步骤

如前所述，本章的目的是为神经纤维微电极记录技术提供一个操作指南。下面，我们将举例说明我们实验室记录夕M则腓神经的技术。尽管下面提及的很多情况对于记录其他神经是普遍而且有效的，但不可避免的是有些情况只是具体适用于我们的实验设备。

实验应该在屏蔽室内进行，要为受试者提供一个愉快的氛围，如有关的光、声音和颜色。另外要尽可能地隐蔽实验设备。在实验开始前，让受试者舒适地坐在扶手椅上(图 30-4)。双腿置于一个加垫的凹槽内，以便能够维持在一个不发生任何肌肉活动的放松状态。膝关节屈曲约120~130。右脚放在固定的平板上，左脚被固定在一个可转动的踏板上，踏板的轴心在左踝的前方。

可转动的踏板与一个机电马达相连，其运动参数（如速度，幅度）可以调节控制。微电极记录的信号经放大后输出到示波器和扬声器（图 30-4), 在整个实验过程的不同阶段连续监测神经活动。为记录关节的主动或被动运动（背屈或跖屈），还需给受试者装配另外一套系统，它有两个轻质的可转动的杆，一个用胶带连接在受试者的腿上，另一个连接在脚上。发生在两杆之间的以外髁为中心的任何转动，都可以用线性电位计记录下来。考虑到无菌和软化皮肤，电极插入点周围的皮肤要用抗菌肥皂彻底清洁。标准肌电图表面电极（细节请参考第二十六章）置于与实验观察相关的肌肉上。在记录开始前，受试者应接受一些训练，如根据实验设计的要求进行一些随意运动，但不对总体的肌肉活动产生「干扰」。在神经纤维微电极记录过程中避免这种干扰非常必要，其原因有二：第一，它们可能引起电极的移位，造成记录单位的丢失，或者更糟的是导致神经损伤。第二，即便是电极附近的肌肉中一些小的肌电活动，也可能导致由运动单位活动所引起和记录到的神经信号失真。

一、实验步骤

1.触诊神经。第一项工作是精确地定位神经走行，并用钢笔在皮肤表面作标记。

如果神经过深或过浅，可以通过轻度伸屈膝关节来改变其深度。

2.插入电极。通过交替的轻推和放松，用手将微电极缓慢地经皮插入。当电极穿透皮肤时，建议放松一分钟来观察受试者的反应。所有这些步骤，尽管非常谨慎，但受试者还是有可能受到实验或实验室环境的影响，并出现昏厥现象。因此，必须密切关注受试者的状态。像搔头、频繁地打哈欠、热感、出汗等都是警告信号。如果这些信号出现，应立即停止实验。

3.穿过皮下组织接近神经。采用上述同样的推-放方法接近神经。这一过程所需的时间因实验而异。有时仅需几分钟，但一般需要一小时左右。为了引导电极尖端进入神经，很多研究小组是通过记录电极施加弱的电脉冲（1~6V，波宽0.2ms)，诱导受试者的异常感觉或局部肌肉在肌束范围内的收缩。然而，这种方法也存在一些问题。在心理上，实验中将使用电刺激这一事实，会使一些受试者感到害怕，因此应尽量避免。此外，根据我们的经验，不恰当的施加电刺激可能会引起强烈的运动神经激活，即「惊吓反应」，因此可能既影响记录的稳定性，又会危及受试者的安全感。在任何情况下，当电极接近神经时，要不断地询问受试者的感受。这些信息可以给实验者提供很重要的线索，进而决定保持或是改变电极刺入的方向。例如，受试者报告说有「深且弥散」的疼痛感，则提示电极正在向肌腱推进。如果出现了这种情况，或者受试者一旦感觉到任何形式的疼痛，都要停下甚至轻微回退电极。通常这时疼痛会消失。另外，如果受试者感觉到由于神经受到机械刺激而产生的触觉，并且能够很容易地定位，实验者可以由此判断电极进入的方向是正确的。在这里需要强调的是，要告知受试者说出感觉投射区的名称，而不要用于去指（因为这可能会诱发大量的肌肉活动)。

4.到达神经。当电极到达到神经时，通常可通过扬声器听到多单位放电。这时要在神经内找到正确的单位。只有当电极处于「自由漂浮」状态，单个单位被分离并稳定之后，才能精确地鉴定这个单位。精确的鉴定过程将在其后单独描述（见「纤维的鉴定」)。然而，在试着稳定记录并使电极「自由漂浮」之前，应该先做一个初步的鉴定。为此，不断地敲击该神经支配区的皮肤，或者按压肌腱、肌腹或轻度被动地牵拉该神经所支配的肌肉是很有用的。实验者可通过这样的刺激粗略地鉴定任何记录到的传入纤维及其感受器的类型和部位。图 30-5展示了这一初步鉴定过程的详细流程。早在电极到达并进入神经时，纤维的自发活动就可能提示了它的感受器起源。当电极到达神经的瞬间，很多纤维有高频放电。如果这种反应在卜2s内完全静止，大都为皮肤传入。如果这种反应不能完全静止，而有持续的自发放电，很可能是来自肌肉内感受器的传入。如果自发放电表现为有规律的簇状爆发，则可能是来自植物神经的传出纤维。

5.稳定记录。最后，当电极记录到一个来自单一神经元的信号时，必须分离并稳定这一信号。根据连续刺激传入神经所产生的监听器声响，将引导电极做微小推进，可以达到这一目的。这个阶段的主要问题是，当实验者放开电极并使之在组织内「自由漂浮」时，皮肤的弹性通常会将电极轻微拉出，容易使信号丢失。即使在这一阶段可以尝试使用某种微操纵器，但由于机械阻力和皮肤弹性的易变性，这种尝试也未必有用。而且，万一受试者突然移动或有不自主活动时，以这种方法固定电极的任何尝试都有可能损伤神经。在这一阶段，尽管当记录稳定时，实验者已经基本掌握了单位的类型，但对记录纤维进行更为精确的鉴定仍然是必要的。

二、纤维的鉴定

与动物实验不同，在人体上测量神经纤维的传导速度并不是一件易事。因此，所记录的纤维需按性质进行分类，那些难以归类的纤维应该放弃。事实上，这种定性的分类也存在一些问题，这也是为什么在应用神经纤维微电极记录技术的研究论文中经常会有这样的陈述：「这些传入纤维可能被确定为……」Burke在他1997年发表的论文中曾讨论了有关神经纤维定性分类的问题。有关这一分类的更为详尽的叙述还可参阅Edin和Vallbo(1990)的工作。需要指出的是，使用不同图表所介绍的鉴定方法检测每一根纤维是不现实的，因为记录的纤维很难稳定足够长的时间。这就要求实验者根据当前的实验目的和要求选择一种合适的鉴定方法。但是，在研究报告中，清楚地阐明用以鉴定纤维性质的精确标准是非常重要的。

1.肌肉-肌腱传入

在肌肉肌腱的传入之间做出区分，需要做一系列的生理学检测（见表30-1)。当然，有些通用的评估还是值得一提的。肌肉肌腱传入分三类：分布在初级肌梭末端的初级肌梭传入（初级 MSA); 分布在次级肌梭末端的次级肌梭传入（次级 MSA)和分布在Golgi腱器官的Golgi腱器官传入（GTO 传入)。各种类型的传入均可通过按压承载此感受器的肌肉的肌腱所激活。尽管如此，激活初级和次级肌梭传入所需的压力远远低于激活Golgi腱器官传入所需的压力。此外，Golgi腱器官传入对低强度激活的肌肉收缩具有高度敏感性。就瞬间频率而言，在保持低水平的随意收缩过程中，它们的反应相当规则，瞬时频率随收缩程度的增强而逐步增高，这很可能与新的运动单位的不断加入有关。

绝大多数If况下，可以用一个小而钝的物件（如钢笔的上端）按压肌腹或肌腱以探明引起最大反应的部位，可以帮助我们对传入纤维的感受器进行定位。

单收缩测试：经皮电刺激肌肉神经引起的一次等长收缩。

快速舒张爆发：缓慢增加的随意收缩之后跟随的一次突然的舒张牵张致敏化：反复快速牵张后，使肌肉保持在一种长或短的状态几秒钟。随后，记录其对缓慢变速牵拉的反应。对于被动牵张致敏化来说，肌肉保持在较短的状态之后对缓慢变速牵拉的反应强度，应大于肌肉保持在较长状态之后的反应强度。

2.皮肤传入

不同类型皮肤感受器的一些生理学和形态学区别，如表30-2所示（详细内容可参阅Vallbo and Johansson 1984;Johansson and Vallbo 1983)。触觉单位有四种主要类型：慢适应（SA)和快适应（FA)，这两种又可按感受野特性分为两个亚型（I型和II型)。一般来说，这些传入纤维没有自发活动。与GTO 传入相似，当电极进入神经时这些皮肤传入被短暂激活，在之后的数秒钟内发放停止。因此，为了稳定记录和确定感受野』需要持续地触摸神经分布区的皮肤。作为一种初步鉴定，在皮肤表面施加触觉刺激（如轻敲皮肤，图 30-5)可以鉴定快适应传入。固定或动态地施压于较深的部位，可激活慢适应感受器（深压，图 30-5)。

3.关节传入

鉴定关节传入可能有些难度。即便如此，还是可以按照以下标准鉴定出分布在一个关节感受器的传入神经。

一对轻敲皮肤不发生反应

一对按压邻近的肌肉不发生反应

一对持续按压关节囊、而不是邻近的骨骼时发生反应伤害性传入挤压皮肤，针刺感受野或温热刺激均可激活多觉型C纤维。温热刺激可采用辐射热源或用市售的温度刺激器（SomedicAB,Stockholm)。

4.传出纤维

应用神经纤维微电极记录技术也可以记录a、7和交感传出纤维的活动。鉴别a和7运动神经元比较复杂，但鉴定交感传出相当容易。这些运动神经元之间在生理学特性上的区别见表30-3(详细内容可参阅Ribot et al.1986)。

多单位交感活动很容易识别，其放电形式为短暂的簇状发放。以下是Delius及其合作者（1972)对多单位交感活动的描述

一受试者在松弛状态下可见簇状放电，不伴有肌电图的活动

一在发放顺序上无规则，与心脏搏动同步，因此表现为典型的时相性模式

一簇状放电的平均频率低于机械感受传入的发放频率

应用神经纤维微电极记录技术也可以记录到单个单位的交感活动。例如，Hallin,Torebjdrk曾在完整的皮神经上记录过这种单个单位的交感活动。他们提出的鉴定单个单位交感活动的标准如下（详细内容参见Hallin and Torebjdrk1974):

一与群体交感活动相关联。单个单位的活动通常与上述的群体簇状放电同时出现

—没有明确的感受野。身体任何部位的刺激均可激活这些纤维

一反射反应的潜伏期。对不同类型刺激的反射潜伏期比较长（>0.5 秒）

一在记录点的远端给予利多卡因（1%) 不能阻断其活动

一与「Galvanic 皮肤反应」相关

结果

本章所显示的结果，将说明神经纤维微电极记录技术是如何用于人体运动觉（本体感觉）的神经感觉机制研究的。一般认为，本体感觉是一种复合感觉，许多不同类型的外周感受器（如关节、皮肤和肌肉感受器）同时激活，连同来自运动指令本身的中枢信号，共同形成了对位置和运动的感觉。

来自肌肉内部感受器的反馈信息对本体感觉相当重要。例如，施加在某一肢体肌腱上的机械振动能引起肢体正在运动的错觉。事实上，振动总是能够引起与受振动的肌肉或肌群被拉长的感觉相一致的运动错觉（Goodwin et al.1972;Roll and Vedel1982)。

这时，对这些运动错觉的一般解释是，振动优先激活肌腱感受器，而这些特性先前仅在猫上被描述过。随着神经纤维微电极记录技术的发展，精确地研究来自错觉出现局部的传入信息已经成为可能。并且，下列一些问题也可更为精确地说明：①振动究竟激活哪些肌腱感受器（初级或次级 MSAs 或 GTO传入)？②刺激参数和传入活动之间存在何种规律？③最后，通过对具体出现的特殊运动期间记录到的传入信息的精确组成的认识，人们可以构建一个振动模式，用于产生一个与真实的信息尽可能相似的传入信息。在这种情况下，振动引起的运动错觉和实际进行的运动之间的联系不就清楚了吗？

采用神经纤维微电极记录技术，发现初级 MSAs 对机械地振动肌腱高度敏感（峰间距为 0.25~0.5 mm 的振动施加于静止的肌肉；Burke et al.1976;Roll and Vedel1982;Roll et al.1989)，而次级 MSAs 和 GTO传入对振动仅显示中等程度的敏感性 (图 30-6B)。

对初级 MSAs 来说，在 1~100 Hz 的频率范围内存在一对一的刺激-反应关系（图 30-6B)。这意味着通过调节振动频率，可以使初级 MSA 放电频率产生成比例的变化 (图 30-6A)。

因此，人神经纤维微电极记录技术证明，施加于肌腱的振动刺激能够高选择性地激活初级 MSA 通路。振动频率和传入反应频率之间这种精确的一对一关系，使肌腱振动在研究本体感觉信息的知觉特性中成为一个非常有用的工具。这些研究揭示了自然运动过程中传入信息的某些特征（图 30-6A 最上方的图示和图30-7)。

—初级MSA 在运动开始时迅速激活

一在匀速运动期间其放电频率持续增加

一运动结束后，放电频率根据其达到的位置恢复到稳定状态—被动牵张的肌肉，即进行主要运动的肌肉的抬抗肌，其放电活动增强这些特性因而可用于研究振动模式的构筑与功能运用，使错觉的性质得以阐明。例如，一个施加于伸肌，并可模拟上述可产生匀速屈曲错觉一般特征的振动模式的构建 (图30-7B)。事实上，采用神经纤维微电极记录技术进一步模拟初级MSA 反应，有可能使用更为复杂的振动模式，如可以用多个振动器作用于腕部的四个肌群（图30-8A)。

通过改变振动频率，每个刺激作用时间和振动器启动时间，以及通过同时或相继应用多个振动器（图30-8B), 可产生更复杂的运动错觉，包括几种直线性几何图形（图30-8C)(Roll and Gilhodes 1995)。

尽管神经纤维微电极记录技术在传统意义上一直用于研究最基本的运动和感觉的神经生理功能，但是上述结果表明，这项技术也可以用于研究更高级的脑的整合功能，揭示人类对于运动形式的记忆和识别等认知过程。