心理学研究提出，观察者可以利用感知-动作机制(Perception Action Mechanism，PAM)来与他人产生共情[64]。感知他人的情感状态 会激活观察者大脑中相同的情感表征，相当于观察者也体验了该情感。近年来，许多神经科学文献表明，镜像神经元系统（Mirror Neuron System，MNS）为 PAM 提供了生物学基础[65,66]。MNS 由一组具有感
觉-运动特性的神经元组成，主要存在于顶叶和额叶，它们在动作执行和动作观察时都被激活[67]。在情感共情的过程中，当观察者感知他人的情感状态时，如看到痛苦的面部表情或听到他人的哭泣，首先通过 MNS 实现对该情感状态在运动层面的理解，然后进一步实现在情感层面的理解[68]。值得注意的是，由于反镜像神经元的存在，观察者在体验自己的情感和共情他人时，大脑的激活模式是不同的[69]。因此，大脑可以区分谁是情感的产生者，这也被称为共情中自我意识的初级体现[70]。
图 5-2 基于镜像神经系统的共情神经机制[11]
基于镜像神经系统的共情神经机制（如图 5-2 所示）主要涉及以下脑区：
情感皮层（Emotion Cortex）。不同的情感触发信号会导致该皮层的不同放电模式，产生不同的情感状态。情感皮层包含许多子区域，例如前扣带皮层(ACC)和杏仁核(Amygdala)等。ACC 是痛苦情感产生的核心脑区，杏仁核通常被认为与恐惧有关[71]。
运动皮层（Motor Cortex）。在情感共情过程中，运动皮层主要负责产生情感外显动作[72]，如痛苦的面部表情、喊叫、哭泣等。运动皮层包含许多子区域，其中代表性功能的子脑区包括：额下回 (Inferior Frontal Gyrus,IFG)、辅助运动皮层(Supplementary Motor Area，SMA)和初级运动皮层(primary motor cortex，M1)。IFG 负责对动作的意图进行编码[73]，SMA 负责动作序列的初始化[74]，M1 指导肌肉做出具体的动作[75]。镜像神经元(MN)存在于运动皮层中[76]。
感知皮层（Perception Cortex）。用于感知自己或他人的情感外显动作，如看到痛苦的面部表情和听到哭声。感知皮层中最具代表性的三个子区域：初级听觉皮层和初级视觉皮层进行视觉和听觉信息的初级处理[77,78]。颞上沟是高阶感知区，负责整合身体和面部动作的视觉和听觉信息[79]。运动皮层和情感皮层之间的联接是双向的[73]。感知皮层和运动皮层之间的联接也是双向的[80]，在共情过程，只考虑从感知皮层到运动皮层的单向联接。
不同的触发信号将导致大脑产生不同的情感。情感会触发运动皮层执行相应的情感外显动作。在体验了自己的情感状态和情感外显动作后，大脑可以产生相应情感动作的镜像神经元，并利用镜像机制来共情他人。镜像神经元广泛存在于运动皮层中，是在个体发育过程中逐渐形成的。Keysers 等人提出，镜像神经元的出现是由于动作执行和动作再传入的时间相关性。当执行动作时，同时可以感知到自己的动作，如看到自己的手臂抬起或听到自己的哭声，这种由动作产生的知觉输入被称为动作的再传入[79]，如图 5-2 中的蓝色虚线箭头所示。由于动作执行和动作再传入的时间关联性，加强了运动皮层和感知皮层中代表同一动作的神经元之间的突触连接，削弱了代表不同动作的神经元之间的突触连接，从而导致运动皮层的部分神经元产生镜像特性，即镜像神经元。在情感共情的过程中，感知他人的情感外显动作将首先激活感知皮层的相应神经元，如图 5-2 中橙色虚线箭头所示。随后，运动皮层中执行相同情感外显动作的镜像神经元会放电，形成对于他人情感状态的在运动层面的神经表征。运动皮层与情感皮层相连，进一步激活情感相应的情感神经元，形成对他人情感的在情感层面的神经表征，如图 5-2 中的橙色实线箭头所示。例如，当婴儿体验到痛苦情感时，会本能地激活运动皮层，产生情感外显动作[81,82]，如哭泣或面部表情。婴儿也可以通过自身感知皮层来感知这些情感外显动作，如听到自己的哭声。由于激活时间相似，从感知皮层中的神经
元到运动皮层中代表哭这种动作的神经元的之间的突触连接会加强，形成代表该动作的镜像神经元。当再次听到别人的哭声时，他们可以通过该镜像神经元理解他人的痛苦情感。
此外，大脑的情感共情可以区分自我和他人。原因是运动皮层中的反镜像神经元只在动作执行时激活，在动作观察时不激活[75]，导致在执行动作或仅观察他人动作时出现放电模式不同。反镜像神经元的存在可以区分谁是情感外显动作的产生者，这也是初步自我意识的体现。在运动皮层的 M1 区发现反镜神经元的存在，它的出现是由于 SMA 区神经元的门控机制[72]。SMA 神经元直接连接 M1 神经元，M1神经元的放电状态完全由SMA 神经元决定。SMA 神经元在动作观察和动作执行过程中会产生不同的放电模式，它可以控制 M1 神经元在动作执行过程中激活，在动作观察过程中不激活。这一过程被认为是初级自我-他人区分能力的生物学基础[75]。