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神经动力学

神经动力学是动力系统与神经科学的交叉学科。它希望利用动力系统理论 (尤其是确定性和随机性理论) 作为主要工具来阐明神经系统（无论生物神经网络或人工神经网络）行为的基本机制。


神经动力学可以定义为将动力系统理论方法应用于神经元和神经系统模型。在细胞水平上，人们通常对描述通道(或通道集群)活动的门控变量的随时演化，以及沿轴突和树突的细胞体和膜电压的演化感兴趣。对于给定的单细胞模型，通常为一组常微分方程(如霍奇金-赫胥黎模型或非光滑积分发射模型) ，理解这样可以产生可量化的时间模式 (如周期性、混合模振荡、簇发射、混沌) 是有意义的。在这方面，奇异摄动理论和数值分析等工具已被证明其有效性。特别是在了解尖峰活动 (动作电位发生时) 的模式对单细胞和网络水平的神经信息处理和编码。对于弱耦合振荡系统，可以使用动力系统工具箱中的其他工具，如使用伴随法构造相位响应函数，来以建立和理解网络同步等行为。在网络层面，人们还对开发和分析与认知处理（如伽马节律）和大脑疾病（如癫痫）相关的宏观大脑节律（在既非振荡也非弱相互作用的系统中）的演变模型感兴趣。

神经动力系统组成

神经动力学将神经系统分成三个部分：神经机械界面、神经结构和神经支配的组织。

神经机械界面

身体是神经系统的容器，其中肌肉骨骼系统呈现出与神经系统的机械界面。机械界面也可称为神经床，由神经系统周边组织组成，如肌腱、肌肉、骨骼、椎间盘、韧带、筋膜和血管。界面的行为就像一个灵活的望远镜，神经系统被包含在其中，神经系统的运动必须遵循它。在日常运动中，望远镜拉长和缩短、弯曲、扭曲和转动，导致神经结构同时发生变化。这样一来，神经和肌肉骨骼系统之间复杂的相互作用是身体运动的一个自然组成部分。对这些事件的充分了解是临床实践的一个关键部分，以便评估和治疗可以专门针对它们。

神经结构

神经结构指构成神经系统的那些结构，包括大脑、颅神经、脊髓、神经根和周围神经（包括交感神经干）及其所有相关结缔组织。神经系统的结缔组织在中枢神经系统中由脑膜（桥脑、蛛网膜和硬脑膜）构成，在周围神经系统中由中膜、外膜、会膜和内膜构成。在疼痛机制方面，背根神经节、神经根和外周神经被认为是创造外周神经疼痛的源机制。但神经系统的结缔组织也会产生一种痛觉机制。这是因为它们也是受支配的组织，并通过痛觉感受器发挥作用。尽管它们是相互依存的，但位于神经结构中的功能可分为机械和生理类型。神经中的主要机械性能是张力、运动和压缩，关键生理性能包括神经内血流、冲动传导、轴突运输、炎症和机械敏感性。

神经支配的组织

受支配的组织只是指由神经系统支配的任何组织。几乎所有的组织都有可能被神经支配，无论是由神经末梢直接支配，还是由神经免疫系统间接支配。神经系统与受支配组织的神经元联系为治疗师理解生理过程的因果机制提供了基础。例如，张力过度会对受支配组织造成伤害，在某些情况下可能会产生周围神经或神经根的过度拉伸和临床后遗症。另外，就生理学而言，神经系统在传入和传出两个方向与受支配的组织相互作用，这些作用在临床上可能是重要的。治疗师也可以利用神经支配的组织来测试股神经及其相关的神经根的机制是通过运动股四头肌。拉伸肌肉可以对神经施加张力，因此可以得到测试和治疗的技术。另一个例子是正中神经压力测试，它通过中指的伸展对正中神经施加张力 [1]。有时对受支配组织的治疗是治疗似乎是神经问题的最好方法。例如，神经根紊乱可能在相关神经根支配的肌肉中产生触发点。在没有对受支配的组织进行彻底检查的情况下，这些肌肉的疼痛通常被称为转归性疼痛，而且这些肌肉往往被忽视。然而，由于知道在存在机械敏感神经根的情况下，这些肌肉可能会发生神经源性炎症和Kingery效应，因此，最后可能必须治疗肌肉。

神经动力系统的基本机械性能

神经系统具有承受日常运动产生的机械力的能力。这种能力对于防止损伤和功能障碍至关重要。为了使神经系统正常工作，它必须成功地执行三个主要的机械功能: 承受拉力、滑动和压缩。人类运动过程中发生的更复杂的机械事件只是拉力、滑动和压缩的组合。这三种情况在外周和中枢神经系统都会发生。然而，由于解剖和生物力学的区域差异，它们往往以不同的方式实现。虽然三者总是共同作用，然而，在某些情况下，有可能确定一个主导临床问题的特定的组成。这使得临床医生可以有意识地将检查和治疗技术偏向于特定的神经动力学成分。

a. 张力

由于神经附着在相应容器的两端，神经通过容器的拉伸而拉伸。关节是神经伸展的关键部位。容器和神经之间的力传递机制相当复杂的。神经系统较强健的部分，如坐骨神经，可以承受50公斤以上的张力 [2]。


神经束膜是防止过度拉伸的主要保护层 [3]。密集的结缔组织构成了每个筋膜，神经束膜具有相当大的纵向强度和弹性。

b. 神经滑移

神经系统的第二大机械功能是神经结构可以相对于邻近组织移动，也称为漂移或滑移。其在神经的纵侧和外侧都发生。滑移是神经功能的一个重要方面，因为它有助于缓解神经系统的张力。就像气体分子沿着压力梯度从高密度区域移动到低密度区域会产生压力平衡一样，神经也会沿着张力梯度滑动，向最高张力点移动，从而在整个束中产生张力平衡。

  1. 纵向滑移
    神经沿张力梯度向下滑动，使张力沿着神经系统更均匀地分布，而不是在某个特定位置积聚太多。
    以下是神经滑移保护作用的一个例子。向周围神经流动的血流在8-15% [4][5] 伸长时被阻断，然而包含正中神经的神经床在肘部完全屈曲和伸展之间被延长了20% [6] 。如果神经从其近端和远端到张力施加部位(肘部)的滑动未发生，将导致神经缺血。然而，即使我们保持肘部伸直，正中神经也能发挥作用。这是因为当神经从手腕和肩膀滑动到肘部时，神经的实际应变可能只有4-6% [7]。
    纵向滑动保护的另一个例子是直腿抬高，其中坐骨/胫神经床伸展达124 mm。对于1.75米高的人来说，这相当于约14%的细长神经床。直腿抬高导致神经衰竭并不常见，这意味着神经受到内部机制的保护，不会过度伸长，即滑脱。相反，如果通过同时从两端产生神经张力增加来进行额外运动以防止滑脱，则神经更有可能衰竭。
  2. 横向滑移
    这种束间滑动是由束间外膜允许的，它也由柔软和松散的结缔组织组成[8]。神经以这种方式运作的能力意味着它们可以在内部和外部对它们所受到的力量作出反应。
    与纵向滑移一样，横向滑移也至关重要，它有助于消散神经中的张力和压力。横向滑移以两种方式发生。第一是当施加张力时，使神经在两点之间采取最短的路线。第二是当神经受到来自邻近结构(如肌腱和肌肉)的侧向压力时。屈肌腱运动引起的侧向压力导致腕部正中神经从其静止位置侧向滑动 [9][10]。在某些位置，可看到颈部运动使神经移离其原始位置，并且神经试图走手和颈部之间的最短路线。此外，在抬起和下垂运动中，肘关节正中神经和骨间后神经有明显的侧向运动。上肢和脊柱运动的特定组合可用于有目的性地产生神经的侧向滑动[11]。
  3. 中神经膜和神经束的内部滑移
    周围神经在其床中的滑移由特定的结缔组织提供支撑[12]。 在手术过程中，已观察到尸体上的间质是由松散结缔组织组成的多层膜，具有明显的边界，其行为类似于肌腱周围的滑膜 [13]。神经滑移的另一个方面是特定神经束在其相邻束上的运动。这种束内滑动是由束外膜支撑的，该膜也由柔软和松散的结缔组织组成。神经系统地这些功能意味着它们可以对内力和外力作出反应。

c. 压缩

压缩是神经系统的第三大机械功能。神经结构可以以各种方式变形，包括响应于施加在其上的压力而改变形状。施加压力的一个临床实例是手腕屈曲压迫手腕处的正中神经，即费伦试验Phalen's test）[14]。另一个例子是肘部弯曲对肘部尺神经施加的压力。对神经系统的压力可以根据运动类型增加或减少。上皮层是神经的填充物，保护轴突免受过度压迫。其由比神经周围更细、密度更低的结缔组织组成，这一特征赋予其海绵状特性，并允许其在应力消除时反弹。

如前所述，神经系统所依赖的三个主要机械事件是张力、滑移和压缩。它们的发生是相互依存的，是由一系列复杂的事件引起的。下面介绍身体运动产生这些事件的机制，以及治疗师如何利用这些机制。

临床神经动力学： 神经动力学定序 (Neurodynamic Sequencing)

神经动力学测试和治疗，即在运动测试中通过一些列身体活动(通常是活动关节和神经周围的软组织)以影响神经结构的力学和生理学特性而实现改善功能、缓解治疗疼痛的过程。关节的运动是运动诱导力作用于神经系统的第一途径。神经容器的长度增加发生在关节的凸面，而在凹面减少。因此，关节运动后的神经事件受到神经相对于关节轴的位置的影响。如果神经位于凸面，它将受到拉力的作用，而如果神经位于凹面，它将受到压力的作用。


神经动力学定序现在是神经动力测试中的一个常规方法。解剖学、生物力学和特定动作的差异，使得运动次序影响着神经系统的机械压力定位和神经运动发现和顺序。这是神经动力学定序的基础。基于此种关联，临床医生使用不同的动作次序，来进行诊断和治疗。也包括应用该种技术来减少神经张力或压力，或在令神经产生滑动[15]。神经动力学定序为诊断和治疗方面开辟了许多新的途径。事件序列多种多样，不同序列重点支配不同的的组织。治疗师要熟练地选择对应关键序列。神经动力学定序原则具有普遍性。这些原则为系统分析神经动力学定序的关键变量提供了部分依据，并可在临床上应用，使临床神经动力学更安全、更有效。其要点包括：

  • 动作次序会影响神经动力学测试的症状分布[16]。
  • 反应区位定位到首先移动或反应更强烈的区域[16]。
  • 在首先被移动的部位，神经发生更大的应变[17]。
  • 神经滑动的方向受身体运动次序影响[18]。

延伸阅读

Shacklock, M. (2005). Clinical neurodynamics: a new system of neuromusculoskeletal treatment. Elsevier Health Sciences.

Shacklock, M. (1995). Neurodynamics. Physiotherapy, 81(1), 9-16.

Coombes, S., & Timofeeva, Y. (2013). Editorial for special issue on neurodynamics. The Journal of Mathematical Neuroscience, 3(1), 1-4.

参考文献

  1. ↑ Laban M, MacKenzie J, Zemenick G. (1989) Anatomic observations in carpal tunnel syndrome as they relate to  the tethered median nerve stress test. Archives of Physical Medicine and Rehabilitation 70: 44-46
  2. ↑ Symington J. (1882) The physics of nerve stretching. British Medical Journal May 27: 770-771
  3. ↑ Sunderland S. (1991) Nerve Injuries and Their Repair: A Critical Appraisal. Churchill Livingstone, Edinburgh
  4. ↑ Lundborg G, Rydevik B. (1973) Effects of stretching the tibial  nerve of the rabbit: a preliminary study of the intraneural circulation and barrier function of the perineurium. lournal of Bone and Joint Surgery 55B: 390-401
  5. ↑ Ogata K, Naito M. (1986) Blood flow of peripheral nerve effects of dissection, stretching and compression. Journal Hand Surgery 11B(1): 10-14
  6. ↑ Millesi H. (1986) The nerve gap: theory and clinical practice. Hand Clinics 4: 651-663
  7. ↑ Millesi H, Zoch G, Reihsner R. (1995) Mechanical properties of peripheral nerves. Clinical Orthopaedics and Related Research 314: 76-83
  8. ↑ Millesi H, Zoch G, Rath T. (1990) The gliding apparatus of peripheral nerve and its clinical significance. Annales de Chirurgie de la Main et du Membre Superieur 9(2): 87-97
  9. ↑ Nakamichi K, Tachibana S. (1992) Transverse sliding of the median nerve beneath the flexor retinaculum. Journal of Hand Surgery 17B: 213-216
  10. ↑ Greening J, Smart S, Leary R, Hart-Craggs M, O'Higgins B, Lynn B. (1999) Reduced movement of the median nerve in carpal tunnel during wrist flexion in patients with nonspecific arm pain. Lancet 354: 217-218
  11. ↑ Shacklock M.Wilkinson M. (2001) Can nerves be moved specifically? In: Proceedings of the 11th Biennial Conference of the Musculoskeletal Physiotherapists' Association of Australia, Adelaide, Australia
  12. ↑ Millesi H. (1986) The nerve gap: theory and clinical practice. Hand Clinics 4: 651-663
  13. ↑ Millesi H, Zoch G, Rath T. (1990) The gliding apparatus of peripheral nerve and its clinical significance. Annales de Chirurgie de la Main et du Membre Superieur 9(2): 87-97
  14. ↑ Phalen G. (1951) Spontaneous compression of the median nerve at the wrist. Journal of the American Medical Association 145(15): 1128-113
  15. ↑ Shacklock M. Wilkinson M. (2001) Can nerves be moved specifically? In: Proceedings of the 11th Biennial Conference of the Musculoskeletal Physiotherapists' Association of Australia, Adelaide, Australia
  16. ↑ 16.0 16.1 Zorn P, Shacklock M, Trott P, Hall R. (1995) The effect of sequencing the movements of the upper limb tension test on the area of symptom production. In: Proceedings of the 9th biennial conference of the Manipulative Physiotherapists' Association of Australia: 166-167
  17. ↑ Tsai Y-Y. (1995) Tension change in the ulnar nerve by different order of upper limb tension test. Master of Science Thesis, Northwestern University, Chicago
  18. ↑ Lew P, Morrow C, Lew A. (1994) The effect of neck and leg flexion and their sequence on the lumbar spinal cord: implications for low back pain and sciatic. Spine 19(21): 2421-2424
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