杜静宜等：振动触觉编码的研究现状 1263· 表1四种触觉感受器的特性 Table 1 Characteristics of four tactile receptors Receptor Signal type Perceived frequency/Hz Perceived distance/mm Pattem Acception field size Ruffini Deep skin 0-30 3-4 Fast Large Merkel Continuous touch and pressure 0-15 >10 Low Small Meissner Texture change 50 3-4 Fast Small Pacinian High-frequency vibration 200-300 >20 Low Large 知特性.人体的振动触觉感知不仅受到主观、客 率0，每个触觉感知通道都有不同的与频率相关 观特征因素的影响，还受到环境、心理等多重因素 的绝对阈值，阈值最小的通道决定该频率的绝对 的影响，例如触觉后效应、触觉错觉、触觉跃迁等 阈值.当某个刺激足够强，强到可以刺激多个通 Kapper和Bergmann Tiest!图认为人所接触的一 道，所有这些通道都会做出反应，并对感知做出贡 切均会影响如何感知下一个物体，触觉后效应指 献差别阈值亦称最小可视差，指的是引起人差别 的是由于视听触或其他感知先前刺激的方式而引 感觉刺激的最小变化量.前者是一个恒定值，不受 起的知觉变化.他们采用大小等分任务的方法测 外界因素的影响而有所改变，后者受振动强度影 量触觉大小后效，球体的体积范围为2~14cm3,实 响显著，会随振动强度的增大而有所增加.针对不 验结果表明，触摸完较大的适应球体之后的手认 同的感知阈值参数，感知阈值的主要研究集中在 为随后触摸的普通测试球体比实际情况更小，触 空间两点阈值、时间阈值和强度阈值三个方面 摸完较小的适应球体之后的手认为随后触摸的普 德国物理学家心理物理学家费希纳提出三种方法 通测试球体比实际情况更大，这两种触觉差异均 来量化测量感知阈值，分别是最小变化法、恒定刺 为测试球体体积大小的24%，这一结论表明人手 激法和平均误差法.最小变化法指的是按照适当 的触觉大小后效是相当大的，同时在习惯了适应 的变化量递增或者递减刺激序列，随机选择起点， 球体的大小之后，触觉大小后效明显强于未适应 直到被试感受到刺激为止，这一方法常用于测量 球体大小的对照组实验.人体的触觉感知是多维 差别阈值.恒定刺激法是以相同的次数呈现少数 度的，故除了触觉大小尺寸后效以外，还有触觉温 几个恒定的刺激，一般向被试呈现成对刺激，一个 度后效和触觉曲率后效.目前国内外针对触觉后 标准刺激，一个比较刺激，让被试判断能否区分两 效的研究大多集中于大小尺寸研究，因为大小尺 次刺激.目前针对人体振动触觉感知阈值的研究 寸的研究更容易被量化，且更容易在生产实践中 中，相关参数主要包括空间落点、振动频率、振动 得到验证，例如医生在手术中利用触觉感知囊肿 强度和振动时间. 或者肿瘤的大小.关于触觉大小后效的产生原因， (1)空间落点：身体不同部位的振动触觉敏感 有研究表明触觉大小后效与形状密切相关网，测试 性各不相同，触觉振动实验的选择原则是在保证 物体和适应物体的形状越相近，触觉大小后效越 敏感度和操作可行性的前提下，尽可能地提高舒 显著，因此可将触觉大小后效称为触觉大小-形状 适度.针对触觉振动空间落点的研究大多集中在 后效.影响触觉感知的具体因素多样，且引起人体 敏感部位如手指、手腕处，或者次敏感部位如腰 触觉感知的机制十分复杂，目前也没有探究出影 部、背部或脚踝处.不同的空间落点位置各有优 响因素和触觉感知特性有明确的映射关系，触觉 劣，手指、手腕处的振动识别精度更高，但面积较 感知和神经生理学相关的理论还需进一步的研究 小，背部、腰部的振动面积更大，可以提供更大的 和探索 阵列，却具有较差的触觉灵敏度.因此，针对性地 1.2振动触觉感知阈值 选择空间落点的位置可以有效提高振动触觉编码 感知阈值指的是人体能感受到物体的刺激或 信息的传递效率.人体不同空间落点的触觉差别 刺激强度/数量变化的最小量，例如指尖的两点阈 阈限差异很大山 值约为2.5mm.感知阈值的研究包括绝对阈值和 (2)振动频率：尽管人类可以听到的频率范围 差别阈值两方面.绝对阈值指的是能恰好引起人 为20~20000Hz,但是人类的皮肤可以感受到的 心理感受的最小刺激量或者恰好引起人心理感觉 频率范围只在10Hz到400Hz之间，其中人体 消失的最大刺激量，绝对阈值强烈依赖于振动频 最为敏感的频率为250Hz]研究表明，振动强度知特性. 人体的振动触觉感知不仅受到主观、客 观特征因素的影响，还受到环境、心理等多重因素 的影响，例如触觉后效应、触觉错觉、触觉跃迁等. Kapper 和 Bergmann Tiest[8] 认为人所接触的一 切均会影响如何感知下一个物体. 触觉后效应指 的是由于视听触或其他感知先前刺激的方式而引 起的知觉变化. 他们采用大小等分任务的方法测 量触觉大小后效，球体的体积范围为 2～14 cm3 ，实 验结果表明，触摸完较大的适应球体之后的手认 为随后触摸的普通测试球体比实际情况更小，触 摸完较小的适应球体之后的手认为随后触摸的普 通测试球体比实际情况更大，这两种触觉差异均 为测试球体体积大小的 24%，这一结论表明人手 的触觉大小后效是相当大的，同时在习惯了适应 球体的大小之后，触觉大小后效明显强于未适应 球体大小的对照组实验. 人体的触觉感知是多维 度的，故除了触觉大小尺寸后效以外，还有触觉温 度后效和触觉曲率后效. 目前国内外针对触觉后 效的研究大多集中于大小尺寸研究，因为大小尺 寸的研究更容易被量化，且更容易在生产实践中 得到验证，例如医生在手术中利用触觉感知囊肿 或者肿瘤的大小. 关于触觉大小后效的产生原因， 有研究表明触觉大小后效与形状密切相关[9] ，测试 物体和适应物体的形状越相近，触觉大小后效越 显著，因此可将触觉大小后效称为触觉大小−形状 后效. 影响触觉感知的具体因素多样，且引起人体 触觉感知的机制十分复杂，目前也没有探究出影 响因素和触觉感知特性有明确的映射关系，触觉 感知和神经生理学相关的理论还需进一步的研究 和探索. 1.2    振动触觉感知阈值 感知阈值指的是人体能感受到物体的刺激或 刺激强度/数量变化的最小量，例如指尖的两点阈 值约为 2.5 mm. 感知阈值的研究包括绝对阈值和 差别阈值两方面. 绝对阈值指的是能恰好引起人 心理感受的最小刺激量或者恰好引起人心理感觉 消失的最大刺激量，绝对阈值强烈依赖于振动频 率[10] ，每个触觉感知通道都有不同的与频率相关 的绝对阈值，阈值最小的通道决定该频率的绝对 阈值. 当某个刺激足够强，强到可以刺激多个通 道，所有这些通道都会做出反应，并对感知做出贡 献. 差别阈值亦称最小可视差，指的是引起人差别 感觉刺激的最小变化量. 前者是一个恒定值，不受 外界因素的影响而有所改变，后者受振动强度影 响显著，会随振动强度的增大而有所增加. 针对不 同的感知阈值参数，感知阈值的主要研究集中在 空间两点阈值、时间阈值和强度阈值三个方面. 德国物理学家心理物理学家费希纳提出三种方法 来量化测量感知阈值，分别是最小变化法、恒定刺 激法和平均误差法. 最小变化法指的是按照适当 的变化量递增或者递减刺激序列，随机选择起点， 直到被试感受到刺激为止，这一方法常用于测量 差别阈值. 恒定刺激法是以相同的次数呈现少数 几个恒定的刺激，一般向被试呈现成对刺激，一个 标准刺激，一个比较刺激，让被试判断能否区分两 次刺激. 目前针对人体振动触觉感知阈值的研究 中，相关参数主要包括空间落点、振动频率、振动 强度和振动时间. （1）空间落点：身体不同部位的振动触觉敏感 性各不相同，触觉振动实验的选择原则是在保证 敏感度和操作可行性的前提下，尽可能地提高舒 适度. 针对触觉振动空间落点的研究大多集中在 敏感部位如手指、手腕处，或者次敏感部位如腰 部、背部或脚踝处. 不同的空间落点位置各有优 劣，手指、手腕处的振动识别精度更高，但面积较 小，背部、腰部的振动面积更大，可以提供更大的 阵列，却具有较差的触觉灵敏度. 因此，针对性地 选择空间落点的位置可以有效提高振动触觉编码 信息的传递效率. 人体不同空间落点的触觉差别 阈限差异很大[11] . （2）振动频率：尽管人类可以听到的频率范围 为 20～20000 Hz，但是人类的皮肤可以感受到的 频率范围只在 10 Hz 到 400 Hz 之间[12] ，其中人体 最为敏感的频率为 250 Hz[13] . 研究表明，振动强度 表 1 四种触觉感受器的特性 Table 1 Characteristics of four tactile receptors Receptor Signal type Perceived frequency/Hz Perceived distance/mm Pattern Acception field size Ruffini Deep skin 0−30 3−4 Fast Large Merkel Continuous touch and pressure 0−15 >10 Low Small Meissner Texture change 50 3−4 Fast Small Pacinian High-frequency vibration 200−300 >20 Low Large 杜静宜等： 振动触觉编码的研究现状 · 1263 ·