altro
da bambini sani.
• Due fasi di analisi :
Esecuzione di movimenti volontari
Osservazione di movimenti eseguiti da altri
Risultati
La prima fase ha dato risultati concordanti tra i due gruppi. Ciò significa che il sistema di comando motorio in soggetti
autistici è pienamente funzionante.
La seconda fase ha invece mostrato differenze tra i gruppi. Ciò ha mostrato che nei soggetti autistici vi è un deficit del
sistema dei neuroni specchio.
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Neuroni specchio – Il rapporto con l’autismo : ulteriori conferme e speranze per il futuro
Altre ricerche svolte :
• Helsinki University of Technology
Magnetoencefalogramma
• Università della California
Risonanza magnetica funzionale
• Università di Montreal
Stimolazione magnetica transcranica
Una speranza per il futuro
Come è noto, le terapie per l’autismo perdono di efficacia quanto più tardi il disturbo viene diagnosticato.
In tal senso, le ricerche svolte potrebbero condurre la comunità scientifica a definire nuovi metodi di diagnostica
del disturbo in modo anticipato consentendo un inizio delle terapie altrettanto anticipato.
Ciò consentirà con tutta probabilità di ottenere numerosi benefici nelle terapie per le persone autistiche.
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Neuroni specchio – Cinematerapia
Sull’onda delle ricerche nell’ambito dei neuroni
specchio «l’Istituto Solaris» di Roma ha svolto una
ricerca volta ad utilizzare il cinema come strumento
per aiutare persone con patologie psicologiche.
In particolare la cinematerapia permette di
intervenire sulle seguenti aree psicologiche:
• l’area cognitiva, in cui è possibile migliorare alcune
competenze come lo schema corporeo,
l’apprendimento di concetti, l’uso di simboli
• l’area emotiva, in cui è possibile incrementare la
capacità di manifestare positivamente dei vissuti
emotivi, sostenendo il superamento di paure e
fobie e migliorando la stima di sé
• l’area psicomotoria, in cui è possibile migliorare
l’orientamento spaziale e la coordinazione motoria
in relazione a prassi specifiche oppure
generalizzate.
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Neuroni specchio – Neuromarketing
Meno nobile d’intenti ma egualmente efficace si
è mostrata la ricerca sul neuromarketing.
E’ stato scoperto, infatti, che molto spesso i
neuroni specchio agiscono in coppia con la
dopamina una delle sostanze chimiche del
cervello nota per portare una sensazione di
benessere ed un’elevata dipendenza.
Il neuromarketing sfrutta questa sostanza per
indurre l’utente ad effettuare un acquisto
ricercando quella sensazione di benessere che
percepisce guardando uno spot pubblicitario.
Per questo gli spot cercheranno di farci
immedesimare con il ‘protagonista’ che
ovviamente gioverà in modo anche fantasioso
dei benefici offerti dal prodotto pubblicizzato.
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Neuroni specchio – Critiche al modello dei neuroni specchio
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«It is argued that there is no evidence from monkey data that directly tests this theory, and evidence from humans makes a
strong case against the position.» Gregory Hickok, professor of cognitive science at University of California
1. There Is No Evidence in Monkeys That Mirror Neurons Support Action Understanding
• Secondo la teoria dei neuroni specchio, un problema nell’area F5 dovrebbe determinare deficit nella percezione
dell’azione, ma nessuno studio riporta un tale avvenimento. Rizzolatti e Cragheiro affermano che uno studio del
genere non è fattibile perchè:
i. Il Sistema specchio è bilaterale e coinvolger le strutture parietali
ii. Ci sono altri meccansimi integrative che influiscono nell’action recognition
iii. Una lesione all’intero Sistema specchio, ci sarebbero altri deficit cognitive che renderebbero difficile
l’interpretazione.
2. Action Understanding Can Be Achieved via Nonmirror Neuron Mechanisms
• Rizzolatti stesso afferma che ‘‘these [mirror neuron] findings do not exclude the possibility that other areas are
involved in the description of biological movement and the understanding of action’’
3. M1 Contains Mirror Neurons
• È stato osservato che i neuroni specchio sono presenti nella corteccia motoria primaria dei macachi(M1). Ma nei
primi report la mancanza di neuroni specchio in questa zona eliminava la possibilità che i meccanismi di mirroring
fossero niente di più che una semplificazione del sistema motorio imparata tramite associazioni.
4. The Relation between Macaque Mirror Neurons and the ‘‘Mirror System’’ in Humans Is Either Nonparallel or
Undetermined
• I neuroni specchio sono usati per spiegare funzioni di alto livello del cervello umano. Il problema è che le specie
su cui si è dimostrata l’esistenza dei neuroni specchio, non hanno questi processi cognitivi di alto livello
Neuroni specchio – Critiche al modello dei neuroni specchio
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5. Action Understanding in Humans Dissociates from Neurophysiological Indices of the Human ‘‘Mirror System’’
• Durante un esperimento con un cane, una scimmia ed un uomo che osservavano un’azione familiare come un
morso è stata riscontrata in tutti i soggetti l’attivazione delle stesse aree del cervello (left IFG and the precentral
gyrus), ma solo nell’uomo e nella scimmia si è attivato il mirror system. Ciò indica che un’azione può essere
compresa anche senza il sistema specchio
6. Action Understanding and Action Production Dissociate
• “although gesture production and gesture recognition can be correlated in groups of both apraxic and unselected
patients with focal brain lesions, these abilities double dissociate, contrary to the prediction of the mirror neuron
theory of action understanding”
7. Damage to the Inferior Frontal Gyrus Is Not Correlated with Action Understanding Deficits
8. Generalization of the Mirror System to SpeechRecognition Fails on Empirical Grounds
• “ data from lesion studies of speech processing unequivocally demonstrate that the motor theory/mirror neuron
theory of speech perception is incorrect in any strong form.”
“Mirror neurons are a fascinating class of cells that deserve to be thoroughly investigated in the monkey, and explored
systematically for possible homologues in humans. The early hypothesis that these cells underlie action understanding is
likewise an interesting and prima facie reasonable idea. However, despite its widespread acceptance, the proposal has
never been adequately tested in monkeys, and in humans there is strong empirical evidence, in the form of physiological
and neuropsychological (double) dissociations, against the claim.”
