Az ezredforduló körül megjelent néhány olyan publikáció, mely egészen új megvilágításba helyezte a motoros tanulás addig kialakított képét. Az azóta is élénken vitatott tükörneuron-rendszer egyszerű és elegáns magyarázatot kínál a különböző mozgások megfigyeléssel és utánzással történő megértésére, megtanulására. Miben áll tehát a „majmolás” idegi háttere?
Az első munkák során sikerült kimutatni olyan idegsejtek populációit emlősökben, melyek bizonyos mozgások érzékelésekor és végrehajtásakor egyaránt fokozott aktivitást mutatnak. Ez a felfedezés rengeteg spekulációnak adott szárnyat, így például a tanult mozgások elsajátításával és megértésével, empátiával, de nyelvtanulással is megpróbálták kapcsolatba hozni a tükörneuronokat. Másik megközelítésből, ezek hibás működését igyekeztek összekötni különböző kognitív betegségekkel, mint például az autizmussal.
A tükörneuronok működésének, természetének kutatásakor kiderült, hogy ezek a majom agykéreg néhány jól körülhatárolható részében találhatók, ahol az ottani sejtek néhány százalékát teszik ki. Funkcionálisan különböző csoportokra oszthatók, melyek egy-egy mozgásmintára szelektíven válaszolnak. Ebben hasonlítanak a látásfeldolgozó rendszer egyes részeihez, ám egy tükörneuron a rá jellemző mozgás érzékelésére és végrehajtására egyaránt reagál.
Az egyik gyakori kísérleti paradigma, hogy a kísérletben részt vevő majom vagy ember megfigyeli, ahogy a kísérletvezető bizonyos tárgyakat megfog vagy a szájához emel. A tükörneuronok csoportja nem mutat fokozott aktivitást pusztán egy-egy eszköz vagy étel láttán, sem pedig a mozgás eszköz nélküli „üres” látványára, hanem csak a tényleges mozdulat megfigyelésekor vagy végrehajtásakor.
Az elképzelés szerint, amikor valaki megfigyeli egy másik személy tevékenységét, az nemcsak a látás feldolgozásán keresztül tudatosul, hanem bizonyos tükörneuronok közvetítésével, a saját motoros rendszerével szimulálja a megfigyelt mozdulatokat. Ezzel a továbbiakban az adott mozdulatokhoz saját magában kapcsolódó szándékokat, érzéseket, célokat a megfigyelt személyhez is hozzárendeli. A megfigyelő agyában tehát azok a folyamatok játszódnak le, amik akkor is, mikor ő maga tervezi meg ugyanazt a mozgást. Ilyen módon pedig beleélheti magát a megfigyelt személy helyzetébe, és predikciót adhat a továbbiakra nézve is.
Ezekből következik, hogy a nagy pontosságú mozgásszelektivitás, és annak pontos közvetítése a megfelelő állomásokra, alapfeltételek a rendszer működésében, és a legapróbb „huzalozási” hibák is rontják az értelmezési képességeket. Az elmélet egyes pontjainak bizonyítása egyáltalán nem könnyű feladat, a meglévő és egyre-másra megjelenő új kísérleti módszerek a sértés határát súroló vitákat váltanak ki, még a legtöbbet idézett folyóiratokban is. Amennyiben mégis igaz a tükörneuronok szerepe, a mozgató rendszernek az eddig gondoltnál sokkal nagyobb jelentőség juthat a kognitív folyamatokban.
Hogy a tükörneuronok pontosan mit is továbbítanak a mozdulatok megfigyeléséből, amivel a másik személy tevékenysége megérthető, annak kiderítéséhez majmokból állnak rendelkezésre elektrofiziológiai kísérletsorozatok. Ezek során az állatok különböző működésű fogókkal fogtak meg élelmet, miután a kísérletvezető megmutatta nekik a használatot.
Az eredmények azt mutatták, hogy a tükörneuronok a tisztán mozgató neuronokhoz hasonló kimenetet adnak, és „beszédük” tárgya szerint kétfelé oszthatók. A különbség, hogy az egyik sejtcsoport csak szigorúan megegyező célú mozdulatsorokra reagál (fogóval megfogni valamit), a másiknak elég, ha csak a mozdulat távolabbi célja egyezik (fogóval vagy puszta kézzel megfogni valamit). Közös bennük, hogy a mozgás szándékát, célját kódolják, vagyis nem pusztán az izmok összehúzódásának sorrendjét, hanem a cél megvalósulásának egyes elemeit. Így például, a fogóval való fogáskor a művelet azonos fázisaiban azonos sejtpopulációk aktivitása fokozódik, akár fordított, akár egyenesen működő fogóval végzik.
További kísérletek rámutattak a tükörneuronok funkcionális jelentőségére is: amikor a majmok csak egy papírszakadást hallottak vagy látták a kísérletvezetőt, amint egy fal mögé nyúl egy tárgyért, a megfigyelt agyterületeik a vizuális információ hiányában is képesek voltak ugyanolyan aktivitással működni, mint amikor látják a teljes folyamatot. Továbbá, az ilyen hiányos ingerek esetén is megfigyelhetők voltak bennük az adott mozgás megtervezésekor is mérhető agyi működések, valószínűleg a prediktált eseményeket is szimulálva értették meg a hiányosan megfigyelt mozdulatsort, ami pusztán a vizuális ingerek „klasszikus” feldolgozásával nem lett volna lehetséges.
A rendelkezésre álló, közvetlen bizonyítékoknak tekintett eredmények majmokból vagy egyéb emlősökből származnak. Az állatokon elvégezhető invazív kísérleti technikák nem alkalmazhatók emberen, így a humán tükörneuron-rendszerről lényegesen pontatlanabb információk érhetőek el. Az emberkísérletek persze igyekeznek kikerülni a térbeli és időbeli felbontás elégtelenségét, és közvetett bizonyítékokkal szolgálni, amik azonban gyakran kevéssé meggyőzőek. Annyi bizonyos, hogy ha egyáltalán létezik emberi tükörneuron-rendszer, az sokkal szétszórtabban helyezkedhet el, mint a majmok agyában, működése pedig talán az övékénél is komplexebb.
Amíg azonban nem lehet élő, mozgó emberben egy-egy sejt aktivitását mérni, addig még a tükörneuron-rendszer létezése is vita tárgya marad.