Осязательные ощущения: Вкусовые, осязательные и обонятельные ощущения

Вкусовые, осязательные и обонятельные ощущения

Во время еды человека интересует не только количество пищи, но и ее вкусовые качества. Вкус – психофизиологическая функция, обеспечивающая способность ощущать и различать химические свойства веществ, поступающих в полость рта. Раздражители вкусовых ощущений – сладкое, соленое, кислое, горькое. Рецепторы вкуса (хеморецепторы) расположены на поверхности языка (кроме его нижней части), нёбе, миндалинах и задней стенке глотки.

Относительная концентрация рецепторов по этим участкам неодинакова. Так, кончик языка реагирует преимущественно на сладкое, задняя часть языка более чувствительна к горькому, а левый и правый край – к кислому.

Периферические вкусовые рецепторы языка связаны с нейронами чувствительных ганглиев черепно-мозговых нервов. Центральные отделы в стволе мозга представлены чувствительными ядрами этих нервов, и которых вкусовые сигналы поступают в таламус и далее – в новую кору большого мозга.

Вкусовая система ощущений нервными путями (соединена с нервным центром обоняния головного мозга. Именно поэтому прослеживается связь: при насморке ухудшается обоняние и снижается вкусовая чувствительность.

В установлении контакта с различными объектами окружающей среды и с другими людьми участвуют обоняние. Обоняние – это психофизиологическая функция, позволяющая ощущать и различать по запаху химические соединения, находящиеся в воздухе. Обонятельная сенсорная система включает периферические элементы и высшие отделы головного мозга.

Раздражители обонятельных ощущений – пахучие вещества, содержащиеся в воздухе. Рецепторы обонятельных ощущений, расположенные в верхней части носовой полости, воспринимают запахи веществ. Здесь же формируются электрические сигналы, которые через обонятельный нерв поступают в обонятельную луковицу – отдел мозга в лобной доле полушарии.

Строгой классификации запахов не существует. Обычно выделяют следующие запахи: цветочные (роза, ландыш и др.), горелые (табак, жареный кофе и т.д.), ароматические (камфара, перец), мускусные (мускус, амбра), луковые (лук, йод), козлиные (валериана, пот), наркотические (гашиш, опиум), тошнотворные (фекалии, загнившие мясные продукты). В этой связи ощущения также отождествляют с запахом перечисленных выше пахучих веществ.

По обонятельным и вкусовым ощущениям люди различаются слабо, хотя есть люди с повышенной чувствительностью к запахам и вкусовым качествам продуктов (дегустаторы, например). Обонятельные и вкусовые ощущения находятся под влиянием других видов ощущений. Например, ощущение голода обостряет чувствительность к сладкому и кислому, а запах ментола вызывает ощущение прохлады.

Установлено, что каждый человек имеет свой, характерный только для него, запах тела. Этот факт наряду с дактилоскопией используют для установления личности правоохранительные органы. А психологи, занимающиеся проблемами семьи и брака, рекомендуют паре, вступающей в брак, проверить себя на совместимость по запахам.

Человек познает окружающие предметы, прикасаясь к ним. При этом он получает информацию об их форме, поверхности, твердости, температуре. В таких случаях говорят, что человек познает мир через осязание. Осязание – психофизиологическая функция, позволяющая ощущать и различать форму, размер, характер поверхности и температуру объектов окружающей среды. Естественно, что эти параметры можно определить лишь на основе сочетания движении и непосредственных прикосновений.

Осязательные ощущения возникают на основе переработки информации, поступающей при раздражении температурных, тактильных, болевых, мышечных и суставных рецепторов. Таким образом, осязательные ощущения обеспечиваются работой кожной и нроприоцептивной сенсорных систем и, конечно, Высших отделов головного мозга.

Способность человека к осязательным ощущениям широко используется при восстановлении зрения, слуха и речи людям, которые их потеряли.

§2. Осязательные ощущения и их основные качества

Кожная
чувствительность включает ощущения
прикосновения, боли,тепла и холода.

Термин
«осязание» употребляют в двух разных
значениях. С одной стороны – как синоним
кожной чувствительности, с другой
стороны под осязанием понимают гаптическую

чувствительность,
которая включает ощущение прикосновения
и кинестетические ощущения. Гаптическая
чувствительность проявляется в процессе
ощупывания рукой объекта внешнего мира.

Если
объект покоится на руке, то имеет место
лишь пассивное осязание. И только если
испытуемый активно ощупывает предмет
(сочетание осязания и кинестетики),
можно говорить об активном осязании.

В
психологии найдены способы изучения
изолированного протекания непосредственно
осязательных и кинестетических ощущений,
показывающих общее и различное в обоих
видах чувствительности по отношению к
одному и тому же внешнему предмету.

Основными
качествами, отражающимися в осязательных
ощущениях, являются:

прикосновение;

давление;

качество
поверхности воздействующего тела
(«фактур-
ность»), т.е. гладкость или
шероховатость материала предмета;

протяженность
– отражение площади механического
раздражителя;

отражение
плотности предмета или ощущение тяжести.

Взаимодействие
осязательных и кинестетических ощущений
обеспечивает отражение основных
механических свойств предмета – твердости,
упругости, непроницаемости.

Осязательные
ощущения не только позволяют отразить
свойства внешнего предмета, его
характеристики, но и участвуют в
образовании «схемы тела» за счет
соотнесения действия механического
раздражителя на определенную часть
тела. При расстройстве осязания какой-либо
части поверхности тела человек перестает
ощущать эту часть как свою собственную,
она кажется ему чужой.

Разные
части кожи человека характеризуются
различной абсолютной чувствительностью
к прикосновению и давлению. Определяют
порог осязательных ощущений с помощью
набора волосков Фрея. Диаметр каждого
волоска измерен с помощью микроскопа.
Порог осязательных ощущений изме-

ряется
из расчета величины диаметра волоска
при его давлении на 1 кв. мм кожи.
Осязательная чувствительность наиболее
развита на частях тела, наиболее удаленных
от центра тела: руках, кончиках пальцев
рук, кончике языка, кончиках пальцев
ног. У одного и того же человека
осязательная чувствительность
увеличивается в 125 раз с переходом от
плотных частей подошвы к кончику языка
и пальцев.

Чувствительность
осязательных рецепторов (кожи) зависит
от перемен давления, которое возникает
при трении предмета и кожи. При отсутствии
перемен давления или их незначительности
происходит быстрая адаптация осязательного
анализатора к раздражителю. Мы чувствуем
кольцо на пальце, когда его снимаем или
одеваем, т.е. при наличии трения или
перемен давления.

По
мнению Л.М.Веккера,/>y/ca человека является
сложной координатной системой, в которой
имеется своя точка отсчета, а также ряд
передатчиков импульсов движения. Большой
палец является «точкой опоры» или
начальной точкой отсчета. Ведущим звеном
в координатной системе является
указательный палец. Средний и безымянный
пальцы – передатчики импульсов движения.
Координатная система нарушается при
исключении большого или указательного
пальцев.

Ряд
факторов играют важную роль в сенсибилизации
пассивного осязания. Одним из них
является взаимодействие зрения и
осязания. Осязательная чувствительность
повышается в условиях освещения.
Совместная деятельность осязательного
и двигательного анализатора приводит
к сенсибилизационным изменениям порога
осязательной чувствительности.
Установлено повышение осязательной
чувствительности под воздействием
болевого раздражителя (У. Томсон). Мощным
фактором изменения осязания является
влияние второй сигнальной системы. Как
показал Л.М.Веккер, словесное воздействие
ускоряет процесс дифференцировки
механических раздражителей, способствует
большей подвижности и активности
координатной системы руки.

Лора Маркс. Осязательная эстетика

Термин «осязательный» (от греческого haptesthai — соприкасаться; хватать: Оксфордский словарь английского языка) означает «принадлежный чувству осязания». Прикосновение включает в себя совокупность видов ощущений, в том числе для восприятия давления, температуры, боли и положения в пространстве, или проприоцепции. Осязательная эстетика, новейшее поле исследования, отражает рост интереса к прикосновению и тактильности в таких сферах, как антропология, история искусства, киноведение, исследования интерактивных медиа, психология, нейронаука и философия.

Устройство сенсориума сильно отличается исторически и в разных культурах, и во многих его ипостасях осязание занимает важное место. Примером тому является индийская эстетика расы, древняя теория драматического театра, моделирующая эмоцию через вкус^{. Виды искусства, которые на Западе считаются второстепенными, как, например, текстиль, культивируют осязание как источник знания и удовольствия, что делают и повседневные и специализированные практики, в которых прикосновение занимает центральное место — от занятий любовью до медицинской диагностики. Однако западная эстетика исключала осязание, как и другие проксимальные чувства, поскольку оно считается неспособным к трансцендентному опыту. Прикосновение подрывает различение между субъектом и объектом, между воспринимающим и воспринимаемым, что обычно считается необходимым для эстетического суждения. Также, будучи чувством, которое отвечает на непосредственный контакт с предметом, прикосновение считается слишком близким по отношению к вещи для того, чтобы быть ее объективной репрезентацией.}

Этот текст представит историю изменения концепций осязания, обсудит модели осязательного зрения и вкратце новые осязательные медиа.

 

Прикосновение в западной философии

И Платон, и Аристотель помещали зрение и слух на вершину иерархии чувств из-за их способности служить разуму. Тем не менее, поскольку Аристотель считал, что для познания частностей люди полагаются на чувства, его теория восприятия отводит прикосновению центральное место. В трактате «О душе» он определяет осязание как фундаментальный набор ощущений, на который полагаются все живые существа, и как самое избирательное из всех человеческих чувств, где вкусу отведена роль наивысшей части осязания^{. Аристотелевская модель чувственного восприятия, в соответствии с которой чувства создают в уме «воспринимаемые формы вещей без их вещественности», подобно воску, отлитому в форму, установила квазиосязательные отношения с воспринимаемым миром как основу всего чувственного опыта. Более того, Аристотель признавал, что даже самое непосредственное чувство, прикосновение, должно быть опосредовано: тело осуществляет посредничество между миром материи и душой.}

Леонардо да Винчи. Лист из рукописи, посвященной оптике, механизму зрения, строению глаза

Аналогичным образом ранние представители мусульманской теологии, калама, создававшие метафизику на основе Корана, писали о прикосновении со зрением как о чувствах, обеспечивавших достоверное знание о веществах, в то время как другие чувства воспринимали только случайности^{. Арабские философы, в том числе аль-Кинди, аль-Фараби, Ибн Сина (Авиценна) и Ибн Рушд, совершенствовали концепции внутренних чувств, так называемых из-за того, что, подобно внешним чувствам, они имеют дело с частностями: Ибн Сина пришел к выводу о том, что они составляют образные, мыслительные, оценочные и запоминающие чувства, объединенные здравым смыслом. Синтез Ибн Сины получил дальнейшее развитие в средневековой европейской философии и психологии Роджера Бэкона, Альберта Великого, Фомы Аквинского и других. Аквинский утверждал, что тонкость ума возникает из тонкости чувства осязания и что здравый смысл основывается в осязании.}

Искусствовед Дэвид Саммерс ^{указывает на то, что средневековое понимание здравого смысла повлияло на современную эстетику больше, чем это обычно признается, в частности, это касается суждения вкуса: эстетика XVIII века сохранила аристотелев­скую характеристику вкуса как высшей формы разборчивого чувства осязания. В XVIII веке также появилось понятие такта в значении «умное и учтивое чувство подобающего» (Оксфордский словарь английского языка) в английском языке. Тем не менее, вкус (и осязание) были лишь метафорами для современной эстетики, которая продолжала отвергать эстетическую ценность проксимальных ощущений как таковых. Кант утверждал, что чувства осязания, вкуса и запаха не могут быть незаинтересованны; они могут быть проводниками приятных ощущений, но не прекрасного. Гегель аналогичным образом утверждал, что проксимальные чувства могут стать источником удовольствия, но не трансцендентности искусства.}

В XIX веке философская мысль, вдохновленная материализмом, экспериментами в психологии и некоторыми незападными системами мышления, стала подвергать сомнению дуалистическую эстетику, которая приравнивает зрение к трансцендентности, и ценить осязание не только как форму познания,  но и модель субъективности, в которой Я и Другой неразрывно связаны. Здесь следует упомянуть акцент Ницше на «чутье», или обонятельной форме знания. Подобные подходы внесли свой вклад в критику окуляроцентризма в нововременной западной мысли, проанализированной Мартином Джеем^{, Джонатаном Крэри, Дэвидом Майклом Клейнбергом-Левиным и многими другими.}

Одним из источников осязательной эстетики стало возрождение в XX веке второстепенной концепции мимесиса, понимаемого не как подражание идеалу, а как воплощенная, неиерархическая альтернатива репрезентации. На это частично повлияли наблюдения антропологов за разновидностями воплощения, такие, как этнологическое изыскание о «Техниках тела» 1934 года Марселя Мосса, которые культивировались как культурно, так и индивидуально, и увлечение сюрреалистов назападными культурными практиками^{. Мимесис — это один из способов, с помощью которого теоретики Франкфуртской школы пытались противопоставить воплощенную и тактильную эпистемологию абстрактному и инструментальному разуму: мимесис представлял собой форму репрезентации, характеризующуюся не подчинением, а неиерархической ассимиляцией различий. Вальтер Беньямин утверждал, что «миметическая способность», благодаря которой человеческое тело узнает и создает сходства с миром, связывает значение с историей в квазитактильной близости, далекой от представления, что мир состоит из произвольных знаков. Для Теодора Адорно и Макса Хоркхаймера мимесис — это чувственный пережиток человеческой экспрессивности, ресурс сопротивления разрушительному отчуждению людей от природы, насаженному инструментальной рациональностью. Теоретики деконструкции, такие как Жак Деррида, Люс Иригарей и Филипп Лаку-Лабарт, определили критический потенциал мимесиса в его способности подорвать любое чувство подлинности. Лаку-Лабарт также утверждал, что мимесис в квазитактильной близости к предмету подражания разрушает разницу между субъектом и объектом.}

Феноменологии Эдмунда Гуссерля и Мориса Мерло-Понти заложили основу для недуалистической осязательной эстетики, в которой субъект и объект переплетаются между собой. Мерло-Понти писал о том, что, хотя зрение с его способностью распространяться на расстояние позволяет нам «похвалиться, что мы сами конституируем мир», тактильный опыт «плотно прилегает к поверхности нашего тела, мы не можем его развернуть перед собой, он не становится полностью объектом. <…> Это не я совершаю прикосновение, его совершает мое тело»^{. Осязание напоминает нам о том, что мы неотделимы от мира, что наши границы не заканчиваются кожей, что чувство собственного «я» возникает из нашего чувственного бытия в мире. Концепция обратимости Мерло-Понти, иллюстрируемая взаимным касанием рук, утверждает, что кто-либо может воспринимать только постольку, поскольку воспринимают его; бытие субъекта подразумевает бытие объектом для других. Акцент феноменологии на взаимном воплощении тем самым породил осязательную этику. Тем не менее, Люс Иригарей критиковала Мерло-Понти за то, что он дал привилегию зрению, сделав его образцом всех остальных органов чувств, и тем самым упустил из виду радикально осязательные последствия своего собственного понимания «плоти» как обратимого проводника опыта. Иригарей утверждала, что осязание, как первое чувство, испытываемое плодом и младенцем, дает модель взаимозависимых отношений между я и миром.}

Мыслители деконструктивистского направления поставили под сомнение каждое из условий аристотелевского подхода к осязанию как образцу чувственных посредников между материей и мышлением. Жан-Люк Нанси́, радикализируя античное понимание прикосновения как основы всех других чувств, утверждал, что чувства не столько составляют чувствительность, сколько разрезают ее или прерывают: следовательно, искусство не реагирует на ранее существовавшие способы чувственного восприятия, но порождает новый чувственный опыт^{. Нанси́ разложил тело, понимаемое феноменологией как единое, связанное с миром в чувственном восприятии, на множество дополняющих друг друга, соприкасающихся тел, чьи отношения между собой в своем большинстве технически опосредованы — подтверждением тому служит рассуждение Нанси о собственной пересадке сердца в «L’Intrus» (2000). Трансцендентальное уравнивание Аквинским осязания и интуиции также подверглось критике Нанси. Жак Деррида проследил многочисленные возвраты философии к аристотелевскому пониманию осязания как посредника между ощущением и пониманием — бескомпромиссно, а с особенно жесткой критикой в адрес феноменологии, которая, по его утверждению, занимается «осязательноцентричной метафизикой», поскольку стремится найти в касании (и в телесности в целом) гарантию непосредственности или присутствия.}

Тем не менее, фокусирующееся на осязании мышление породило множество продуктивных способов описания и оценки опыта многих видов. Антропология возглавила недавний «воплощенный поворот» в гуманитарных и социальных науках. Майкл Тауссиг ^{связал тактильные формы знания у индейцев племени Куна с телесным мимесисом, который высоко ценился Франкфуртской школой. Сенсорные антропологи, такие как Дэвид Абрам, Констанция Классен, Томас Чордаш и Дэвид Хауэс, исследуют культурные знания, которые развивают эпистемологию, космологию и эстетику на основе проксимальных ощущений. Феминистская мысль в многочисленных сферах, опираясь на феноменологию, материализм и другие недуалистические философские школы, предлагает новые оценки воплощенного и особенно осязательного знания. И аристотелевская двояко трактуемая характеристика осязания как эпистемологического чувства, разделяемого всеми животными, послужила философии, объясняющей нечеловеческий опыт. Современные философы, такие как Анри Бергсон, Альфред Норт Уайтхед, Жиль Делёз и Феликс Гваттари, адаптирующие исследование Якоба фон Икскюля о трехточечной сенсорной системе кровососущего клеща, и Элизабет Грош изучают ощущение как способ познания внешнего мира, который не обязательно отдает предпочтение человеческому опыту.}

 

Теории осязательного зрения

Хотя зрение давно считается наиболее важным органом чувств для приобретения знаний, через историю западной мысли проходят и побочные течения осязательной эпистемологии. Три из них — атомизм, мимесис и дополняющее его понятие индексальности, а также осязательная визуальность.

 

Атомизм

Атомистическая космология предполагает, что Вселенная состоит из тактильных взаимодействий. Греческие и арабские представители атомистической философии полагали, что материальная форма атомов создает ощущения; таким образом, все ощущения в своей основе осязательные, а зрение является разновидностью осязания. Атомистическая теория зрения утверждала, что глаз получал тонкий слой атомов (который Лукреций называл симулякром), отделявший себя от объекта^{. Аристотель также, как мы видели, предполагал, что видение основывается на контакте между объектом, средой и глазом. Теория экстрамиссии зрения Евклида и Птолемея также обладает осязательным качеством, поскольку предполагает, что конус лучей, исходящих от глаз зрителя, освещает объекты. После 1000 года н. э. теория экстрамиссии сменилась научной оптикой Ибн аль-Хайсама (Альхазена), чья теория зрения опиралась на внутренние чувства для координации воспринимаемых данных и, таким образом, напоминает воплощенные и субъективные концепции зрения XIX века. Тем не менее, интромиссионная теория зрения заложила основу для европейской теории перспективы эпохи Возрождения с ее в высшей степени бестелесным наблюдателем.}

Кадр из фильма Льюиса Бунюэля и Сальвадора Дали «Андалузский пес», 1929

После пары тысячелетий, когда атомизм был не в моде, он вернулся в качестве квазиосязательной теории восприятия, которая не дискриминирует между чувствами. Философия процесса Уайтхеда ^{является атомистической в том смысле, что он предполагает, что Вселенная состоит из взаимодействующих сущностей, которые постоянно трансформируются в своем схватывании друг друга. Термин Уайтхеда «хватание» заменяет термин «восприятие» «схватыванием», которое не дискриминирует виды ощущений и включает в себя ментальные хватания. Во многих отношениях нейронаука поддерживает эту неоатомистическую точку зрения.}

 

Мимесис и индекс

Связанное с этим течение тактильной эпистемологии, возможно, изначально находившееся под влиянием экстрамиссионной теории зрения, утверждает, что зрительные образы создаются не посредством имитации, а посредством соприкосновения. Такое понимание мимесиса возникло во времена спора византийских теологов о том, что живопись (graphe) является не имитацией, а отпечатком (typos, sphragis). Византийцы приняли тактильную теорию зрения для того, чтобы защитить идею, что религиозная икона была вещественным отпечатком черт Христа и, следовательно, не являлась идолопоклонством. В IX веке Феодор Студит утверждал, что иконописец не прибегал к искусному приему, а достоверно запечатлевал на доске впечатление, отпечатавше­еся в его глазах^.

Византийская теория осязательного образа впала в немилость на Западе с ростом перспективизма. То же постигло и представление о том, что зрение влечет за собой телесный контакт между зрителем и воспринимаемым предметом. Вера эпохи Возрождения и Просвещения в то, что зрение было объективным и бестелесным, обеспечивала понимание субъективности, в котором воспринимаемый и воспринимающий, внутреннее и внешнее, Я и Другой были четко различимы. Художники использовали перспективу, иллюзионистское пространство и четкое отделение фигуры от фона для создания произведений, которые удовлетворяли потребности в дистанцированном и рациональном наблюдающем субъекте. Только в XIX веке оптические эксперименты Пуркинье и других исследователей продемонстрировали, что зрение облечено в тело и нестабильно.

Историки искусства конца XIX столетия, находившиеся под влиянием развития психологии восприятия, предложили квазимиметические теории репрезентации. Роберт Фишер^{, Вильгельм Воррингер и другие утверждали, что воспринимающая ощущает воплощенное сходство с формами, которые она воспринимает. Воррингер предложил два конкурирующих между собой художественных влечения, которые вызывают соответствующие телесные и психические реакции. Абстракция, характеризуемая геометрическим искусством, представляла собой тревожную, примитивную реакцию человека на жизненную силу природы. Эмпатия, то есть искусство натуралистическое и фигуративное, подчеркивала гармонию человека с природой. Эти влечения пересекаются в беспрепятственных линиях готического стиля, которому Воррингер приписывает неорганическую жизненную силу.}

Мы можем рассмотреть мимесис как фактор одной из знаковых категорий, разработанных Чарльзом Сандерсом Пирсом в его трех трихотомиях знаков, а именно индекса — знака, который обозначает свой предмет по необходимости, «в силу того, что он подвергается реальному воздействию своего Объекта»^{. Понятие индекса было популяризировано (и несколько искажено) как образ, сформированный посредством тактильного контакта, где фотография служила центральным тому примером. Следовательно, рассматриваемые как индексы, оптические медиа являются искусством осязания. (В последнее время мыслители выражают обеспокоенность тем, что цифровые медиа прерывают индексный поток, но я бы сказала, что цифровые оптические медиа продолжают носить характер индекса.) И, конечно, все отметки являются зримыми индексами тактильного события.}

Темная сторона осязательной эстетики, а именно риск потерять себя, возникла из современной переоценки мимесиса. Манифесты Ф. Т. Маринетти о футуризме 1909 го­да и эссе «Тактилизм» 1921 года отдавали предпочтение искусству подавляющего, бурного, мультисенсорного контакта. Подобная непосредственность блокирует рациональные реакции, и приверженность Маринетти фашизму подчеркивает то, как тоталитарные зрелища и средства массовой информации мешают зрителям занимать критическую дистанцию. В эссе 1935 года Роже Кайуа провел параллель между мимикрией у насекомых и у людей, страдающих шизофренией и другими расстройствами, в которых утрачивается чувство различия между собой и ми­ром: случай излишней близости, тактильного суицида^{. Подобная критика возвращает нас к исходной точке — к исключению Платоном поэтов из его Республики, так как их музыка сводит слушателей с ума в порыве миметической страсти.}

 

Осязательная видимость

В конце XIX века ряд искусствоведов, опираясь на психологию восприятия, характеризовали произведения искусства в соответствии с тем, как они соотносятся с визуальностью в пространстве. Адольф Хильдебранд ^{различал способы, какими дальнее и ближнее зрение воспринимают объекты. Генрих Вёльфлин охарактеризовал искусство эпохи Возрождения и барокко в соответствии с набором бинарных определений (линейный/живописный, плоскость/глубина, закрытая/открытая форма, единство/мно­жествен­ность, ясная/неясная форма): последняя отдает предпочтение относительно субъективной и воплощенной форме восприятия. Бернард Беренсон утверждал, что наиболее важным для живописи качеством является «способность стимулировать тактильное сознание». Алоиз Ригль обобщил концепции своих немецких коллег в своем различении между осязательным и оптическим, и между ближним, нормальным и дальним зрением. Он взял термин «осязательный» («гаптический») из физиологии, чтобы подчеркнуть хватательную природу такого рода зрения. Ригль утверждал, что история искусства начиная от искусства Древнего Египта через позднеримское искусство до возрожденческой живописи характеризовалась постепенным отходом от осязательного принципа, обращавшегося к ближнему зрению, в котором фигуры прилегают к неиллюзионистской, материальной основе, к оптическому, обращающемуся к дальнему зрению, в котором фон является абстрактным, а фигуры населяют иллюзионистское пространство. Под влиянием эстетики Гегеля Ригль толковал эти исторические перемены телеологически. В работе «Голландский групповой портрет» (1902) он доказывал, что растущее развоплощение и оптичность живописи преследовали цель исключительно психологической интерсубъективности.}

И все же Ригль защищал эту телеологию от осязательного к оптическому в то время, когда западная живопись отказывалась от перспективизма и экспериментировала с осязательным пространством. Это также было временем, когда благодаря колониальным приключениям своих стран в Северной Африке, на Ближнем Востоке и на индийском субконтиненте европейцы все больше знакомились с осязательными эстетическими традициями других культур. Сам Ригль, служивший куратором раздела текстиля, разработал словарь орнамента и явился примером ближнего зрения, которое он предлагает.

Масао Ямамото. «Без названия», 2007

Делёз и Гваттари присвоили и изменили понятие осязательного зрения Ригля и понятие готической линии Воррингера для описания «кочевничьего искусства» ^{— искусства народов, угрожаваших росту государств Рима и Византии, где развивалось изобразительное искусство. Делёз и Гваттари возвышают осязательное пространство и абстрактную линию как нефигуративные и нерепрезентативные формы, которые не представляют живые формы, а воплощают саму жизнь. В то время как Ригль определял «хватательными» объекты с четко очерченными контурами, предполагающими, что их можно касаться, Делёз и Гваттари отождествляли осязательное зрение с ближним зрением, не различавшим фигуру и фон.  Осязательное пространство и абстрактная линия становятся у Делёза и Гваттари подмножеством категории гладкого пространства, пространства обусловленного, приближенного, краткосрочного, интенсивно населенного и не имеющего неподвижной внешней точки отсчета. Позднее Делёз классифицировал четыре способа связи жестов рук и глаз в живописи. Два из них остаются подчиненными репрезентации: «цифровой», который подчиняет руку зрению, создавая относительно оптическое изображение, и «осязательный», сравнимый с «хватательным» Ригля, или виртуальная отсылка к прикосновению в оптическом изображении. «Ручной» режим рисования дает преимущество руке над зрением и «демонтирует оптическое», а «хватательный» режим позволяет глазу открыть его осязательную функцию.}

Вальтер Беньямин в своем тексте 1933 года «О миметической способности» ^{перевернул риглевскую телеологию западного искусства от осязательного к оптическому, утверждая, что Новое время характеризовалось осязательной формой восприятия. Осязательная эстетика очевидно прослеживается в метафорах тактильной смежности в эссе «Произведение искусства» 1936 года, как в его утверждении, что исчезновение ауры частично соответствовало «страстному стремлению масс приблизить к себе вещи», и в описании дадаизма как метательного искусства, которое «превратилось у дадаистов в снаряд. Оно поражает зрителя. Оно приобрело тактильные свойства».}

Этот переворот, а также интервенции Делеза и Гваттари послужили возрождению риглевских терминов «осязательное» и «оптическое», особенно в киноведении начиная с 1990-х годов. Вслед за Риглем Ноэль Берч ^{и Антония Лант обратили внимание на осязательный облик неглубокого рельефа в раннем и экспериментальном кинематографе. Другие теоретики кино — такие как Вивиан Собчак, Стивен Шавиро, Лора Маркс и многие другие после — утверждали, что видение не обязательно предполагает дистанцию и господство, приписанные ему воспитанной лакановским психоанализом «теорией взгляда», а может обращаться с кино миметически и осязательно. Собчак основывалась на Мерло-Понти, чтобы утверждать, что кинематограф обращается к телесному и мультисенсорному зрительству. Маркс, вслед за Делезом, Гваттари и Мерло-Понти, показывала, что осязательные образы в кинематографе, сокращая расстояние между образом и зрителем, способствуют формированию телесной связи с образом, которая задействует неаудиовизуальные органы чувств и взывает к телесной памяти. В более типичных оптических изображениях кинематограф изолирует объект наблюдения от  наблюдающего субъекта, допуская ментальную дистанцию, позволяющую зрителю «отождествиться» с той или иной фигурой. Осязательные образы, напротив, откладывают разрешение, фигурацию и смысл, поскольку все они требуют ментальной дистанции. Но так как подобные изображения легко не заметить, они требуют некоторой воли или интереса со стороны зрителя; поэтому Маркс предложила термин «осязательная визуальность», подчеркивающий наклонность зрителя к осязательному восприятию.}

Кинематограф приобретает осязательные свойства благодаря низкому разрешению, мягкому фокусу, размытости, высокой степени детализации, небольшому фокусному расстоянию, крупным планам, текстуре изображения или изображениям фактурных объектов. Низкое разрешение и повреждение носителей, например, царапины на пленке, аналоговое и любительское видео, цифровой «глитч» могут создавать осязательный эффект. Таким образом, осязательные образы могут вызвать чувство совместного проживания чего-то хрупкого и конечного. Эта угроза напоминает нам о привлекательности оптических изображений, которые убеждают зрителя в его целостности и бессмертии его души вне зависимости от их вымышленности.

Осязательная эстетика и понимание значения проксимальных чувств позволяют нам ценить традиции в искусстве, которые считались второстепенными или декоративными. К ним относятся ремесла, которые требуют ручного производства и ближнего зрения (действительно, различие между ремеслом и изобразительным искусством ослабевает, когда мы не отмахиваемся от проксимальных чувств), и мировые традиции сравнительно нефигуративных видов искусства. Осязательная эстетика подчеркивает воплощенное свойство абстракции и успокаивает беспокойство о том, что произведения искусства XX века и современности, обыгрывающие орнамент и поверхность изображения, являются лишь декоративными.

 

Технологические опосредования осязания

Герхард Рихтер. «Женщина, спускающаяся по лест-нице», 1965

Тактильность вновь стала цениться в архитектуре, моде и дизайне, в сферах, где задействованы объекты, уже тактильные по своей природе. В какой-то степени это развитие может быть воспринято как часть возросшей товаризации всех элементов чувственного опыта и как обновление эстетики суверенного субъекта, чтобы, наконец, включить осязание. Тем не менее, как феноменология осязания, так и ее деконструктивная критика предупреждают нас — если этого еще не сделал Аристотель — о том, что осязание, будучи опосредованным, столь же поддается творческой перекройке (и прямому манипулированию), как и любое другое чувство. Таким образом, технологически опосредованные формы искусства, которые стимулируют осязательные реакции, обладают творческим потенциалом^{. Дизайн интерфейса, современное расширение античного искусства технологического протезирования, превращает алгоритмические данные в тактильный опыт. Осязательные технологии, такие, как силовая обратная связь (которая создает ощущения давления, фактуры, вибрации и т. д.), могут усиливать ощущение прикосновения к моделируемым объектам или пребывания в моделируемом пространстве, в тактильной иллюзии присутствия, полезной для игр, учебных пособий для хирургов и пилотов, а также приборов для людей с нарушениями зрения.}

Медиа, которые просто имитируют тактильные ощущения, разочаровывают как искусство. Мы также можем критиковать иммерсивную среду, основанную на компьютерном моделировании перцептивного опыта, за восполнение иллюзии человеческого перцептивного господства. Но осязательные интерфейсы могут также создавать ощущения, которые ничего не имитируют, а, скорее, перекраивают чувства, в том числе переводя другие органы восприятия в тактильные формы. Такие произведения искусства используют пространство тактильного посредничества в качестве своего медиума, потенциально создавая новые формы воплощения^{. Когда это происходит, «осязательные» технологии образуют художественные медиа в полном смысле слова, коль скоро искусство — это то, что не подтверждает чувства, а создает их заново.}

 

Перевод с английского АННЫ ЛИКАЛЬТЕР

Словарная статья из Encyclopedia of Aesthetics. Second edition. Edited by Michael Kelly. Oxford: Oxford University Press, 2014. Печатается с разрешения автора и издательства Оксфордского университета.

Почему чувств на самом деле не пять? • Расшифровка эпизода • Arzamas

Стыд, температура, проприоцепция, ноцицепция и другие чувства, не входящие в классическую пятерку

Автор Мария Пироговская

Мы все знаем, что чувств у нас пять. Откуда мы это знаем? Из здравого смысла или из обыденного языка, который подсказывает нам выражение «шестое чувство» — то есть чувство, которого нет. Кто-то знает из похо­да в Эрмитаж с его малыми голландцами, на чьих картинах аллегорически изобража­ются зрение, слух, обоня­ние, осязание и вкус. А кто-то читал Аристо­теля:  в тракта­те «О душе» он рассуждал об ощущениях, которые отли­чают живот­ных и людей от остального живого мира. Первое отличие заключа­ется в чув­стве осязания; еще одной, особой формой осязания является вкус; со вкусом сходно обоня­ние — оно опосредо­вано водой или воз­духом; наконец, зрение и слух­ трактуют­ся как возможность воспринимать цвета и звуки. Для Аристо­теля зрение — самое важное из чувств, поскольку оно делает возможной фантазию и тем самым отделяет ощущение от мышле­ния, то есть животную душу от челове­че­ской. Так пять чувств стали осмысляться иерархически: наверху — зрение и слух, то есть интел­лектуаль­ные высшие чувства; внизу — живот­ные чувства: вкус, обоняние и осязание.

Еще вроде бы говорят о шестом чувстве. И еще есть чувство голода. А равно­весие (его еще называют проприоцеп­цией) — это чув­ство или нет? А болевой порог? А ощущение температуры? Картина оказывается весьма запутан­ной. Получается, что, помимо кано­ни­че­ских пяти чувств, о которых известно всем, есть еще какие-то, знания о которых принадлежат специалистам: медикам, неврологам и так далее.

Допустим, вы пришли в поликлинику к терапевту и начинаете ему рассказы­вать, чтó и где у вас болит, ноет, жжет и так далее. В какой-то момент врач понимает, что с вами происходит, и говорит: «Вот на это, пожалуйста, не обра­щайте внимания, эти ощущения вам и мне не важны, я не буду на них строить диагноз. А вот на этих ощуще­ниях, наоборот, давайте сосредото­чимся». Полу­ча­ется, что мы можем направ­лять свое внимание на какие-то сигналы своего тела и потом получен­ное знание переводить в слова. А другие телесные ощуще­ния мы, напротив, можем оставлять на периферии и жить с ними в фоновом режиме — так люди, например, привыкают к хронической боли.

У всех нас есть тела, и эти тела оснаще­ны особым чувственным аппаратом, который передает в мозг данные о состоянии внешней среды и самого тела. Кажется, что это епархия нейрофизиологов, неврологов или когнитивных исследователей. Но так ли это? Помимо собственно нейрофизио­логи­ческих сигналов, мы можем рассматривать чувствен­ное восприятие еще и как неко­торый культурный и социальный процесс. Социальные антропологи предла­гают рассматривать процесс чувствования или процесс ощущения как социа­льное явле­ние — подобно религии, родственным отно­ше­ниям или покупкам в магазине. Сенсор­ные данные незаметно для нас самих окрашены социаль­ными значениями. То, что и как мы чувству­ем, что выделяем как зна­чимое, а что игнорируем, влияет на отношения между людьми.

Например, в нейрофизиологии существует понятие шестого чувства. Это вовсе не интуиция в бытовом смысле, а ощущение собственного тела, его внутренний отклик от суставов, мышц, конечностей, их поло­жения и движения. Шестое чувство — проприоцепцию — в конце XIX века описал английский нейрофизио­лог Чарлз Шеррингтон, но попытки как-то назвать, обозначить внутреннее ощущение тела возникали гораздо раньше, еще в ренессанс­ной медицине. Это то, как мы ощущаем свое тело и его движения в пространстве, то есть суставно-мышечное чувство. Обычно мы не рефлексируем над этими ощуще­ниями и замечаем их, только если что-то пошло не так, — только тогда наше внима­ние фокусируется на этих ощущениях. Например, если по просьбе невролога нам надо стоять на одной ноге или закрыть глаза и вытянуть руки. Или если мы занима­емся танцами или йогой и специально учимся фокуси­ровать внима­ние на отклике тела (то, что в разных школах йоги называется «быть в теле»). В других, менее удачных случаях внимание будут привлекать поломки соответ­с­т­вующей сенсорной системы. Например, невролог Оливер Сакс в книге «Чело­­век, который принял жену за шляпу» описал случай полной утраты проприо­цепции: у его пациентки Кристины из-за полиневрита пропало ощу­щение собственного тела от макушки до пяток. В качестве компенсации она должна была пользоваться зрением и выстраивать все свои движения заново, обдумы­вая их после­довательность и следя за ними глазами. Из гиперправиль­ных и оттого странных движений и поз Кристины окружающим казалось, что с ней что-то не так: то ли пьяная, то ли еще что-то. Но понять и назвать это «не так» они не могли. Оказывается, сидеть на стуле, стоять, заходить в авто­бус — это очень сложные операции, которые мы совер­шаем бессознательно благодаря беспроблемно работающей проприо­цепции. Более того, мы совер­шаем их «как-то», то есть в соответствии с нормами телесного поведения, принятыми в нашем обществе.

Другое незамечаемое и редко проблема­тизируемое чувство — ощущение тепла и холода. Его еще называют термоцеп­цией. С осязанием из «большой пятерки чувств» оно не связано: за ощущение тепла и холода отвечают особые рецеп­торы в коже. Например, в разных культурах существуют разные наборы терминов, которыми выражаются градации температуры, и у нас есть пред­став­ления о приемлемой или неприемлемой температуре тела или дома. Скажем, мы умиляемся скандинавской культуре хюгге, но не отдаем себе отчет в том, что люди ходят дома в красивых вязаных свитерах с оленями потому, что в квар­тире приемлемой температурой счита­ется 16–18 градусов, а не при­вычные нам 20–24 (зато мы сразу заметим, если с привычной нам температу­рой что-то случится: поздно подключат паровое отопление или в середине октября внезапно можно будет ходить без куртки).

Какие-то следы иначе осмысленной термо­цепции можно обнаружить в языко­вых метафорах. Мы говорим о горячих и холодных людях — для нас эти мета­форы стерты, но когда-то они имели реальный медицин­ский смысл: в антич­ной медицине темпера­тура была присуща каждому из четырех темпера­ментов и считалась рабочей и постоян­ной характеристикой человече­ского тела. Сообразно температуре, горячим сангвиникам рекомендовались одни лекар­ства и продукты, а холодным меланхоли­кам — другие. Если же обра­щаться к более далекой от нас культуре, можно увидеть еще более затейливые способы включения термоцепции в социальные отношения. Например, у индейцев цоциль, которые живут в мексиканском штате Чьяпас, время и пространство обладают темпера­турными характеристиками. Согласно космологии цоциль, солнце создавало мир четыре раза и три раза разрушало с помощью кипящего дождя; солнце и солнечное тепло служат референт­ными точками для называ­ния времени суток, месяца и года, а разные точки пространства имеют разную темпера­туру; стороны света называются по силе жары и так далее.

Если вернуться к примеру с терапевтом, то можно сказать, что даже такое несомнен­ное чувство, как боль, может иметь совер­шенно разные социальные смыслы. Ощуще­ние боли (ноцицепция) есть у всех. На инди­видуальном уровне это ощущение может довольно сильно варьировать: это называют болевым порогом — у кого-то он высокий, у кого-то — низкий. На уровне социума раз­нообразия не меньше: одни виды боли могут не замечаться, другие поло­жено терпеть, к третьим относятся с большим вниманием. На ситуацию влияет и то, кто испытывает боль и кому на нее жалуются. Представьте себе ребенка в диа­логе с родителями, или молодого солдата в диалоге со старшими по званию, или пожилую женщину на приеме у терапевта: представления о том, что такое боль, в каждой из этих ситуаций будут разными. А если перейти на уровень сравнения культур между собой, то контраст будет еще более сильным. Напри­мер, американские медицинские антропологи обнаружили, что довольно сложно измерить уровень боли. Инструмент, который используется для изме­рения, — визуально-аналоговая шкала, которая состоит из условных гримас и цифр от 1 до 10: чем сильнее гримаса, тем больше цифра и тем большую боль человек испытывает. Визуально-аналоговая шкала предпола­гает универсаль­ный характер боли — однако выясняется, что на оценку сильно влияют социаль­­ные характе­ристики пациента и сама коммуника­тивная ситуация (разговор с врачом или парамедиками).

В одном исследовании сравнивали восприятие боли у рожениц из Бельгии и Нидерландов. У этих стран общий язык, похожие политические системы и среда обитания. Однако отношение к родовой боли и обезболиванию оказа­лось разным — до такой степени, что исследователи говорят о двух разных «культурах боли». Что различается, какие факторы могли повлиять на форми­рование этих разных культур боли? С одной стороны, в этих странах разные религиозные ландшафты. С другой — медицинская помощь устроена по-разному. В Бельгии преобладает медицинская модель больничных родов: весь процесс происходит под контролем врачей, и боль кажется ненужным осложне­нием и без того непростой ситуации. В Голландии популяр­ны домаш­ние роды, и боль считается подспорьем для акушерки и самой рожени­цы — тем самым она нормализуется, женщины в большей степени готовы ее терпеть. То есть социальные и культурные различия дают себя знать и на уровне ощущения боли и коммуникации о ней.

Столкновение разных культур боли и разных языков ощущений можно наблю­дать и внутри одного общества. Самый очевидный пример — этни­ческие мень­шинства внутри большого общества. Менее очевидный — периоды активного культур­ного импорта, когда старая, привычная культура боли сталкивается с новой. В качестве примера можно привести Россию конца XVII века (новая прививка западной гуморальной медицины на фоне устояв­шегося подхода к телу и болезням, который определялся религиозными воззрениями и верой в колдовство). Здоровьем царя и его ближайшего окружения занимался Апте­карский приказ — это тогдашний аналог Мини­стерства здравоохранения. Он зани­мался наймом иностранных докторов, комплектованием московских аптек, покупкой импортных лекарств и заго­товкой трав. Там же хранились «дохтурские сказки» — своего рода медицин­ские карточки. Они были состав­лены во время большой кремлевской диспансеризации 1673 года, когда царь Алексей Михайлович, боявшийся заразы, велел всем ближним боярам подроб­но описать свои недомогания иностран­ным докторам. Так один способ описа­ния боли столкнулся с другим: бояре говорили о своих ощущениях, а врачи переводили услышанное на более привыч­ный им язык гуморальной медицины. Результаты получались вырази­тельные: «хипохондрика и омо­рок», «по сказке больного тараканы в голове, от того глух и оморок», «гортанью и низом лягуш­ки малые шли». Получается, что в XVII веке одни люди мыслили свою телес­ность в терминах лягушек, сглаза и порчи, а другие — в терминах ипохондрии и других понятий западной медицины.

Ощущением тела, ощущением темпера­туры и боли сенсорные системы чело­ве­ческого тела не исчерпываются. У нас есть чувство времени (хроноцепция), ощущения голода и жажды, ощущение высоты, разные физиологические рефлексы (например, зуд). К этому примешиваются разнообразные социальные чувства, такие как стыд. Но все эти чувства в разных культурах играют разные когнитивные и симво­лические роли. Этнографические исследования разных культур показы­вают, что различение основных чувств универсально. Но осмыс­­ление чувств, а также их ассоциация (то есть связь друг с другом) в разных обществах разная. И в разные исторические периоды одни чувства как бы усили­ваются и выходят на передний план — то есть выдвигаются в со­циальное пространство. Общество начинает о них думать и уделять им боль­ше внимания, чем остальным. А другие чувства как будто уходят в тень, их статус и воз­можности не обсуждаются. Все эти различия носят культурный, а не фи­зио­логический характер: нельзя сказать, что индейцы ама­зонской сель­вы фи­зиологически обладают более развитым слухом или обоня­нием, чем оби­та­тели Стокгольма или Москвы. Важно другое: в обществе индейцев и в швед­ском обществе слух и обоняние будут наделяться разным статусом, будут иметь разный социальный смысл и будут работать в разных сферах. Такие специфические сочетания, когда одни чувства оказываются почему-то значи­мее других, когда поломка одной сенсорной системы может компенси­роваться, а поломка другой восприни­мается как трагедия, в антропо­логии называют чувственными конфигурациями.

Если попытаться описать, чем одна конфигурация чувств может отличаться от другой, то получится три варианта. Во-первых, одно и то же чувство может занимать разные места в культурном универсуме. Что это значит? Грубо говоря, в одной культуре рефлексия по поводу сенсорных данных будет боль­шой, а в другой — маленькой. Например, в одной культуре будут много думать о слу­хе или температуре, а где-то это не будет вообще никак обсужда­ться. Во-вторых, могут разли­чаться значения чувств: в одном обществе на ощу­ще­нии температуры будут держаться базовые категории, а в другом термо­цеп­­ция будет актуа­лизироваться лишь в очень специаль­ных случаях. В-тре­тьих, чув­ственным данным может приписываться разная степень надежности. Напри­мер, юридическую силу может иметь лишь то, что человек увидел своими собственными глазами: это значит, что зрению приписывается очень высокая степень надежности, оно дает «оконча­тельное свидетельство». Но это не кон­станта, иначе мы бы не сталкивались с таким важным социальным регуля­тором, как слухи и пересказы, где услы­шанное своими ушами считается вполне надежным источником информации.

Все это должно привести нас к мысли, что человек вместе с присущими ему сен­сорными системами — существо не постоянное. Наоборот, он меняется во времени и пространстве, и вместе с эпохой изменяются его мировоз­зрение, его эмоциональный язык, его чувствительность, а также социальный смысл его ощущений. Первыми об этом стали задумываться историки фран­цузской шко­лы «Анналов» еще в 1930-е годы, а сейчас в социальных и гумани­тарных дис­циплинах мысль о подвиж­ности ощущений представляет собой некоторый консенсус, из которого исходят и историки, и антропологи.

Я уже упоминала важность внимания для тех или иных ощущений. Для опи­сания общества некоторые исследо­ватели даже прибегают к такой метафоре, как нервная система. Нервная система не существует отдельно от человека: она пронизывает его тело, она определяет его чувстви­тельность, его болевые точ­ки, его реакции на раздражители. В каком-то смысле именно она диктует, что будет для нас приятным или отталкивающим. Мы можем представить ощуще­ния как часть такой социальной нервной системы: общество говорит нам, что в телесных сигналах важно, а что нет, на что нужно обратить особое внима­ние, а чем пренебречь. Для совместного существования людям нужна договорен­ность по поводу того, что и как они ощущают, — общие правила. Согласован­ность представлений о плохом и хорошем, здоровом и опасном, прекрасном и отврати­тель­ном распространяется и на сенсорные впечатления, на то, как телесный опыт оформляется в соответствии с куль­турными нор­мами. Поэтому можно сказать, что любое общество в буквальном смысле слова основано на кон­сенсусе: мы договариваемся мыслить и чувствовать в унисон (разумеет­ся, до некоторой степени). Интересно, что эти значения заклю­чены уже в са­мих терминах: русское слово «чувство» может означать и нейрофизио­ло­ги­ческое ощущение, и эмоцию, и некоторую социальную норму (например, мы говорим о чувстве стыда или чувстве справедливости). В английском языке слово «sense» тоже многозначно: это не только канал восприятия окружающего мира, но и здравый смысл, своего рода общественный разум. Самое интересное для историка и антрополога — когда консенсус нарушается, ощущения и чув­ства, вызванные каким-то поводом, вдруг рассогласовываются и возникают конфликты. Например, когда кто-то трогает руками скульптуру в музее, или выставляет кондиционер на температуру, некомфортную для большинства окружающих, или называет ужасным запах чьих-то духов. Через конфликты можно получить доступ к тем социальным кодам, которые определяют, что представляет собой приемлемое сенсорное поведе­ние, и указывают, что же значит чувственный опыт разного рода.

У разных социальных групп это приемлемое сенсорное поведение будет раз­ным: какие-то различия окажутся вопиющими, какие-то будут тонкими, почти незаметными. Можно сказать, что одни правила сенсорного поведения будут одинаковыми для всего общества: их должны выполнять все, а их несо­блю­дение приведет к исключению. Например, мы различаем приемлемые и непри­емлемые запахи, разрешенные и запрещенные прикосновения, темпе­ратурные режимы — желанные в одних ситуациях и вызывающие тревогу в других. Это различение, которое отделяет приемлемое от неприемле­мого, приятное от пу­гающего, упорядо­ченное от хаотичного, управляется «здравым смыслом». В антропологию это понятие ввел американский антрополог Клиффорд Гирц: так Гирц обозначил существующую в культуре систему готовых решений и объясне­ний, которая позволяет носителям этой культуры быстро справ­ляться с огром­ным спектром жизненных ситуаций. Другие правила — более нюансиро­ванные — будут обязательны для одной группы и немыслимы для другой: они будут сигнализировать о социальных барьерах и границах, которые созда­ются возрастом, гендером, уровнем доходов или образования. Собствен­но, всеми этими правилами, а также их на­рушениями и конфликтами и зани­мается антропология чувств, или сен­сорная антропо­логия, а также друже­ственные ей дисциплины — теория коммуникации и микроистория.

Как вообще возникает мысль изучать ощущения в перспективе социальных и гуманитарных наук? Во-первых, до какой-то степени эта проблематика унаследована от ранней антропологии, с того времени, когда между социаль­ной и физической антропологией еще не было жесткого водораздела. В попыт­ках докопаться до предыстории цивилизаций антропологи пытались построить прогрессивную шкалу. Обществам приписывались разные уровни развития, и в зависимости от уровня развития эти общества располагались на той или иной эволюционной ступени. Для опреде­ления уровня развития использова­лись разные параметры, от форм брака до наличия или отсутствия письмен­ности. Одним из таких параметров были ощущения. Антропологи предпо­ла­гали, что восприятие туземца и вос­приятие современного европейца качест­венно различны: папуас воспри­нимает цвета или запахи не так, как англича­нин. Это «не так» отчасти исходило из уже упоминавшейся аристотелевской иерархии чувств — или, по крайней мере, апеллировало к ней: туземцам как существам более близким к природе приписывалось более виртуозное владе­ние «живот­ными» чувствами осязания и обоняния. С европейскими культу­рами, в свою очередь, ассоциировалось изощренное зрение — высшее интел­лектуальное чувство. Вопросы о физиологии восприятия входили в исследова­тель­ские планы первых антропологических экспедиций. Любо­пытно, как интерпре­тировались результаты: несмотря на то что обнаруженные различия (в названиях цветов) оказывались или ничтожными, или могли быть побоч­ным шумом экспериментов, европейцы начала XX века считали, что нашли подтвер­ждение иной сенсорной природы аборигенов, а вовсе не куль­тур­ные различия. Так европейцы конструировали себя в качестве облада­телей рационального и цивилизован­ного зрения — и конструировали туземцев как первобытных и интуитив­ных носителей низших чувств.

Объяснение разной чувствительности разных обществ отсылками к природе было характерно и для ранних биоло­гических теорий. В качестве примера можно привести одну эксцентричную классификацию живых существ. Ее при­думал в начале XIX века немец­кий натуралист Лоренц Окен. Он пред­лагал делить все живое на пять классов в зависимости от приоритетного обладания тем или иным органом чувств: осязающие беспозвоночные; рыбы — у которых впервые появляется язык и, соответственно, вкус; рептилии, у кото­рых ноздри соединяются с ротовой полостью, — это обоняние; птицы, полу­чающие внеш­нее ухо, — это слух; и млекопитающие, вооруженные всеми этими чувствами в их полноте и особенно подвижным глазом. Не оста­навли­ваясь на этом, Окен делал следующий шаг и предлагал распро­странить этот принцип и на челове­че­ские расы: в зависимости от ведущего чувства он выстра­ивал их от «осязаю­щего» африканца к «созерцающему» европейцу. Сейчас нам такие построе­ния кажутся курьезными, но они в какой-то форме работали вплоть до начала XX века и даже повлияли на расовые теории в евгенике.

Интересно, что в какой-то форме связка «европейская цивилизация — зрение» могла направлять и научные интересы в гуманитарных и социальных дисцип­линах. Например, изучение вернаку­лярных чувственных классификаций нача­лось именно с цвета: в 1960-е годы лингвистика стала искать универсаль­ные цветовые номинации и пыталась построить эволюционную траекторию их освоения. Здесь возникает вопрос: почему так? Значит ли это, что зрение и особенности его применения заинте­ресовали исследователей в первую очередь потому, что они разделяли европейскую культурную иерархию чувств, где зрению исторически отводилось первое место?

О самом зрении и его борьбе со слухом за первое место в конфигурации чувств пойдет речь в следующей лекции. 

Осязание у роботов – возможно ли это?

Каких только роботов не существует в наше время – роботы, которые умеют ходить, видеть, разговаривать и слышать, а также манипулировать различными предметами. Есть даже роботы, способные ощущать запахи.

Но что насчет чувства осязания? На первый взгляд, вроде бы здесь все просто, и роботы, способные распознавать предметы через прикосновение, уже существуют, однако в используемых методах присутствует ряд ограничений. В частности, большинство роботизированных механизмов обладают лишь регуляцией силы нажатия.

Всем известно, что в жизни людей тактильные ощущения играют очень важную роль. Манипулируя предметом, человек фиксирует не только факт соприкосновения, но и ощущает давление руки на предмет через кожу и таким образом может регулировать усилие сжатия соответственно массе и прочности этого предмета. Если чувство осязания будет присутствовать у роботов в полной мере, то в процессе манипуляций с мягкими и хрупкими предметами возможность их повреждения сведется к минимуму или исключится совсем.

«Умная кожа»

Для количественного определения осязания с технологической точки зрения требуется не только знание силы внешнего давления, применяемой для осязательного датчика, — необходимо владеть информацией о точном месте нажатия, его угле и способе взаимодействия с объектом манипуляций.

Также нужно определить, какое количество датчиков осязания необходимо роботу. Разработка «кожи» робота, оснащенной сотнями и даже тысячами тактильных датчиков — очень сложная технологическая задача, при решении которой важно понимать и учитывать физические механизмы контактного восприятия в биологическом мире.

Чаще всего осязание измеряется при помощи датчика, способного преобразовать силу нажатия в электрический сигнал. Так, в электронных весах, при помощи которых мы узнаем своей вес или взвешиваем продукты на кухне, обычно используется пьезоэлектрический преобразователь — устройство, которое превращает силу давления в электричество. После этого электрический ток передается по проводам в небольшой микрочип, который считывает силу тока, преобразует ее в вес и отображает на экране.

Однако, несмотря на то, что подобные электронные устройства способны распознавать разные уровни силы давления, они не могут использоваться для смарт-кожи вследствие наличия ряда ограничений. В частности, они имеют относительно медленную скорость реакции на нажатие.

Существуют также виды датчиков, основанные на физическом изменении других электрических характеристик, таких как электрическая емкость и сопротивление. Данная технология используется, например, при производстве некоторых моделей мобильных телефонов и компьютеров.

В последние годы ученые усиленно (и успешно) работают над созданием тактильных датчиков, которые можно встраивать в мягкие и гибкие материалы – именно такая технология необходима  для использования в смарт-коже роботизированных машин.

Тем не менее, большая часть всех этих разработок испытывает проблемы при контакте с влагой (вспомните, что происходит, когда вы прикасаетесь к сенсорному экрану смартфона мокрым пальцем).

Основной областью применения гибкого и надежного восприятия нажатия на сегодняшний день является медицина. Например, смарт-кожа может использоваться для восстановления сенсорной реакции у пациентов с повреждениями кожи или периферической нейропатией (онемением или покалыванием). Также ее можно применять  при протезировании рук.

Недавно ученые Массачусетского технологического института (MIT) и Гарвардского университета разработали тактильную перчатку, функционирующую на основе искусственного интеллекта. Подобно руке человека, перчатка оснащена 548 датчиками, расположенными на трикотажной ткани, соединенной с пьезорезистивной пленкой (которая также реагирует на давление или растяжение), и объединенными сетью проводящих электродов. Это позволяет перчатке оценивать характеристики захватываемых предметов. Данная разработка открывает большие перспективы в области осязания роботов и может впоследствии использоваться при создании протезов и роботизированных инструментов захвата.

Тем не менее, аналогично всем остальным сенсорным интерфейсам, технология также не работает при контакте с водой.

Оптическое измерение силы нажатия  

В этой связи ученые уже несколько лет работают над новым видом тактильного датчика, использующим для измерения «мягких прикосновений» тончайшие пленки органических светодиодов (OLED) и фотосенсоров (OPD). Обычно технология OLED используется в экранах телевизорах и смартфонов. Новый подход к измерению чувства осязания основан на осязании оптического давления. В случае успеха роботы в будущем смогут получить чувство осязания, в данный момент доступное только живым существам.

Элементы OLED (диоды или пиксели) обычно являются полностью реверсивными. Это значит, что помимо способности производить свет (как в случае с экраном телевизора), эти пиксели могут также его определять. Используя этот принцип, можно создать крошечный, светонепроницаемый, эластичный купол с отражающим покрытием, помещенный поверх нескольких OLED-пикселей. Если купол не тревожить, выпускаемый из центрального пикселя свет равномерно распределяется среди других пикселей под куполом.

Однако если на купол нажать, прикасаясь к чему-либо, он деформируется в результате неравномерной реакции пикселей, используемых для определения отражаемого света. Соединив реакции десятков таких куполов в области контакта, можно будет оценить применяемую силу нажатия.

Данный подход является важным шагом на пути к созданию и использованию смарт-кожи. Вполне возможно, что очень скоро мы увидим роботов, способных чувствовать прикосновения, находясь не только в воздухе, но и под водой.

Источник

Ломоносов и психология

Общепризнанным является вклад Ломоносова в развитие психологической науки в России. Во многих своих публикациях, выступлениях, а также в письмах, заметках, «репортах» (отчётах о работе в Академии), деловых записках он развивает глубокие психологические идеи. Они охватывают практически все стороны душевной жизни человека, от элементарных ощущений до сложнейшей динамики чувств и страстей, и в совокупности складываются в достаточно
целостную систему. Собственные психологические идеи развиваются в контексте созданной им научно-философской концепции, а также в соотношении и с опорой на авторитеты своего времени – философско-психологические учения Декарта, Спинозы, Локка, Лейбница и своего марбургского учителя Вольфа, благодарное отношение к которому он пронёс через всю свою жизнь.

В основу объяснения ощущений Ломоносовым были положены идеи, развиваемые в его естественнонаучных трудах. Ощущения рассматривались как продукт воздействия объектов физического мира на человека. Это воздействие осуществляется посредством «совмещения» (сцепления) мельчайших, не уловимых органами чувств частиц материи внешних тел с частицами
материи нервного окончания в органах чувств. Возникающие в нервных окончаниях движения по механическим законам передаются по всему нерву до самого мозга. Так описывались ощущения различных модальностей – обонятельные, осязательные, вкусовые, слуховые, зрительные, которые объяснялись этим единым для всех них механизмом; указывалось на связь различных ощущений между собой, например, зрительных и вкусовых, зрительных и слуховых и т. п.

Богаты психологическим содержанием сочинения Ломоносова по грамматике и риторике. В них он переходил от объяснения психических процессов, направленных на познание природы с целью открыть «завесу внутреннего святилища натуры», к описанию жизненных свойств, принадлежащих человеку как одушевлённому существу.

В сочинениях по риторике Ломоносов уделял внимание различным психическим образованиям и процессам, составляющим жизненные свойства человека, среди которых – представления (идеи, в терминологии Ломоносова) памяти и воображения, рассуждение, воля, чувства и страсти, мудрость, приобретенные дарования (благородие, счастие, богатство, слава, власть), телесные дарования и свойства (пол, сила, красота, здоровье), чувства (зрение, слышание, обоняние, вкушение, осязание ).

Особый интерес представляет учение Ломоносова о страстях и их выражении в речи, которое излагается в его сочинениях по риторике. По мысли учёного, убедительность речи достигается не только её содержательностью, ясностью, доказательностью и строгой логикой, но и эмоциональным влиянием слова: слово оратора должно захватывать воображение и душу слушателя, возбуждать в нём любовь или ненависть, желание или отвращение. Отсюда вытекает необходимость изучения страстей.

Выделяются три компонента страстей: эмоциональный (удовольствие или неудовольствие), волевой (желание или отвращение) и физиологический (движение крови). Даётся описание отдельных страстей, к которым Ломоносов относит радость, печаль, удовлетворение, раскаяние, стыд, надежду, боязнь, гнев, милосердие, ненависть, удивление, подражание, отчужденность, зависть, мщение. Подчёркиваются важнейшие характеристики страстей: их противоречивость и динамизм, возможность одновременного переживания противоположных страстей, например, ярости и отчаяния. Страсть и разум рассматриваются в их взаимовлияниях, и на этой основе устанавливаются правила «утоления» страстей. Главным средством воздействия на страсть является ум.

В своих психологических рассуждениях Ломоносов подходит к целостному пониманию личности, таких её свойств (признаков) как активность и связанные с ней деловые, профессиональные и нравственные качества. В ряде его работ, как научных трактатах, так и в деловых записках, содержатся представления о различных профессиях и психологических требованиях, которые они предъявляют к человеку. Причина обращения Ломоносова к этим вопросам коренится в общей направленности его научных исканий на решение жизненно важных проблем для человека и общества в целом.

В письмах, официальных записках и отчётах по вопросам работы Академии он дает яркие характеристики учёных, представителей власти, с которыми общался и которых хорошо узнал по их делам. В этих материалах он выступает глубоким психологом, подлинным аналитиком человеческой души, в том числе и собственной. За текстами его трудов зримо выступает нравственный облик самого автора – гениального мыслителя и великого человека. Поэтому специалисты справедливо отмечают, что труды Ломоносова являются материалом к изучению его личности, запечатленной им самим.

«Осязание». Глава из книги • Д. Линден • Книжный клуб на «Элементах» • Опубликованные отрывки из книг

Глава 7.

Когда зудит и свербит

Семанза жил в Рукунгири — сельском районе Уганды. Он страдал от такого нестерпимого зуда, что, даже постоянно расчесывая себя ногтями, не получал никакого облегчения. Поэтому он разбил глиняный горшок и начал чесаться черепками. Закончилось это множественными повреждениями кожи и бактериальным заражением. Годы постоянного зуда и расчесывания привели к тому, что игла шприца не могла проколоть его кожу. Мозес Катабарва, эпидемиолог и сотрудник программы Картеровского центра по борьбе с речной слепотой, в 1992 году увидел Семанзу и отметил, что его кожа казалась покрытой засохшей грязью. Никто из его соседей не хотел находиться с ним рядом, и всеми отвергнутый Семанза жил в небольшой хижине рядом с домом своей семьи.

Причиной невыносимого зуда у Семанзы был онхоцеркоз — заражение паразитическими круглыми червями вида Onchocerca volvulus. Поскольку эта инфекция иногда поражает глаза и зрительный нерв, ее называют также речной слепотой. Этот червь попадает в организм в виде личинки после укуса черной тли, обитающей по берегам тропических рек с быстрым течением. Заболевание вызывается не самим червем, а бактериями, живущими в его кишечнике и выходящими наружу после его смерти, запуская иммунную реакцию в организме человека.

Онхоцеркозом страдает около 18 миллионов человек. Почти все они живут в Африке, за исключением нескольких случаев в Венесуэле и Бразилии. Это заболевание не смертельное, но оно резко снижает качество жизни. Так, из-за него ослепло примерно 270 тысяч человек — и это только из живущих сейчас. В Либерии заболевшие работники на каучуковых плантациях раньше раскаляли мачете на огне и чесались их горячими остриями, чтобы хоть как-то облегчить невыносимый зуд. Разумеется, из-за зуда ухудшается и сон. Мозес Катабарва поясняет: «Дети, зараженные червями, не в силах сосредоточиться, потому что все время чешутся — днем и ночью». Среди жертв этой болезни нередки и самоубийства.

Хотя вакцины от онхоцеркоза нет, болезнь удается контролировать при помощи препарата ивермектина, который с 1985 года бесплатно распространяется фармацевтической компанией Merck. При лечении ивермектином новорожденные черви-микрофилярии каждые полгода погибают, так что все вызывающие зуд бактерии сразу же выходят наружу. Это приводит к двухдневному приступу непрерывной чесотки, еще более мучительной, чем обычно, после чего следует блаженное облегчение. Семанзе удалось получить ивермектин в ходе местной программы, запущенной благодаря усилиям Катабарвы. Через два года после начала лечения зуд исчез, его кожа частично зажила. Он снова стал полноценным членом общества, женился и надеется обзавестись детьми.

Зуд может быть как кратким, так и многодневным. Если не лечить онхоцеркоз, он может сохраниться на всю жизнь. Зуд вызывают механические стимулы — шерстяной свитер или ползущие по коже насекомые — или химические, как, например, воспалительное вещество урушиол, которое содержится в ядовитом плюще. Причиной зуда может быть и повреждение сенсорных нервов мозга. В некоторых случаях зуд усугубляется опухолью головного мозга, вирусной инфекцией или психическими заболеваниями — например, обсессивно-компульсивным расстройством, это также хорошо известный побочный эффект некоторых терапевтических и восстановительных препаратов.

На ощущение зуда оказывают большое влияние когнитивные и эмоциональные факторы. Как-то раз, в лагере в амазонских джунглях, я уже засыпал, как вдруг почувствовал, что у меня чешется рука. Я схватил фонарик и очки, увидел, что причина зуда — огромная многоножка, и отбросил ее. С этого момента о сне пришлось забыть. Я обрел небывалую бдительность: каждое дуновение ветерка, каждое движение мышц вызывало чесотку — и так на всю ночь, причем это касалось не только той же руки, но и всего тела. Я мысленно боролся с многоножками до рассвета.

Ужасная, мучительная природа зуда и чесотки хорошо известна. В аду Данте обычные обманщики (алхимики, самозванцы и фальшивомонетчики) брошены в восьмой круг ада, где страдают от вечного зуда (рис. 7.1). Только тех, кто совершил предательство — обманул доверие людей, любовью и преданностью которых пользовался (например, Иуда Искариот, предавший Иисуса Христа), — ждет более суровая кара в девятом круге, где они вморожены в лед.

Возникает вопрос, который лежит на стыке биологии и философии: действительно ли зуд — это уникальная форма осязательных ощущений, качественно отличающаяся от остальных, или же это просто другой тип стимуляции, который основан на одном или нескольких осязательных ощущениях, о которых мы в этой книге уже говорили? Проведем аналогию: можно ли сказать, что зуд и другие осязательные ощущения отличаются друг от друга так же, как саксофон отличается от рояля? Оба инструмента производят звук, но звуки эти качественно различны. Или же скорее это соответствие между исполняемым на фортепиано бибоп-джазом и классической музыкой романтической эпохи? Они также значительно отличаются друг от друга по музыкальной структуре и контексту, но исполняются на одном и том же музыкальном инструменте. Раньше подобные вопросы отдавались на откуп философам. Сегодня в дискуссию могут вмешаться и биологи.

Те, кто считает, что зуд — это не один из типов осязательных ощущений, а просто другой способ их возникновения, указывают, что это лишь частный случай боли — слабой и приглушенной. Они совершенно верно отмечают, что зуд и боль обладают рядом одинаковых свойств. И то и другое представляет собой реакцию на множество стимулов: механических, химических и иногда температурных. В особенности стоит заметить, что и боль, и зуд могут быть вызваны химическими продуктами воспаления, а устраняются противовоспалительными препаратами. И то и другое в значительной мере зависит от когнитивных и эмоциональных факторов, включающих внимание, тревогу и ожидания. И то и другое сигнализирует о вторжении в нашу среду того, чего следует избегать: это ощущения, которые мотивируют определенные действия. Боль приводит к рефлекторному избеганию ее источника; зуд вызывает рефлекторное почесывание. Почесывание зудящих мест, как и уход от боли во избежание повреждения тканей, считается защитной мерой. Оно позволяет изгнать ядовитых членистоногих (пауков, ос, скорпионов) или животных — переносчиков патогенов (малярийных комаров или разносящих чуму мух).

Если бы зуд был всего лишь слабой или прерывистой формой боли, можно было бы предположить, что увеличение интенсивности или частоты вызывающих зуд стимулов привело бы к его переходу в боль, а ослабление болевых стимулов, соответственно, превратило бы боль в зуд, но тщательные лабораторные исследования показали, что этого никогда не происходит. Слабая боль — это просто слабая боль, а интенсивный зуд — это интенсивный зуд. Еще одно ключевое различие между зудом и болью касается их локализации в организме. Если боль чувствуют на коже, в мышцах, связках и внутренних органах, то зуд ограничен лишь внешним слоем кожи (как волосистой, так и гладкой) и прилегающими слизистыми мембранами, которые окружают, например, рот, горло, глаза, нос, малые половые губы и анус. Кишечник может болеть, но не зудеть.

Если зуд — уникальная форма осязания, то следует ожидать, что в коже найдутся такие волокна сенсорных нейронов, которые активируются только в ответ на зудящие стимулы и которые при электрической стимуляции в лаборатории порождают зуд, а не боль. Это так называемая теория специализации, противостоящая теории декодирования структур, согласно которой одни и те же сенсорные нейроны могут сигнализировать как о зуде, так и о боли в зависимости от структуры электрических импульсов.

В 1997 году немецкий нейрофизиолог Мартин Шмельц с коллегами впервые обнаружил у людей следы зудоспецифичных сенсорных нервных волокон при помощи микронейрографии — техники, при которой тонкий электрод пропускается через кожу в сенсорный нерв и записывает электрическую активность отдельных волокон. Исследователи нашли популяцию медленных, не покрытых миелиновой оболочкой С-волокон, которые выдавали электрическую реакцию в ответ на нанесение гистамина (вызывающего зуд химического вещества, которое обычно вырабатывается в организме) на небольшие участки на коже ног волонтеров. Электрические импульсы начинали поступать именно в тот момент, когда участники сообщали о зуде в этих местах. Интересно, что эти волокна были направлены не на этот мелкий участок кожи, а распространялись по зоне диаметром около 8 сантиметров. Поскольку на механическую стимуляцию волокна не реагировали, их посчитали зудоспецифичными, что подкрепляло теорию специализации. Но через несколько лет та же самая группа исследователей выяснила, что по крайней мере некоторые С-волокна, реагирующие на зуд, удается электрически активировать и болевыми стимулами — что свидетельствовало против теории специализации.

Частично трудности в интерпретации этих открытий связаны с тем, что использовался именно гистамин, а это, как мы знаем, лишь одно из нескольких веществ, вызывающих зуд, и действуют эти вещества по разным химическим каналам. Большинство из нас имеют опыт снятия зуда антигистаминным кремом, и мы знаем, что он помогает лишь в некоторых случаях. По этим экспериментам нельзя судить о том, реагируют ли на боль нервные волокна, по которым передаются иные, не гистаминные формы зуда. Поэтому доказательств существования отдельных нейронов зуда у людей пока не получено. Важное ограничение экспериментов на людях состоит в том, что нам приходится вслепую охотиться на отдельные волокна с этим электродом: мы не можем заглянуть в нерв и отметить конкретное волокно. С мышами можно добиться гораздо большего прогресса, используя генетические, анатомические и электрические методы.

Зуд могут вызывать самые разные типы стимуляции кожи. Во многих случаях мы даже не обладаем пока пониманием молекулярных эффектов, вызывающих зуд. Для большинства стимулов зуда путь в мозг оказывается непрямым. Например, если кожа сильно натерта или проявляет местную реакцию на аллерген, включается воспалительный каскад (мы говорили о нем в главе 6 — см.  рис. 6.5). Молекулы, выделяемые иммунными клетками (например, гистамин из тучных клеток), могут поступать в гистаминовые рецепторы, расположенные на свободных окончаниях сенсорных нейронов в эпидермисе, и побуждать их испускать электрические импульсы (рис. 7.2). В другом примере фрагмент естественного белка BAM8-22 поступает в другой рецептор на проводящих зуд нервных окончаниях кожи, который применительно к мышам называют MrgprC11, а к людям — hMrgprX1. Иногда происходит непосредственная активация рецептора зуда в окружающей среде. Например, хорошо известно, что противомалярийный препарат хлорохин вызывает зуд. Хлорохин непосредственно поступает в другой рецептор сенсорных нейронов, который называется MrgprA3. Отметим, что существует по меньшей мере три молекулярных сенсора, которые активируют нейроны, ответственные за распознавание зуда. И если некоторые активируются непосредственно сигналами окружающей среды, то большинство реагируют на химический сигнал-посредник в самом организме.

Если действительно существуют особые нейроны, отвечающие за зуд, то верны и следующие утверждения: 1) мы можем разрушать или подавлять эти нейроны и блокировать ощущение зуда, причем другие осязательные ощущения — боль и температура — останутся неизменными; 2) избирательная активация этих специализированных нейронов зуда должна вызывать ощущение зуда, но не боли и не других осязательных ощущений; 3) анатомическое распределение нервных окончаний отражает известное распределение ощущения зуда: они должны присутствовать в эпидермисе и во внешних слизистых мембранах, но отсутствовать в мышцах, связках, внутренних органах и т. д.

Один из подходов к определению потенциально специализированных нейронов — попытка выявить молекулу-нейромедиатор, используемую этими особыми нейронами для связи с соответствующими участками спинного мозга, и последующее удаление этой молекулы у мышей при помощи генетических манипуляций. Сантош Мишра и Марк Хун из Национального института здравоохранения так и поступили, сделав на основании опыта предположение о том, что нейротрансмиттер зуда — это молекула NPPB. Выяснилось, что мышь-мутант без NPPB почти не испытывает зуда в ответ на множество стимулов, включая и гистамин, и хлорохин. А главное — мыши без NPPB нормально реагировали на боль, температуру и легкие прикосновения.

NPPB высвобождается аксонами сенсорных нейронов и передается таргетным нейронам заднего рога спинного мозга. У этих нейронов есть рецепторы, которые взаимодействуют с NPPB и распространяют электрические сигналы далее в головной мозг. После искусственного синтеза NPPB и впрыскивания этого вещества в спинной мозг мышей животные начали чесаться точно так же, как если бы испытывали зуд на коже в обычных условиях. После инъекции в спинной мозг особого токсина, который избирательно разрушает нейроны с рецепторами NPPB, мыши не отреагировали ни на применение зудящих стимулов, ни на впрыскивание NPPB в спинной мозг. Эти результаты позволяют предположить, что нейроны, использующие NPPB, специфичны именно для зуда. Если это верно, то избирательная активация этих нейронов должна вызывать зуд, но не боль и не ощущения легких прикосновений. На время создания этой книги отчетов о таких экспериментах еще не появилось, но, судя по всему, в некоторых лабораториях их пытаются провести.

Иннервирующие кожу нейроны, которые продуцируют NPPB, делятся как минимум на две категории. Большинство из них имеет на поверхности рецептор MrgprA3, но у некоторых он отсутствует (рис. 7.2). Когда аксоны нейронов с MrgprA3 были локализованы, оказалось, что они заканчиваются в эпидермисе, но не в мышцах, связках или внутренних органах, то есть ведут себя именно так, как следовало бы ожидать от зудоспецифичных сенсоров. Был проведен ряд сложных генетических манипуляций с мышами, позволивший экспериментаторам искусственно активировать нейроны с MrgprA3 в коже, что вызвало реакцию зуда и не вызвало реакции боли. (При зуде мыши чешутся, а при боли потирают больное место.) Этот результат говорит, что сенсорные нейроны с MrgprA3 передают информацию о зуде, но не информацию о боли. Когда они были точечно разрушены, мыши по-прежнему могли воспринимать боль, температуру и легкие прикосновения, но почти не испытывали зуда при применении самых разных его стимулов. Впрочем, важно отметить, что отсутствие зуда не было полным: в особенности сохранилась значительная реакция на гистамин, за которую, судя по всему, отвечают и передающие зуд нейроны без MrgprA3.

В целом манипуляции с мышиными NPPB и MrgprA3, о которых мы говорили, показывают, что, судя по всему, существует по меньшей мере один набор нейронов, отвечающих именно за зуд: это клетки с NPPB и MrgprA3. Возможно, есть и другие специализированные нейроны. Очень вероятно также, что есть по меньшей мере несколько нейронов, передающих информацию и о боли, и о зуде, а кодируются эти ощущения при помощи разной структуры электрических сигналов. В целом исследования показывают наличие по меньшей мере одного специализирующегося на передаче зуда пути, но нельзя отвергать и роль структурных различий при кодировании ощущения зуда.

Что значат эти результаты для нашего основного нейрофилософского вопроса? Подтверждение наличия специфического канала для зуда соответствует представлению о зуде как об уникальном и качественно ином ощущении, чем все остальные. При этом надо отметить, что мы пока не знаем, что происходит в потоке информации о зуде на пути к головному мозгу. Она практически наверняка в какой-то степени смешивается с другими осязательными ощущениями и, вероятно, теряет специфичность. Возможно, впрочем, что лучший судья здесь — опыт: почти во всех изученных на данный момент языках для зуда есть отдельное слово.

С практической точки зрения идентификация зудоспецифичных рецепторов и нейромедиаторов может открыть дверь новым методам лечения зуда. Возможно, в будущем хлорохин, показанный при малярии, будут выписывать вместе с другим лекарством, блокирующим MrgprA3. Антигистаминные и другие противовоспалительные препараты (например, стероиды) оказываются неэффективными во многих случаях зуда, но эти случаи будут успешно лечиться новыми медикаментами, избирательно блокирующими MrgprC11, рецепторы NPPB или рецепторы GRP. Хотя, как обычно, при разработке лекарств приходится преодолевать множественные препятствия. NPPB обладает сигнальной функцией, важной для сердца, так что вещества, воздействующие на рецепторы NPPB, могут иметь неприятное побочное воздействие на сердце и оказаться неподходящими для лечения зуда.

Счастье — это возможность почесаться каждый раз, когда захочется.

Огден Нэш

Чесать там, где чешется, очень приятно. Хотя мы знаем, что, когда перестанем чесаться, зудеть будет еще сильнее, большинство из нас не в силах бороться с собой и продолжают скрести кожу. Чесотка настолько непреодолима, а освобождение от зуда приносит такое удовольствие, что слово «зудит» (свербит?) используется уже в значении «сильно хочется». В песне Вуди Гатри Hesitating Beauty («Нерешительная красотка») есть такие слова: «Знаю, у тебя аж зудит выйти замуж, Нора Ли, знаю, и у меня здесь горит, Нора Ли» (Well, I know that you are itching to get married, Nora Lee / And I know I am twitching for the same thing, Nora Lee). Мы хорошо понимаем, что это значит: зуд — удачная метафора неудовлетворенного желания.

В одном малоприятном эксперименте волонтеров кололи волосками растения мукуна жгучая, что вызывает интенсивный зуд. Их прикладывали к предплечью, спине и лодыжкам, после чего экспериментатор чесал пораженные места небольшой щеточкой. Каждые тридцать секунд участники оценивали интенсивность зуда и приятные ощущения от чесания. Оказалось, что чесание спины эффективнее всего снимало зуд, зато почесывание лодыжки вызывало наиболее приятные ощущения.

Почему чесание временно облегчает ощущение зуда? Мы точно не знаем. Одна теория утверждает, что наше восприятие зуда зависит от баланса сигналов боли и зуда, которые сходятся в каком-то участке спинного мозга; когда мы чешемся, это вызывает умеренную боль, которая вступает в конкуренцию с ощущением зуда и тем самым облегчает его. Боль от уколов иглой, ударов током, а также причиняющие боль жар или холод тоже способны облегчить зуд. Впрочем, в некоторых случаях его устраняют даже легчайшие почесывания, имеющие более низкий болевой порог.

В одном из вариантов этой теории утверждается, что появление на коже очень точно локализованного стимула — например, лапок маленького насекомого — может активировать зудоспецифичные нейроны, и это ощущение через спинной мозг в полной сохранности доходит до мозга головного, вызывая чувство зуда. А когда этот участок расчесывают, активируя осязательные рецепторы в более широкой зоне, то задействованными оказываются ингибирующие схемы спинного мозга, которые препятствуют возникновению ощущения зуда в мозге. Возможно, эволюция предусмотрела ощущение зуда от мелких локализованных прикосновений к коже, чтобы включать рефлекторное почесывание и тем самым меньше подвергаться опасности со стороны переносимых насекомыми токсинов и инфекций.

Хорошо известно, что опиаты, такие как героин и оксикодон, могут приводить к настоящим приступам чесотки. Героиновые наркоманы ценят особенно «зудящую» порцию наркотика, основываясь на верном представлении о том, что между зудом и психоактивностью существует связь. Врачи-наркологи и офицеры службы наркоконтроля особенно пристально следят за страдающими чесоткой, поскольку это может свидетельствовать о хроническом употреблении опиатов. Опиатный зуд часто встречается и в клинических условиях: около 80% пациентов, которым прописаны опиаты как болеутоляющие, испытывают зуд, который случается, даже если опиат вводится прямо в спинномозговую жидкость, что сводит к минимуму его прямое воздействие на головной мозг и сенсорные нервы.

Долгие годы считалось, что опиатный зуд — это побочный эффект облегчения боли. Идея состояла в том, что если сигналы боли и зуда смешиваются в спинном мозге и между ними начинается конкуренция, то блокирование сигналов боли смещает равновесие в сторону сигналов зуда. Вполне логичная гипотеза оказалась, однако, в корне неверной. Опиатное обезболивание и опиатный зуд — это совершенно разные явления. Один набор нейронов, расположенных в слое II заднего рога спинного мозга, получает сигналы боли и экспрессирует мю-опиатный рецептор. Когда опиаты (например, героин) поступают в этот рецептор, это препятствует движению электрических сигналов в головной мозг, тем самым облегчая боль. (Опиаты симулируют естественное действие эндорфинов, выделяемых нисходящей системой модуляции боли.) Другой набор нейронов в спинном мозге находится в слое I заднего рога спинного мозга и получает сигналы о зуде, передаваемые нейромедиатором GRP. Эти зудоспецифичные нейроны экспрессируют гибридный рецептор, одна часть которого является рецептором GRP, а другая — особым типом мю-опиатного рецептора MOR1D. Когда вы принимаете опиат, обезболивание и зуд вырабатываются одновременно, но посредством различных молекул рецепторов и различных нейронных цепей в спинном мозге. Приходится утешаться тем, что, видимо, удастся разработать такое сочетание лекарств или новую производную морфина, которые будут облегчать боль и не вызывать зуда.

Как и в случае с болью, в головном мозге отсутствует единая зона, отвечающая за восприятие зуда. Если не разбираться детально, то при боли и зуде активируются почти одни и те же участки мозга. Зуд активирует как смыслоразличительные сенсорные зоны, такие как таламус, первичная и вторичная соматосенсорная кора, так и аффективно-эмоционально-когнитивные участки — мозжечковую миндалину, центральную долю, переднюю поясную и префронтальную кору. (Цепь боли см. на рис. 6.4.) И боль, и зуд опосредованно возбуждают зоны, ответственные за планирование движений и координацию, вызывая и изменяя соответствующие реакции.

Существуют различные формы дисфункций головного и спинного мозга, способные вызвать хронический зуд. Их причиной могут быть травмы, паралич определенных типов, опухоли мозга, инфекции, множественный склероз и другие аутоиммунные заболевания. Хронический зуд возникает также при повреждениях сенсорных нервов (вследствие их деформации, травм, опухолей, диабета, инфекций). Как и при боли, взаимодействие сенсорных нервов с головным мозгом проходит сложно: когда сенсорные нервы, по которым передается зуд, повреждаются, в мозг начинают поступать нерегулярные сигналы о зуде. Постоянная бомбардировка мозга этими сигналами или отсутствие нормальных сигналов может привести к изменению структуры цепей зуда в головном мозге. Так, у людей с ампутированными конечностями иногда развивается не только фантомная боль, но и фантомный зуд.

Одна из наиболее распространенных форм зуда, вызванного повреждением нейронов, наступает при опоясывающем лишае. Опоясывающий лишай — это часто встречающееся поражение сенсорных нервов вирусом «герпес зостер». Он характеризуется болезненной сыпью и чаще всего поражает пожилых людей или тех, кто испытывает проблемы с иммунной системой. Опоясывающий лишай разрушает сенсорные нейроны и в конце концов, особенно если затрагивает область головы, может привести к хронической безумной чесотке, которую нельзя эффективно вылечить ни антигистаминными, ни стероидными препаратами.

Наиболее яркий случай опоясывающего лишая, описанный в медицинской литературе, — это история М., 39-летней женщины, которая заболела опоясывающим лишаем, но успешно вылечилась благодаря противовирусным препаратам. Вскоре после этого она почувствовала зуд и онемение в правой части лба и начала расчесывать это место пальцами. Когда М. обратилась к врачам, они не обнаружили у нее ни инфекции, ни аллергических реакций; не удалось вылечить зуд и противовоспалительными кремами. Тогда ей сообщили, что ее зуд имеет психиатрическую природу и стал результатом депрессии и обсессивно-компульсивного расстройства. Но лечение соответствующими препаратами тоже не привело к облегчению зуда. Днем М. еще удавалось как-то противостоять желанию расчесывать зудящее место, зато ночью она яростно чесалась во сне. Она пробовала носить ночные колпаки, но утром неизменно обнаруживала, что колпак сорван, а подушка в крови. Со временем она счесала себе волосы на зудящем месте, сформировался струп. Через десять месяцев после того, как опоясывающий лишай вроде бы прошел, она с ужасом обнаружила, что по лицу у нее течет омерзительная зеленоватая жидкость.

М. приехала в приемный покой Массачусетской больницы общего профиля, где вскоре обнаружилось, что она счесала себе не только кожу (рис. 7.3): зеленоватая гадость, которая текла у нее по лицу, оказалась спинномозговой жидкостью. Хирурги провели пересадку кожи, чтобы прикрыть рану, но М. вскоре снова счесала заплатку во сне. После этого ее снабдили пенопластовым шлемом, а на ночь ей пришлось надевать рукавицы, привязанные к запястьям клейкой лентой. Психиатрическое тестирование, проведенное в тот момент, показало, что она не страдает обсессивно-компульсивным синдромом или галлюцинациями, но из-за неконтролируемой чесотки представляет опасность для себя самой. Два года она пролежала в терапевтическом отделении и сейчас, спустя несколько лет, наконец-то живет независимо. Она способна контролировать ночную чесотку и разработала для этого целые стратегии: если приходится почесаться, она делает это мягкой тканью, свернутой в трубочку. Из-за повреждений мозга, нанесенных яростной чесоткой, у нее частично парализована левая сторона тела, изменились и ее личностные характеристики, как часто бывает при повреждениях передней доли головного мозга.

Неврологические причины столь ужасного зуда М. понятны не до конца.

Ее реакция на легкие прикосновения, температуру, боль и зуд нормальна для всех участков кожи, кроме хронически зудящего пятна в правой части лба. В этой зоне наблюдаются серьезные тактильные нарушения: она маловосприимчива к легким касаниям, температуре и боли, чем и объясняется, каким образом женщина прочесала кожу насквозь, не обезумев от боли. Биопсия тканей показала, что около 96% сенсорных нервов на этом участке кожи погибли, но применение геля-анестетика, блокирующего работу нейронов, все же приносило временное облегчение зуда, из чего, видимо, следует, что даже немногих оставшихся нервов хватало для того, чтобы вызывать постоянный зуд. (И наоборот, те же самые нервные волокна передавали в ответ на расчесывание сигналы, облегчающие зуд.)

В каком-то смысле участок кожи в правой части лба М., потерявший большую часть нервных волокон, напоминает ампутированную конечность. Мозг получает скудную и нетипичную информацию и пытается интерпретировать эти нехарактерные сигналы. Также вполне вероятно, что мозг в ответ на повреждение нервов перепрограммировался, а результатом такого перепрограммирования стал хронический зуд. Однако зуд не мог стать результатом деятельности только соответствующих участков мозга, поскольку блокирование сигналов оставшихся в области лба сенсорных нервов приносит временное облегчение. Также вряд ли можно предположить, что мозг функционирует вполне нормально, а хронический зуд вызван только хаотичными сигналами сенсорных нервов. Наиболее вероятное объяснение в том, что сигналы от оставшихся сенсорных нервов вызывают хаотичную деятельность центров обработки зуда в головном мозге, создавая адский, беспощадный зуд.

Те, кто пришел на бесплатную публичную лекцию в немецком университетском городке Гиссен, не знали, что станут участниками необычного эксперимента. Название лекции, подготовленной в сотрудничестве с одним из телеканалов, гласило: «Зуд: что за ним кроется?» Видеокамеры в зале были направлены не только на лектора, но и на аудиторию. Целью эксперимента было выяснить, можно ли вызвать у слушателей ощущение зуда, показывая им фотографии блох, клещей, струпьев и сыпи на коже. В качестве контрольных вариантов показывались также фотографии купальщиков и матерей с новорожденными младенцами (то есть людей с мягкой, увлажненной кожей, очевидно не испытывающих зуда). Неудивительно, что слушатели при виде фотографий, наводящих на мысль о зуде, стали интенсивно почесываться. Последующие лабораторные эксперименты, участники которых смотрели похожие видеофильмы, подтвердили это предположение и показали, что для того, чтобы испытывать такое социальное заражение зудом, необязательно страдать от какой-то его формы. Интересный вариант объяснения этого феномена состоит в том, что люди, обладающие большей эмпатией, чаще начинают чесаться, когда видят, как чешутся другие. Но когда участники эксперимента заполнили соответствующие опросники, корреляции между социальным зудом и эмпатией не обнаружилось. Оказалось, что социальный зуд наиболее характерен для людей, наиболее склонных к отрицательным эмоциям (с высокой невротичностью).

Почему, когда мы видим, как кто-то ушиб себе палец молотком, мы обычно не убираем собственные пальцы подальше, а при виде того, что другие чешутся, начинаем сами испытывать зуд и чесаться? Пока наилучшее объяснение следующее: в течение большей части человеческой истории нам постоянно угрожали паразиты — переносчики заболеваний и токсинов. И если рядом с человеком кто-то начинал чесаться, были серьезные основания полагать, что и ему самому угрожает то же самое опасное насекомое, червяк и т. д. Поэтому почувствовать зуд и начать чесаться, сводя к минимуму риск, было адаптивным преимуществом. Напротив, боль не заразительна, поскольку не передается от человека к человеку.

Представьте себе, что вы едете в метро и человек напротив вас вдруг начинает яростно чесаться. Зуд явно мучителен, но ответьте честно: что вы почувствуете прежде всего — сострадание или отвращение? Этот вопрос рассматривает Андре Жид:

Зуд, от которого я страдаю уже несколько месяцев… в последнее время стал невыносим. Вот уже несколько ночей я не смыкаю глаз. Я вспоминаю Иова, ищущего черепицу, чтобы скоблить себя ею, и Флобера, чьи письма в конце жизни рассказывают о подобной же чесотке. Я говорю себе, что все мы страдаем по-своему и что крайне неразумно желать изменить свои страдания; но уверен, что настоящая боль меньше привлекала бы мое внимание и переносилась бы гораздо легче. Кроме того, на шкале страданий истинная боль выглядит благороднее и царственнее; зуд же — это низкий, смешной недуг, в котором и признаться-то невозможно; человека страдающего жалеют — над человеком чешущимся смеются.

Невыносимый зуд — возможно, действительно худшая форма пытки органов чувств. Возможно, Данте стоило приберечь его для худших грешников в самом последнем кругу ада. Тягу к чесотке нельзя превозмочь, а когда мы чешемся, наши близкие относятся к нам с презрением и считают вдвойне омерзительными: не только запаршивевшими, но еще и слабовольными.

---

Название бактерии, обитающей в кишечнике круглого червя, — вольбахия. Она живет в симбиозе с этим червем, то есть они не вредят друг другу. Вольбахию убивают некоторые антибиотики вроде доксициклина, так что порой используется сочетание ивермектина и доксициклина. Единственные хозяева взрослого организма Onchocerca volvulus — приматы (мыши, крысы и другие лабораторные животные им не заражаются), что ограничивает возможности для изучения речной слепоты в лаборатории.

Помимо плюща, урушиол содержится в сумахе укореняющемся и сумахе ядовитом.

Есть причины считать, что кашель и зуд — взаимосвязанные ощущения, призванные устранить нежелательный раздражитель. У них, возможно, есть общие клеточные и молекулярные участки путей в нервной системе.

Зуд, по-видимому, в основном передается медленными С-волокнами. Один из способов, благодаря которым это можно узнать, — наложить временную перевязку на руку участника эксперимента. Это блокирует распространение электрических сигналов по более крупным А-волокнам, но не по мелким С-волокнам и практически не уменьшит ощущения зуда.

Эта линия исследований зашла в некоторый тупик. Изначально ее авторы считали, что GRP является нейромедиатором сенсорных клеток дорсального корешкового ганглия, которые и являются первичными рецепторами зуда. Но более новые работы показали, что эти клетки не производят GRP, это молекула служит нейромедиатором для нейронов спинного мозга, которые получают сигналы зуда от клеток, выделяющих NPPB.

Полное название NPPB — предшественник натрийуретического пептида типа В. Это пептидный мессенджер, изначально выявленный как регулятор сердечной функции.

К Hesitating Beauty и ко многим другим песням Вуди Гатри написал слова, но так и не положил их на музыку. Через много лет по инициативе Норы, дочери Вуди, Билли Брэггу и Wilco поручили написать музыку и исполнить некоторые из этих песен Гатри. Hesitating Beauty была исполнена Джеффом Твиди и его группой Wilco, которые и создали к ней музыку.

В этом эксперименте почесывание производил экспериментатор, а не сам участник, с тем чтобы соблюдать постоянную интенсивность процедуры у всех участников и на всех участках кожи. Но меня терзает вопрос, что было бы, если бы участникам разрешили чесаться самостоятельно, ведь, скорее всего, они бы чесались гораздо яростнее, чем это делал экспериментатор.

В одном исследовании обезьянам делали укол небольшой дозы гистамина, что вызывало зуд. Это приводило к активации нейронов в спинобугорном пути спинного мозга, который передает сигналы зуда в головной мозг. Когда экспериментатор расчесывал область кожи вокруг места укола гистамина, это уменьшало активацию соответствующих нейронов. В контрольных экспериментах почесывание не снижало электрической активации нейронов в спинном мозге, возбужденных болью или легким прикосновением.

Интересный вывод из этих размышлений об эволюции таков: животные, лишенные возможности чесаться или иным образом избавляться от насекомых и других паразитов на коже, должны обладать фундаментально иной системой обработки зуда в коже, спинном и головном мозге.

Дневник Андре Жида, запись от 19 марта 1931 года.

12.3B: Тактильные ощущения – Медицина LibreTexts

Прикосновение воспринимается механорецептивными нейронами, которые по-разному реагируют на давление.

Цели обучения

• Опишите, как прикосновение воспринимается механорецептивными нейронами, реагирующими на давление

Ключевые моменты

• Наше осязание, или тактильные ощущения, обеспечивается кожными механорецепторами, расположенными в нашей коже.
• Существует четыре основных типа кожных механорецепторов: тельца Пачини, тельца Мейснера, диски Меркеля и окончания Руффини.
• Кожные механорецепторы классифицируются по морфологии, по типу ощущений, которые они воспринимают, и по скорости адаптации. Более того, у каждого есть свое рецептивное поле.

Ключевые термины

• рецептивное поле : конкретная область сенсорного пространства (например, поверхность тела, пространство внутри уха), в которой стимул запускает возбуждение этого нейрона.
• адаптация : изменение во времени реакции сенсорной системы на постоянный раздражитель.
• Aβ-волокно : Тип сенсорного нервного волокна, передающего сигналы холода, давления и некоторых болевых сигналов.
• Волокно Aδ : несет сенсорную информацию, относящуюся к вторичным окончаниям мышечного веретена, прикосновению и кинестезии.

Механорецептор – это сенсорный рецептор, который реагирует на механическое давление или искажение. Например, в периодонтальной связке есть механорецепторы, которые позволяют челюсти расслабиться при надавливании на твердые предметы; Мезэнцефалическое ядро ​​отвечает за этот рефлекс.

В коже есть четыре основных типа голой (безволосой) кожи:

1. Концовки Руффини.
2. Тельца Мейснера.
3. тельца Пачини.
4. Диски Меркель.

В волосистой коже также есть механорецепторы. Волосковые клетки в улитке – самые чувствительные механорецепторы, преобразующие волны давления воздуха в нервные сигналы, посылаемые в мозг.

Кожные механорецепторы

Кожные механорецепторы расположены в коже, как и другие кожные рецепторы.Они обеспечивают осязание, давление, вибрацию, проприоцепцию и другие. Все они иннервируются волокнами Aβ, за исключением механопринимающих свободных нервных окончаний, которые иннервируются волокнами Aδ.

Их можно разделить на категории по морфологии, типу ощущений, которые они воспринимают, и по скорости адаптации. Более того, у каждого свое восприимчивое поле:

.

• Конечные органы Руффини обнаруживают напряжение глубоко в коже.

Тельца

• Мейснера обнаруживают изменения текстуры (колебания около 50 Гц) и быстро адаптируются.
• Пачинские тельца обнаруживают быстрые колебания (около 200–300 Гц).

Диски

• Меркель обнаруживают длительное прикосновение и давление.
• Механорецепторные свободные нервные окончания обнаруживают прикосновение, давление и растяжение.
• Рецепторы волосяных фолликулов расположены в волосяных фолликулах и чувствуют изменение положения прядей волос.

Конец Руффини

Окончание Руффини (тельце Руффини или луковичное тельце) представляет собой класс медленно адаптирующихся механорецепторов, которые, как считается, существуют только в голой дерме и подкожной клетчатке человека.Он назван в честь Анджело Руффини.

Этот веретенообразный рецептор чувствителен к растяжению кожи и способствует кинестетическому ощущению и контролю положения и движения пальцев. Считается, что он полезен для отслеживания скольжения предметов по поверхности кожи, позволяя модулировать захват объекта.

Окончания Руффини расположены в глубоких слоях кожи. Они регистрируют механическую информацию в суставах, в частности изменение угла, с точностью до двух градусов, а также состояния постоянного давления.Они также действуют как терморецепторы, которые долго реагируют, например, держатся за руки во время прогулки. В случае глубокого ожога тела боли не будет, поскольку эти рецепторы сгорят.

Тельца Мейснера

Тельца Мейснера (или тактильные тельца) отвечают за чувствительность к легкому прикосновению. В частности, они имеют самую высокую чувствительность (самый низкий порог) при обнаружении вибрации ниже 50 герц. Это быстро адаптивные рецепторы.

Пачинские тельца

Пачинианские тельца (или ламеллярные тельца) отвечают за чувствительность к вибрации и давлению. Роль вибрации может использоваться для обнаружения текстуры поверхности, например шероховатой или гладкой.

Меркель Нерв

Нервные окончания Меркеля – это механорецепторы, обнаруженные в коже и слизистой оболочке позвоночных животных, которые передают в мозг информацию касания. Информация, которую они предоставляют, касается давления и текстуры. Каждое окончание состоит из ячейки Меркеля, близко соприкасающейся с увеличенным нервным окончанием.

Это иногда называют комплексом клетка Меркеля-нейрит или дисковым рецептором Меркеля. Одно афферентное нервное волокно разветвляется, иннервируя до 90 таких окончаний. Они относятся к медленно адаптирующимся механорецепторам типа I.

Самый быстрый словарь в мире: Vocabulary.com

тактильное ощущение ощущение, производимое рецепторами давления на коже

тактильное ощущение способность воспринимать давление, тепло или боль

вкусовое ощущение ощущение, которое возникает, когда вкусовые рецепторы на языке и в горле передают информацию о химическом составе растворимого раздражителя

ощущение прикосновения ощущение, создаваемое рецепторами давления на коже

тактильное ощущение ощущение, локализованное на коже

после ощущения изображение, которое сохраняется после прекращения стимуляции

бестактность качество бестактность

слуховое ощущение субъективное ощущение слышимости чего-либо

болезненное ощущение соматическое ощущение острого дискомфорта

десталинизация социальный процесс нейтрализации влияния Иосифа Сталина путем пересмотра его политики и удаления памятников, посвященных ему, и переименования мест, названных в его честь

вкусовое ощущение ощущение, которое возникает, когда вкусовые рецепторы на языке и в горле передают информацию о химическом составе растворимого раздражителя

тактическое исследование метод исследования, при котором экзаменующий чувствует размер, форму, твердость или расположение чего-либо (частей тела, если экзаменатор – медицинский работник)

соматические ощущения восприятие осязательных или проприоцептивных или кишечных ощущений

деколонизация действие перехода от колониального статуса к независимому

компенсация за акт возмещения ущерба за услугу, утрату или травму

ощущение кожи локализованное на коже ощущение

Презентация различных тактильных ощущений с использованием электротактильного дисплея с микроиглами

Abstract

Тактильные дисплеи вызывают тактильные ощущения, искусственно стимулируя тактильные рецепторы.Хотя было разработано много типов тактильных дисплеев, электротактильные дисплеи, использующие электрическую стимуляцию, могут быть тонкими, легкими, гибкими и, следовательно, удобными для ношения. Однако высокое напряжение, необходимое для стимуляции тактильных рецепторов, и ограниченное разнообразие возможных ощущений создают проблемы. В нашей предыдущей работе мы разработали электротактильный дисплей с использованием набора микроигольчатых электродов, который может резко снизить необходимое напряжение за счет безболезненного проникновения через высокоимпедансный роговой слой, но отображение различных тактильных ощущений все еще было проблемой.В этой работе мы демонстрируем предъявление испытуемым тактильных ощущений разной шероховатости, что обеспечивается расположением электродов; игольчатые электроды находятся на кончике пальца, а заземляющий электрод – на ногте. Благодаря такому расположению дисплей может стимулировать тактильные рецепторы, которые расположены не только в неглубоких областях пальца, но и в глубоких областях. Экспериментально было обнаружено, что требуемое напряжение было дополнительно снижено по сравнению с предыдущими устройствами и что шероховатость, отображаемая на дисплее, контролировалась частотой импульсов и временем переключения или скоростью потока стимуляции. Предлагаемый электротактильный дисплей легко применим в качестве нового носимого тактильного устройства для передовых информационных коммуникационных технологий.

Образец цитирования: Тезука М., Китамура Н., Танака К., Мики Н. (2016). Презентация различных тактильных ощущений с использованием электротактильного дисплея с микроиглами. PLoS ONE 11 (2):
e0148410.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0148410

Редактор: Слиман Дж. Бенсмайя, Чикагский университет, США

Поступила: 27 июля 2015 г .; Одобрена: 16 января 2016 г .; Опубликован: 4 февраля 2016 г.

Авторские права: © 2016 Tezuka et al.Это статья в открытом доступе, распространяемая в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution License, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии указания автора и источника.

Доступность данных: Все соответствующие данные находятся в документе.

Финансирование: Эта работа была поддержана Preursory Research for Embryonic Science and Technology (PRESTO, Information Environment and Human), Японское агентство науки и технологий (http: // www.jst.go.jp/kisoken/presto/en/). НМ получил это финансирование. Финансирующие организации не играли никакой роли в дизайне исследования, сборе и анализе данных, принятии решения о публикации или подготовке рукописи.

Конкурирующие интересы: Авторы заявили, что никаких конкурирующих интересов не существует.

Введение

Кожа человека имеет четыре типа тактильных рецепторов. Эти рецепторы, обладающие разными свойствами, расположены в разных местах кожи и отвечают за разные типы стимуляции [1–5].Тактильный дисплей – это интерфейс, который может обеспечивать пользователю тактильные ощущения, стимулируя эти тактильные рецепторы электрически или механически деформируя кожу. Механотактильные дисплеи должны быть способны деформировать кожу либо на несколько десятков микрометров при низкой частоте, либо на несколько микрометров или даже меньше при высокой частоте, в зависимости от рецепторов, которые необходимо стимулировать. Низкочастотная деформация кожи с большим смещением может быть достигнута с помощью штифтовых приводов с использованием соленоидов [6], в то время как ультразвуковые приводы [7–9] и электростатические приводы [10, 11] используются для деформации кожи небольшими смещениями при высокие частоты.Наша группа разработала ряд микроприводов, состоящих из механизмов гидравлического усиления и пьезоэлектрических приводов, которые могут стимулировать все тактильные рецепторы для создания различных тактильных ощущений, таких как шероховатость и твердость [12]. Для оценки тактильных ощущений, которые может вызывать разработанный механотактильный дисплей, мы недавно предложили метод сравнения образцов [13]. Однако высокое энергопотребление и громоздкость механотактильных дисплеев делают их непригодными для носимых устройств.

Электротактильные дисплеи стимулируют тактильные рецепторы, прикладывая напряжение к коже. Массивные плоские электроды активируются для демонстрации тактильных ощущений пользователю [14–18]. Электроды могут быть нанесены на тонкую и гибкую основу, что является огромным преимуществом перед громоздкими механотактильными дисплеями, особенно для носимых устройств. Однако у электротактильных дисплеев есть две основные проблемы; они требуют высокого напряжения в несколько десятков вольт для стимуляции тактильных рецепторов и могут вызывать лишь ограниченное разнообразие ощущений у пользователя, которые обычно испытывают электричество и жжение.Высокое напряжение необходимо из-за высокого импеданса (100 кОм · м) рогового слоя, самого внешнего слоя эпидермиса [19]. В нашей предыдущей работе мы разработали электротактильный дисплей, который состоит из массива титановых микроигольчатых электродов [20]. Электроды были изготовлены с острыми кончиками для проникновения через роговой слой, но достаточно короткими, чтобы не доходить до болевых точек. Дисплей резко снизил необходимое напряжение, то есть пороговое напряжение, для создания тактильных ощущений по сравнению с устройствами с плоским электродом.Как показано на фиг. 1 (а), матрица микроигольчатых электродов имела семь электродов; электрод в центре функционировал как активный электрод, а шесть окружающих электродов – как заземляющие электроды. Хотя пороговое напряжение было успешно снижено, тактильные ощущения, вызванные дисплеем, по-прежнему ограничивались электрическими ощущениями и ощущениями покалывания. Мы считали, что при таком расположении электродов стимулирующие токи проходят и стимулируют тактильные рецепторы только в неглубокой области кожи.Хорошо известно, что четыре типа тактильных рецепторов отвечают за различные типы стимулов и расположены внутри кожи таким образом, что могут иметь самую высокую чувствительность. Следовательно, чтобы вызвать различные тактильные ощущения, расположение электродов необходимо изменить так, чтобы можно было стимулировать все типы тактильных рецепторов.

Рис. 1. Концептуальные изображения электротактильных дисплеев.

(a) Электротактильный дисплей, состоящий из микроигольчатых электродов [20].Электрод истока расположен в центре электродной решетки, и стимулирующий ток проходит только через неглубокую область кожи пальца. (b) Недавно предложенное «двустороннее игольчатое устройство» с заземляющим электродом на ногте. Стимулирующий ток проходит через палец и стимулирует все тактильные рецепторы, распределенные в коже.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0148410.g001

В этой статье мы предлагаем тактильный дисплей, состоящий из набора микроигольчатых электродов на кончике пальца и плоского электрода на ногте, как показано на Рис. 1 (б).Мы называем это новое устройство «Устройство с плоской иглой с двух сторон». Игольчатые электроды ориентированы в направлении медиально-латерального направления пальца. Плоский электрод функционирует как заземляющий электрод, и стимулирующие токи могут течь от микроигольчатых электродов к плоскому электроду, то есть они могут проходить через пальцы, чтобы стимулировать не только тактильные рецепторы, расположенные в неглубоких областях, но также и в глубокие участки кожи. Следовательно, предлагаемый тактильный дисплей может отображать различные тактильные ощущения у испытуемых.Сначала опишем процесс изготовления устройства. Затем пороговые напряжения сравниваются с данными из предыдущей работы. Наконец, тактильные ощущения, которые может дать разработанный дисплей, исследуются экспериментально, с особым акцентом на шероховатости. Управляющими параметрами дисплея являются частота импульсов и временные интервалы стимуляции между соседними электродами.

Проектирование и изготовление

2.1. Типовой проект дома

Электротактильный дисплей состоит из микроигл, которые проникают через роговой слой с высоким импедансом и электрически стимулируют тактильные рецепторы кожи.Длина микроигл была разработана таким образом, чтобы они проникали в часть рогового слоя, но не доходили до болевой точки. Толщина рогового слоя зависит от человека. Монтанья писал, что толщина эпидермиса кончиков пальцев, включая роговой слой, составляет примерно 600 мкм [21]. Хираяма опросил 50 японцев и обнаружил, что средняя толщина составляет 663 мкм (минимум: 600 мкм, максимум: 765 мкм) [22]. Учитывая, что нервы иннервируют область на 700 мкм ниже поверхности пальца [21], и что иглы не проникают полностью по его длине [23], мы решили, что микроиглы подходящей длины для проникновения в роговой слой и Уменьшение импеданса составляет 600 мкм.

2.2. Изготовление

Сначала формируется массив титановых проволок. Для игл мы использовали титановую проволоку диаметром 0,3 мм (Nilaco Corp.) и полидиметилсилоксан (PDMS; SILPOT184, Dow Corning Toray) для основания устройства. Оба материала биосовместимы. На рис. 2 (а) и 2 (б) показан процесс изготовления массива проводов. Мы механически обработали полиметилметакрилат (ПММА) и сделали держатель проволоки из двух частей. Верхняя часть имела толщину 0,5 мм и пять 0.Отверстия диаметром 31 мм в ряду, нижняя часть имела отступ 300 мкм. Начальная длина титановой проволоки контролировалась глубиной вдавливания. Две части PMMA были сложены и помещены в чашку Петри. Затем титановые проволоки сгибали и вставляли в отверстия держателя. Затем чашку Петри наполняли литейным раствором PDMS и обжигали на горячей плите при 65 ° C в течение 4 часов. Сформированную проволочную сетку окончательно вынули из чашки Петри и освободили от держателя.

Рис. 2. Процесс изготовления массива проводов.

a) Держатель проволоки из ПММА был изготовлен механическим способом. б) Титановые проволоки сгибали и помещали в отверстия держателя, а затем фиксировали с помощью PDMS. в) Форма иглы сформирована электрохимическим травлением. г) Фотография изготовленного устройства.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0148410.g002

Для заточки плоских концов проволок использовалось электрохимическое травление [24–26]. Рис. 2 (c) показывает схематическое изображение этого процесса.Электролит для травления проволоки состоит из 4 г хлорида натрия и 60 мл раствора этиленгликоля. В нашей предыдущей работе [27, 28] мы обнаружили, что подходящее расстояние между проводами (со стороны анода) и катодным выводом составляет 20 мм. Мы приготовили прокладку из ПММА толщиной 20 мм и закрепили проволочную решетку и катодный вывод с обоих концов. Сетку проводов и распорку помещали в стакан, заполненный раствором электролита. При приложении напряжения 30 В в течение 22 с получены иглы длиной 600 мкм и радиусом 20 мкм на кончике.

Экспериментальные методы

3.1. Экспериментальная установка

Протокол эксперимента был одобрен Советом по биоэтике факультета науки и технологий Университета Кейо. Испытуемые получили подробное объяснение экспериментальных методов, а затем подписали форму информированного согласия перед участием в исследовании. Устройство меняли для каждого испытуемого, иглы дезинфицировали в автоклаве, а поверхность пальца каждого испытуемого дезинфицировали этанолом перед экспериментами.Сначала испытуемого попросили отметить центр указательного пальца. После того, как игла была совмещена с отмеченной точкой, субъект осторожно надавил пальцем на устройство, пока игла не проникла в кожу пальца. Затем заземляющий электрод фиксировали к ногтю с помощью ленты. Игла на матрице и противо-плоский электрод были подключены к генератору функций. Фотография тактильного дисплея, прикрепленного к пальцу, и схематическое изображение экспериментальной системы показаны на рис. 3 (а) и 3 (б).Двадцать субъектов (16 мужчин и 4 женщины; 21–25 лет) участвовали в экспериментах по пороговому напряжению и диапазону напряжения (разделы 3.2 и 3.3). Испытуемые 1–5, 7, 8, 10, 11, 14 и 16 (8 мужчин и 3 женщины) также участвовали в эксперименте по тестированию восприятия (раздел 3.4).

3.2. Пороговое напряжение

Мы экспериментально получили необходимые напряжения для демонстрации тактильных ощущений испытуемым с помощью устройства Two-Side Needle-Flat. После того, как игольчатые электроды и плоский электрод были прикреплены к пальцу испытуемого, на игольчатые электроды подавали электрический стимул, состоящий из положительных прямоугольных волн (рабочий цикл: 50%) с частотами 10, 20, 50 и 100 Гц. Для устройства с плоским электродом и устройства с односторонней иглой активна была только центральная игла, а остальные работали как заземляющие электроды, но для устройства с плоской иглой с двумя сторонами активна была центральная игла, а плоский электрод на ногте. функционировал как заземляющий электрод. Приложенное напряжение увеличивалось с 0 В до тех пор, пока субъект не почувствовал тактильное ощущение, которое было записано как пороговое напряжение В _th . Мы провели те же эксперименты с устройством с односторонней иглой и устройством с плоским электродом в качестве эталона.Эти устройства были изготовлены с использованием того же метода. Пороговые напряжения для трех различных устройств были измерены трижды для каждой частоты.

3.3. Диапазон напряжения

Пороговое напряжение В _th – это минимальное напряжение, при котором субъект может воспринимать тактильную стимуляцию. По мере увеличения приложенного напряжения тактильная стимуляция усиливается и в конечном итоге становится болезненной. Мы называем это напряжение В _боль .Напряжение, которое может быть приложено к объекту для отображения различных тактильных ощущений, ограничено диапазоном от В _th до В _боли . Предпочтительны широкий диапазон или большая разница между V _th и V _pain ; однако диапазон обычно узкий, и из-за неоднородности импеданса кожи пальца V _боль может варьироваться [28].Это ограничивает тактильные ощущения, которые могут быть представлены с помощью электротактильных дисплеев. Диапазон напряжения от В _th до V _pain был экспериментально исследован для устройств с двусторонней иглой-плоской и односторонней иглой. Активный и заземляющий электроды были такими же, как и в эксперименте с пороговым напряжением. Используя устройство Two-Side Needle-Flat, мы также измерили напряжение, при котором испытуемые могут легко идентифицировать тактильные ощущения без боли. V _th и V _pain для двух устройств были измерены трижды для каждой частоты.

3.4. Тест восприятия

Мы попытались создать различные тактильные ощущения, контролируя частоту и пиковое напряжение приложенных напряжений, а также скорость потока стимуляции, то есть временную задержку между последовательным включением электродов, как показано на рис. 4. Положительный квадрат Импульсы генерировались генератором импульсов, в то время как микроконтроллер Arduino MEGA управлял фото-МОП-реле для переключения активного электрода в назначенное время переключения.Сигнальный поток повторялся в направлении от медиального к латеральному направлению пальца. Мы провели тест восприятия, изменив частоту импульсов (10, 20, 50 и 100 Гц) и время переключения (с 30 мс до 100 мс). Каждого испытуемого попросили оценить воспринимаемую шероховатость по шкале от 1 (гладкая) до 6 (грубая). Тест восприятия проводился для каждой частоты пульса. Сначала стимуляции с самым медленным и самым быстрым временем переключения были представлены как стимулы, представляющие максимум и минимум шкалы, соответственно.Затем испытуемым случайным образом предъявляли ощущение каждого момента переключения. Электростимуляция применялась к кончикам пальцев испытуемых до тех пор, пока они не смогли оценить шероховатость. Приложенное напряжение определялось испытуемыми так, чтобы стимуляция была достаточно четкой, чтобы ее можно было оценить, но без боли. Этот эксперимент проводился один раз для каждого испытуемого.

Результаты и обсуждение

4.1. Пороговое напряжение

На рис. 5 показано пороговое напряжение устройства с плоским электродом, устройства с односторонней иглой и предлагаемого устройства с плоской иглой с двумя сторонами в зависимости от частоты импульсов.На рисунке показаны средние значения по 17 предметам. Трое из 20 испытуемых не чувствовали никаких ощущений при использовании игл, поэтому их результаты были исключены. Как правило, пороговое напряжение недавно предложенного устройства с плоской двусторонней иглой оказалось даже меньше, чем у предыдущего устройства с односторонней иглой, и намного меньше, чем у плоских электродов. Зависимый t-критерий был использован для оценки статистической значимости этой тенденции и показал, что различия в среднем пороговом напряжении между устройствами с плоским электродом ( M = 72.29, SD = 21,57) и устройство с плоской иглой с двумя сторонами ( M = 11,15, SD = 10,81) для всего объекта были статистически значимыми (t (16) = 9,82, p <0,05, d = 3,58). Таким же образом сравнивали среднее пороговое напряжение устройства с односторонней иглой ( M = 19,03, SD = 11,76) и устройства с плоской иглой с двумя сторонами. Результат зависимого t-теста показал, что различия в среднем пороговом напряжении этих двух устройств для всего субъекта были статистически значимыми (t (16) = 2.97, р <0,05, d = 0,70). Средняя разница в пороге между устройством с односторонней иглой и устройством с плоской иглой с двумя сторонами у испытуемых составила 7,88 В> 0 ( SD = 10,95), это также показывает, что устройство с плоской иглой с двух сторон требует меньшее напряжение, чем устройство с односторонней иглой. С помощью приведенного выше статистического анализа мы подтвердили, что пороговое напряжение недавно предложенного устройства с плоской двусторонней иглой было значительно меньше, чем у устройства с односторонней иглой. Затем результаты каждого испытуемого анализировались независимо с помощью зависимого t-критерия.Этот результат показал, что 12 испытуемых показали пороговое напряжение устройства с двусторонней иглой, которое было значительно меньше, чем их пороговое напряжение устройства с односторонней иглой (p <0,05), у 4 испытуемых пороговое напряжение было равно двум. -Side Needle-Flat устройство, которое было значительно больше, чем их пороговое напряжение устройства с односторонней иглой (p <0,05), и 1 испытуемый не показали значительной разницы в пороговом напряжении между двумя устройствами. На рис.6 (а) показаны результаты для субъекта, у которого пороговое напряжение устройства с плоской иглой с двумя сторонами значительно меньше, чем у двух других устройств (p <0.05). На рис. 6 (b) показаны результаты для субъекта, у которого пороговое напряжение устройства с плоской иглой с двумя сторонами больше, чем у устройства с односторонней иглой, и нет значительной разницы между устройством с плоским электродом и устройством. Двухстороннее игольчатое устройство. На рис. 6 (c) показаны результаты для субъекта, у которого нет значительной тенденции между устройством с плоской двусторонней иглой и устройством с односторонней иглой. Пороговое напряжение варьировалось среди испытуемых из-за толщины рогового слоя, состояния кожи и, в частности, состояния введенных игл.Правильное введение игл является наиболее важным условием для существенного снижения порогового напряжения устройства «двусторонняя игла».

Рис. 5. Пороговое напряжение устройства с плоским электродом, устройства с односторонней иглой и недавно предложенного устройства с плоской иглой с двумя сторонами в зависимости от частоты импульсов.

Результаты показаны для 17 субъектов. Планки погрешностей представляют собой стандартные отклонения.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0148410.g005

Рис. 6. Результаты для трех испытуемых.

a) Статистически значимые результаты для одного испытуемого, p <0,05. б) Пороговое напряжение устройства с плоской иглой с двумя сторонами больше, чем у устройства с одной иглой, и разница в пороге между устройством с плоским электродом и устройством с плоской иглой с двумя сторонами не является статистически значимой. . c) Отсутствие существенной разницы в пороге между устройством с плоской иглой с двух сторон и устройством с односторонней иглой.

https: // doi.org / 10.1371 / journal.pone.0148410.g006

Этот эксперимент показал, что недавно предложенное устройство с плоской иглой с двумя сторонами требует меньшего напряжения для создания тактильных ощущений. Меньшее напряжение, которое соответствует низкому энергопотреблению, имеет большое преимущество для носимых устройств. Мы считаем, что устройство Two-Side Needle-Flat может стимулировать тактильные рецепторы глубоко в коже пальца, располагая противозаземляющий электрод на ногте. Это подразумевалось тем фактом, что испытуемые испытывали тактильные ощущения с меньшим покалыванием.Пороговое напряжение не менялось в зависимости от частоты.

4.2. Диапазон напряжения

На рис. 7 показана разница между V _th и V _pain ; данные являются средними для 17 субъектов. Диапазон напряжения устройства с плоской иглой с двумя сторонами был больше, чем у устройства с одной иглой. Зависимый t-критерий был использован для оценки этой тенденции и показал, что разница в диапазоне напряжений между устройством Two-Side Needle-Flat ( M = 21.37, SD = 7,77), а устройство с односторонней иглой ( M = 14,05, SD = 9,67) было статистически значимым для всего субъекта (t (16) = 2,99, p <0,01, d = .83). Средняя разница между диапазоном напряжения устройства с плоской иглой с двумя сторонами и диапазоном напряжения устройства с односторонней иглой составляла 7,31 В, а стандартное отклонение составляло 9,78 для субъектов. Эти результаты показывают, что диапазон напряжений устройства с двусторонней иглой и плоской иглой значительно шире, чем у устройства с односторонней иглой.Затем был проведен статистический анализ результатов по каждому предмету. Результат зависимого t-теста показал, что 10 испытуемых продемонстрировали диапазон напряжений устройства с плоской иглой с двумя сторонами, который был значительно шире, чем у устройства с односторонней иглой (p <0,05), 6 испытуемых не показали значимого разница в диапазоне напряжений между двумя устройствами, и 1 испытуемый показал диапазон напряжения устройства с плоской двусторонней иглой, который был уже, чем у устройства с односторонней иглой (p <.05). Узкий диапазон устройства с односторонней иглой привел к ограниченному разнообразию тактильных ощущений. Кроме того, испытуемые чаще чувствовали боль при использовании устройства с односторонней иглой. Было подтверждено, что новое предложенное устройство с заземляющим электродом на ногте имеет более широкий диапазон напряжений, что расширяет диапазон экспериментов с тактильным дисплеем, которые можно проводить.

Рис. 7. Разница между пороговым напряжением и болезненным напряжением для устройств с односторонней иглой и двусторонней иглой-плоской по отношению к частоте.

Планки погрешностей представляют собой стандартные отклонения. Показаны результаты для 17 человек. Диапазон не менялся с частотой, но устройство Two-Side Needle-Flat имело более широкий диапазон.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0148410.g007

На рис.8 показана взаимосвязь между пороговым напряжением В _th болезненным напряжением В _болью и комфортным напряжение устройства Two-Side Needle-Flat; данные являются средними для 17 субъектов.Значение комфортного напряжения было примерно посередине между V _th и V _pain . Большой запас для достижения болезненного напряжения позволяет стабильно проявлять тактильные ощущения без риска возникновения боли из-за внезапного изменения состояния кожи.

4.3. Тест восприятия

На рис. 9 показаны результаты тестов восприятия. Блоки оттенков серого на рис. 9 (а) соответствуют средним значениям оценок шероховатости для 11 субъектов (1 = белый и 6 = черный) относительно времени переключения и частоты.Тенденция четко указывает на то, что шероховатость увеличивается со временем переключения, поскольку блоки темнеют к верху диаграммы. Для подтверждения этой тенденции был проведен корреляционный анализ. Средняя грубость суждений по испытуемым и время переключения имеют положительную корреляцию (r = 0,993, p <0,01). Частота не является доминирующим фактором. Этот результат подтвердил, что мы можем отображать различные ощущения, изменяя время переключения.

Рис. 9. Результаты теста восприятия.

a) Блоки в градациях серого соответствуют средним значениям шероховатости, о которых сообщили 11 субъектов. б) Средние значения оценок грубости (усредненные по частотам) для 11 испытуемых. Планки погрешностей представляют собой стандартные отклонения.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0148410.g009

После тестов восприятия мы попросили испытуемых заполнить анкету об ощущениях, которые они воспринимали. На рис. 10 показаны вопросы анкеты и ответы 11 испытуемых.Мы также призвали испытуемых оставлять отзывы по каждому вопросу. Замечания испытуемых показали, что они признали, что ощущения менялись со временем переключения, но представленные ощущения не были такими же, как настоящие грубые или гладкие ощущения. Ощущение было скорее «медленным-быстрым покалыванием» или «щекоткой», чем настоящим ощущением «грубо-гладкого» для некоторых испытуемых. Большинство испытуемых сообщили, что отсутствие движения пальца мешает им чувствовать, что они касаются чего-то, и что «гладкое» ощущение может быть ближе к реальному, чем «грубое» ощущение, но ощущение, представленное пять игл было слишком коротким, чтобы распознать его.Это одна из причин, почему оценка за вопрос 3 находится в середине оценки. Чтобы создать ощущение, будто объекты касаются реальной поверхности, потребуется другая система с несколькими рядами игл, покрывающих большую площадь пальца. Мы также обнаружили, что равномерное введение пяти игл было необходимо для точного восприятия разницы в ощущениях для каждого времени переключения. Когда одна игла обеспечивала более сильную стимуляцию, чем другие иглы, испытуемым было трудно правильно оценить шероховатость.Дальнейшее изучение и улучшение системы необходимы, чтобы представить реальное восприятие шероховатости; Однако с помощью нашего нового устройства мы успешно представили различные ощущения.

Выводы

Был предложен и продемонстрирован электротактильный дисплей с микроигольными электродами на кончике пальца и противо-плоским электродом на ногте. Устройство способно стимулировать тактильные рецепторы, расположенные как в глубоких, так и в неглубоких областях кожи, что позволяет снизить пороговое напряжение для демонстрации тактильных ощущений субъектам.Более того, экспериментально было подтверждено, что разница между пороговым напряжением и болезненным напряжением была больше для нового устройства по сравнению с предыдущим устройством, что позволяет больше варьировать стимулирующие сигналы и, следовательно, тактильные ощущения. Новое устройство могло успешно контролировать шероховатость представленных тактильных ощущений, последовательно активируя отдельные электроды. Предложенный электротактильный дисплей выгоден с точки зрения низкого энергопотребления, легкого веса и гибкости и легко применим к инновационным технологиям передачи информации с использованием тактильной стимуляции.

Благодарности

Эта работа была поддержана Preursory Research for Embryonic Science and Technology (PRESTO, Information Environment and Human), Японское агентство науки и технологий.

Вклад авторов

Эксперимент задумал и спроектировал: MT NK NM. Проведены эксперименты: МТ НК КТ. Проанализированы данные: МТ НК. Внесенные реагенты / материалы / инструменты анализа: МТ НК КТ НМ. Написал статью: МТ НК НМ.

Ссылки

1. 1.Сринивассан М.А., Дандекар К. Исследование механики тактильного чувства с использованием двумерных моделей кончика пальца приматов. Пер. ASME, J. Biomech. Англ. 1996; 118: 48–55.
2. 2.
   Johansson RS. Тактильная чувствительность в руке человека: характеристики воспринимающего поля механорецептивных единиц в области голой кожи. J. Physiol. 1978; 281: 101–112. pmid: 702358
3. 3.
   Валлбо AB, Йоханссон RS. Свойства кожных механорецепторов в руке человека, связанные с ощущением прикосновения.Гм. Neurobiol. 1984; 3: 3–14. pmid: 6330008
4. 4.
   Zhang Y, Miki N. Оптимальная конструкция эпидермальных гребней тактильного датчика для повышения чувствительности при обнаружении силы сдвига. IEEJ Transactions по датчикам и микромашинам. 2011; 131 (4): 141–147.
5. 5.
   Чжан Ю., Мики Н. Повышение чувствительности микромасштабного биомиметического тактильного датчика с эпидермальными гребнями. J. Micromech. Microeng. 2010; 20: 085012 (7 пп).
6. 6.
   Ян TH, Ким SY, Ким CH, Квон Д.С., Книга WJ.Разработка миниатюрного тактильного модуля с использованием упругой и электромагнитной силы для мобильных устройств. Proc. Eurohaptics 2009. 2009; 13–17.
7. 7.
   Ватанабэ Т., Фукуи С. Метод контроля тактильного ощущения шероховатости поверхности с помощью ультразвуковой вибрации. IEEE Int. Конф. Роб. Автомат. 1995. 1995; 1134–1139.
8. 8.
   Бьет М., Жиро Ф., Лемер-Семаил Б. Эффект сжатия пленки для дизайна ультразвуковой тактильной пластины. IEEE Trans. Ультразвуковой. Англ.Ферроэлектр. Freq. Контроль. 2007; 54: 2678–2688.
9. 9.
   Хоши Т., Такахаши М., Ивамото Т., Шинода Х. Бесконтактный тактильный дисплей на основе радиационного давления ультразвукового излучения в воздухе. IEEE Trans. Тактильные ощущения июль-сентябрь. 2010; 155–165.
10. 10.
    Исии Т., Хида Н., Ямамото А., Хигучи Т. Электростатический тактильный дисплей с использованием тонкопленочного слайдера. 6-й Int. Конф. Контроль движения и вибрации. 2002; 547–552.
11. 11.
    Jungmann M, Schlaak HF Миниатюрный электростатический тактильный дисплей с высокой структурной податливостью. Proc. Eurohaptics 2002. 2002; 12–17.
12. 12.
    Arouette X, Matsumoto Y, Ninomiya T., Okayama Y, Miki N. Динамические характеристики механизма гидравлического усиления для систем приводов большого смещения. Датчики. 2010; 10: 2946–2956. pmid: 22319281
13. 13.
    Косемура Й., Исикава Х., Ватанабэ Дж., Мики Н. Характеристика поверхностей, виртуально созданных с помощью тактильного дисплея МЭМС. Jpn. J. Appl. Phys. 2014; 53: 06JM11.
14. 14.
    Кадзимото Х., Инами М., Каваками Н., Тачи С.Интеллектуальное сенсорное увеличение чувствительности кожи с помощью электрокожного дисплея. В Proc. 11-го симпозиума по тактильным интерфейсам для виртуальной среды. и Teleoperator Systems, Лос-Анджелес. 2003. https://doi.org/10.1109/HAPTIC.2003.1191225
15. 15.
    Кадзимото Х., Каваками Н., Маэда Т., Тачи С. Отображение тактильных ощущений с использованием функциональной электрической стимуляции. В Proc. 9-го Междунар. Конф. по искусственной реальности и телексистенции. 1999; 107–114.
16. 16.
    Кадзимото Х., Каваками Н., Тачи С.Оптимальный метод проектирования для селективной стимуляции нервов и его применение для электрокожной индикации. В Proc. 10-го симпозиума по тактильным интерфейсам для виртуальной среды и телеоператорских систем, Орландо. 2002; 303–310. https://doi.org/10.1109/HAPTIC.2002.998973
17. 17.
    Кадзимото Х., Каваками Н., Тачи С. Психофизическая оценка избирательности рецепторов в электро-тактильном отображении. В Proc. 13-го Международного симпозиума по измерениям и контролю в робототехнике (ISMCR). 2003; 83–86.
18. 18.
    Кадзимото Х, Каваками Н., Тачи С. Умное прикосновение: электрическая кожа для прикосновения к неприкасаемым. IEEE Comput. График. Appl. 2004; 24: 36–43.
19. 19.
    Кадзимото Х., Каваками Н., Маэда Т., Тачи С. Электрокожный дисплей как интерфейс к виртуальному тактильному миру. Виртуальная реальность IEEE. 2001. 2001; 289–290.
20. 20.
    Китамура Н. , Чим Дж., Мики Н. Электротактильный дисплей с использованием микроструктурного набора игл. J. Micromech. Microeng. 2015; 25 (2).
21. 21.
    Монтанья В., Лобиц туалет. Эпидермис. 1-е изд. Нью-Йорк: Academic Press; 1964.
22. 22.
    Хираяма Х. Гистологическая конфигурация кожи японца, в частности исследование измерений. J. Med. Доц. компании Nippon Med. Школа. 1961; 28: 81–96 (на японском языке).
23. 23.
    Мартанто М, Мур С.Дж., Коуз Т, Праусниц Р.М. Механизм введения жидкости при введении и втягивании микроиглы. J. Control Release. 2006; 112: 357–361. pmid: 16626836
24. 24.Ju BF, Chen YL, Ge Y. Искусство электрохимического травления для изготовления вольфрамовых зондов с контролируемым профилем наконечника и характеристическими параметрами. Rev. Sci. Instrum. 2011; 82: 013707. pmid: 21280837
25. 25.
    Дегучи Т. Электролитическая обработка травлением растворами этиленгликоля. J. Общество отделки поверхностей Японии. 2010; 61: 305–306.
26. 26.
    Накагава Х., Йошимото Н., Эгашира М., Муранака Т., Хиронака М., Морита М. Электрополировка титана в растворах электролитов на основе смешанных растворителей этанола и этиленгликоля.J. Общество отделки поверхностей Японии. 2010; 61: 58–62.
27. 27.
    Китамура Н., Чим Дж., Мики Н. Влияние формы иглы на работу электро тактильного дисплея игольчатого типа. MEMS’14: 27-я Международная конференция IEEE Int. Конф. Micro Electro Mech. Syst. 2014; 1183–1184.
28. 28.
    Китамура Н., Чим Дж., Мики Н. Массив микроигольчатых электродов для электро-тактильного дисплея. Transducers ‘13: 17th IEEE Int. Конф. Solid-State Sens., Актуаторы Microsyst. 2013; 106–107.

Тактильное чувство | Мультисенсорные среды Snoezelen

Тактильное чувство

Наше тактильное чутье позволяет нам оставаться в контакте с окружающей средой.Наше осязание происходит от ряда рецепторов нашей кожи, которые принимают сообщения о давлении, вибрации, текстуре, температуре, боли и положении наших конечностей и передают их через нашу нервную систему в мозг. Наши тактильные рецепторы делятся на 4 группы.

Механорецепторы : Эти рецепторы воспринимают такие ощущения, как давление, вибрацию и текстуру. В настоящее время существует четыре типа механорецепторов, единственная их функция – передавать информацию об углублениях и вибрациях на коже.Механорецепторы, обнаруженные в верхних слоях кожи, передают информацию о давлении и текстуре и более плотно распределены в не покрытых волосами частях кожи, таких как ладони, язык, подошвы ступней и наши губы. кожа, а также сухожилия и суставы собирают информацию о вибрациях, перемещающихся по нашим костям, натяжению нашей кожи и движениям наших конечностей. Эти ощущения жизненно важны для физической активности, такой как ходьба или ловля предметов.

Сенсорные продукты, производящие вибрацию или имеющие текстуру.

Мешки с пшеницей можно нагревать в микроволновой печи или охлаждать в морозильной камере

Терморецепторы : Эти рецепторы улавливают ощущения тепла и холода. Рецепторы холода начинают воспринимать ощущение холода, когда кожа опускается ниже 95 ^° F. Ощущение пиков при 77 ^° F и перестают воспринимать ощущение холода, когда кожа опускается ниже 41 ^° F.Вот почему ваши руки и ноги немеют от сильного холода. Горячие рецепторы срабатывают, когда поверхность кожи достигает 86 ^° F, и это ощущение достигает пика при 113 ^° F. После этого болевые рецепторы начинают действовать. чтобы избежать повреждения тканей.

Болевые рецепторы : У нас их более 3 000 000, и они находятся в коже, костях, некоторых органах, кровеносных сосудах и мышцах. Роль болевого рецептора заключается в том, чтобы побудить вас отойти от причины раздражителя, будь то игла или горячее железо.Эти рецепторы также могут вызывать длительную тупую боль, чтобы указать, что область была повреждена, и их нельзя трогать или использовать, чтобы дать время заживать.

Беспорядочная игра может быть веселым и увлекательным способом изучения тактильных ощущений.

Взвешенные продукты обеспечивают проприоцептивную обратную связь, оказывая успокаивающее действие на пользователя.

Проприорецепторы : Эти рецепторы обеспечивают обратную связь с мозгом о положении различных частей тела по отношению друг к другу.Расположенные в сухожилиях, суставных капсулах и мышцах, проприорецепторы отслеживают крошечные изменения мышечного напряжения и длины, чтобы нарисовать картину того, где наши тела находятся в пространстве. Проприоцептивная обратная связь имеет решающее значение для развития мелкой моторики, которая позволяет нам печатать, играть на музыкальных инструментах, а также есть, мыть и одеваться.

Понимание тактильных ощущений позволяет нам оценить, насколько хорошо сбалансирована эта система. Расстройство обработки сенсорной информации, которое влияет на осязание, может существенно повлиять на жизнь человека.Управление тактильными стимулами в среде Snoezelen путем сосредоточения внимания на приятных тактильных ощущениях может уменьшить беспокойство и способствовать благополучию у людей с целым рядом состояний.

Термоупругие эффекты, индуцированные лазером, могут вызывать тактильные ощущения

Взаимодействие лазера с веществом и его применение во многих областях широко исследовались с момента разработки рубинового лазера в 1960 году, что позволило найти множество мощных приложений, таких как лазерный синтез. , лазерный отжиг, нелинейная оптика и абляция и коагуляция тканей в медицине, а также приложения с низким энергопотреблением, такие как оптоволоконная связь и спектроскопия.До сих пор было известно, что механический аспект взаимодействия лазера с веществом связан с генерацией волн напряжения (или акустических) на основе пяти основных механизмов взаимодействия: пробоя диэлектрика, испарения или абляции, термоупругих процессов, электрострикции и радиационного давления. В режиме линейного взаимодействия с излучением малой мощности, имеющим короткую длительность импульса в несколько наносекунд или меньше, термоупругий процесс является доминирующим, особенно при взаимодействии с биологической средой, такой как ткань ^5,6,7,8 . Когда лазерный луч облучает ткань, падающий свет обеспечивает распределение световой энергии в ткани падающим светом в соответствии с оптическими свойствами кожи, такими как коэффициент поглощения, коэффициент рассеяния и показатель преломления. Энергия падающего света затем преобразуется в тепловую энергию, отражая тепловые свойства ткани, такие как проводимость, теплоемкость, коэффициенты конвекции и излучательная способность, а температура в ткани увеличивается с последующей теплопередачей к окружающим тканям.В этом случае используются два типа фотоэффектов в зависимости от уровня энергии и скорости увеличения температуры: фототермический эффект и фотомеханический эффект. При фототермическом эффекте тепловая энергия накапливается достаточно, чтобы вызвать коагуляцию или абляцию ткани с испарением и пиролизом. С другой стороны, в случае фотомеханического эффекта мгновенное нагревание ткани из-за поглощения энергии импульсным лазерным излучением вызывает быстрое тепловое расширение нагретого объема в ткани и создает термоупругие волны, когда нагретый объем реконфигурируется в новое состояние равновесия. Термоупругие волны проявляются как переходная форма волны и распространяются в ткани со скоростью звука ~ 1,5 км / с, вызывая механическое смещение в ткани и тем самым обеспечивая возможность активации механорецепторов. Следует заметить, что именно напряжение (или, что то же самое, смещение), а не стресс, непосредственно вызывает физические ощущения, если таковые имеются.

На рис. 1а представлена ​​схематическая диаграмма экспериментальной установки для обнаружения механического воздействия лазера на образец кожи трупа, оптические и механические характеристики которого во многом аналогичны характеристикам in vivo кожи человека.Использовался лазер с модуляцией добротности с удвоенной частотой и длиной волны 532 нм и длительностью импульса 5 нс. Образец кожи трупа прикрепляли к передней стороне преобразователя из поливинилиденфторида (ПВДФ). Диаметр пятна был установлен равным 0,48 мм. Для проверки энергетической зависимости механического воздействия, индуцированного лазером, импульсный лазер облучали лучами с энергиями от 0,12 до 1,90 мДж, которые находились ниже уровня максимально допустимого воздействия (МПЭ) 20 мДж / см ² при усреднении по ограничивающая апертура 3. Диаметр 5 мм, обеспечивающий безопасность воздействия на кожу лазерного излучения. Затем было проведено гистологическое исследование, чтобы убедиться, что механическое воздействие лазерного излучения не было вторичным явлением из-за повреждения кожи трупа. Окрашенные срезы показали типичные морфологические особенности нормальной тонкой кожи как контрольной, так и подвергнутой лазерному облучению кожи трупа (дополнительный рисунок 1).

Рис. 1

Физические эксперименты: Лазерное облучение образца кожи трупа.

а . Принципиальная схема экспериментальной установки для обнаружения механического воздействия лазера на образец кожи трупа. Импульсный лазер с модуляцией добротности с удвоенной частотой (длительность импульса 5 нс) использовался для генерации однократного лазерного луча с длиной волны 532 нм. Генерируемый луч был настроен для фокусировки на образце кожи через оптический фильтр и линзу. Размер пятна луча на образце кожи составлял 0,48 мм. Образец кожи трупа прикрепляли к передней стороне преобразователя из ПВДФ.В эксперименте использовались восемь различных энергий пучка в диапазоне от 0,12 до 1,90 мДж, которые оставались ниже уровня MPE, чтобы гарантировать отсутствие биологического повреждения образца кожи. б . Временные ряды выходных сигналов датчика PVDF-преобразователя, записанные от 20 мс до до 400 мс после стимуляции, представлены в виде напряжения [В] по левой вертикальной оси и давления [МПа] по правой вертикальной оси, соответственно. Сложные структуры механических волн последовательно наблюдались для восьми различных уровней энергии пучка.Первые отрицательные пики (~ 5 мс после стимуляции) были вызваны волнами напряжения, приходящими на датчик. Последующие сложные формы сигналов были отнесены к динамике датчика и измерительной установки. с . Значения давления, измеренные на первых отрицательных пиках, генерируемых различными уровнями энергии пучка. Белые кружки обозначают средние значения давления, а вертикальные полосы обозначают стандартное отклонение. Максимальные давления составляли 0,68 ± 0,02 МПа, создаваемые пучком максимальной энергии (1.90 мДж). Значения давления были линейно коррелированы с уровнями энергии пучка ( r ² = 0,9969, наклон модели линейной регрессии = 0,35 МПа / мДж). (Рис. 1 был получен из Университета Конкук, нарисован с помощью программного обеспечения MATLAB и MS Power Point и создан Джэ-Хун Джун).

На рис. 1b среднее значение записанных во времени выходных сигналов представлено в напряжении [В] по левой вертикальной оси и в давлении [МПа] по правой вертикальной оси, соответственно. Сложная волновая картина механических волн постоянно возникала при изменении энергии луча.Передние отрицательные пики создавались волнами напряжения, приходящими сначала на датчик, а последующие сложные формы сигналов были связаны с динамикой датчика и измерительной установки. Максимальные давления наблюдались при максимальной энергии пучка (1,90 мДж). На рис. 1в показано давление, создаваемое деформацией, максимальное значение которого составляет 0,68 ± 0,02 МПа. Между давлением и энергией пучка существовала линейная зависимость с крутизной 0,35 МПа / мДж. В заключение подтверждается, что механический эффект создается эффективно, когда импульсный лазер облучает образец кожи трупа малой мощностью, варьирующейся в зависимости от уровня MPE.Хотя этот эксперимент in vitro с кожей трупа имел граничные условия, отличные от эксперимента in vivo с кожей человека, он давал возможность вызвать тактильные ощущения в коже, обнаруживая волны напряжения из-за термоупругих эффектов в коже трупа, которые компонент представляет собой коллаген, как в коже человека in vivo .

Инфракрасное изображение

in vivo кожи человека

Поскольку быстрое тепловое расширение тесно связано с деформацией кожи, оценка изменений температуры кожи человека может отражать возникновение термоупругих эффектов.Таким образом, мы стремились показать in vivo мгновенное и относительно небольшое повышение температуры в случае термоупругих эффектов без теплового повреждения кожи. Мы измерили индуцированное лазером изменение температуры на поверхности указательного пальца с помощью инфракрасной (ИК) камеры.

График на рис. 2а показывает временные изменения температуры в пятне луча в ответ на лазерную стимуляцию с энергией 1,90 мДж и длительностью импульса 5 нс. ИК-изображение велось от 0.От 05 с до стимуляции до 1,5 с после стимуляции с частотой кадров 400 Гц. Пространственное разрешение ИК-изображений составляло 0,14 × 0,14 мм ² . Временной профиль показал, что поглощение энергии в начале лазерной стимуляции привело к мгновенному повышению температуры на 1,63 ° C. Затем температура экспоненциально снижалась со временем с постоянной времени 60 мс, возвращаясь в исходное состояние. Наблюдаемая постоянная времени (60 мс) была на одном уровне с теоретически ожидаемой постоянной времени (порядка 100 мс) в механизме термодиффузии.Изменение температуры, наблюдаемое в эксперименте in vivo , было на 0,87 ° C ниже, чем в исследовании с моделированием, что может быть связано с ограничениями пространственного и временного разрешения ИК-камеры, а также индивидуальными вариациями оптических коэффициентов.

Рис. 2

Измерения температуры кожи in vivo: индуцированные лазером изменения температуры на поверхности кожи человека, измеренные с помощью ИК-камеры.

а. Временные изменения температуры в пятне луча указательного пальца, отсчитываемое от 0.От 05 с до до 1,5 с после лазерной стимуляции. Использовался тот же лазер, что и на рис. 1, импульсный лазер с модуляцией добротности с удвоенной частотой, длиной волны 532 нм и длительностью импульса 5 нс. ИК-изображения, полученные за 0,05 с до стимула, начала стимула и 1,5 с после стимула, показаны в верхнем правом углу графика слева направо. Пространственное разрешение ИК-изображений составляло 0,14 × 0,14 мм ² . Временное разрешение или частота кадров составляла 400 Гц. Максимальное повышение температуры составило 1.63 ° С. г. Пространственное распределение температуры в окрестности пятна луча в условиях in vivo . Были представлены как двумерный контур (верхний ряд), так и трехмерные графики (нижний ряд) пространственного распределения температуры. Первый и второй столбцы представляют собой пространственные распределения температуры до и после лазерной стимуляции соответственно. В последнем столбце показано пространственное распределение изменения температуры (Δ T ), полученное вычитанием первого столбца из второго столбца.(Рис. 2 был получен из Университета Конкук, нарисован программой MATLAB и создан Jae-Hoon Jun)

На рисунке 2b показано пространственное распределение температуры около пятна луча на указательном пальце, распределенное вокруг пятна луча. Для лучшего представления были предоставлены как двумерный контур, так и трехмерные графики пространственного распределения температуры. Первый и второй столбцы представляют собой пространственные распределения температуры до и после лазерной стимуляции соответственно. Последний столбец показывает пространственное распределение изменения температуры (ΔT), которое было получено вычитанием первого столбца из второго столбца.Эффективный диаметр нагретой области был оценен как ~ 0,59 мм на уровне 1 / e путем усреднения значений, определенных в четырех различных направлениях, что было сопоставимо с результатом моделирования Монте-Карло с учетом эффектов рассеяния, т. Е. 0,55 мм, приведено в следующем разделе (рис. 3б).

Рис. 3

Результаты моделирования Монте-Карло:

Распределения плотности потока энергии ( a ) и повышения температуры ( b ) в коже. а. Распределение плотности потока энергии в коже, полученное в результате моделирования методом Монте-Карло при мощности падающего лазера 1 Вт. Предполагалось, что пространственный профиль падающего света соответствует распределению Гаусса с диаметром 1/ e 0,48 мм. г. Распределение повышения температуры кожи, рассчитанное с энергией импульса 1,90 мДж. Предполагалось, что кожа состоит из двух слоев (эпидермиса и дермы). Максимальное повышение температуры составило ~ 2,5 ° C, а эффективный диаметр на уровне 1/ e был ~ 0.55 мм. (Рис. 3 был получен из Университета Чосун, отрисован программным обеспечением MATLAB и создан Jong-Rak Park)

В итоге результаты in vivo подтверждают возможное генерирование волн деформации из-за термоупругих эффектов лазерной стимуляции, показывая быстрое увеличивает температуру кожи человека на 1,63 ° C с помощью лазерного стимула с длительностью импульса 5 нс и энергией 1,90 мДж. Более желательным решением для проверки волн деформации, генерируемых лазерными стимулами, могло бы быть прямое измерение физического смещения кожи человека in vivo , e.g., используя оптический микроскоп или интерферометр. Из моделирования, приведенного в следующем разделе, ожидается, что повышение температуры на ~ 2 ° C вызовет смещение кожи человека порядка нескольких сотен нанометров. В этом случае оптический микроскоп недоступен с точки зрения пространственного разрешения, тогда как интерферометр, позволяющий измерять смещения в наномасштабе, можно рассматривать как хорошую альтернативу. Однако на практике также трудно использовать интерферометр для измерения такого небольшого смещения кожи человека in vivo , поскольку этому может существенно помешать непроизвольное движение тела, которое может вызвать неожиданное смещение.Поэтому вместо этого мы оценили возможное смещение кожи человека из-за лазерной стимуляции, используя моделирование Монте-Карло и последующее моделирование уравнения термоупругой волны, которое будет описано в следующем разделе.

Моделирование термоупругих эффектов, вызванных лазерным излучением, в коже человека

Мы также выполнили моделирование методом Монте-Карло, чтобы должным образом учесть характеристики переноса и поглощения света в коже человека. Для моделирования предполагалось, что кожа состоит из двух слоев: эпидермиса и дермы.Толщина эпидермиса была установлена ​​равной 100 мкм, что является средним значением толщины эпидермиса, о котором сообщалось в предыдущем исследовании с использованием оптической когерентной томографии ⁹ . Длина волны и пространственный профиль были приняты равными 532 нм и гауссову с диаметром 1/ и 0,48 мм соответственно. Те же настройки параметров, включая энергию импульса, используемую для расчета повышения температуры, описанного вкратце, также применялись для изучения реакции мозга на лазерную стимуляцию с использованием экспериментов с ЭЭГ человека, которые будут обсуждены позже.

На рис. 3a показано распределение плотности потока энергии в коже, полученное в результате моделирования методом Монте-Карло, когда мощность падающего лазера составляла 1 Вт. На основе этого результата распределение повышения температуры (см. Рис. 3b) также было рассчитано в соответствии с ^10.

где W – распределение плотности поглощенной энергии, ρ – массовая плотность и C – удельная теплоемкость. Энергия в импульсе падающего света принималась равной 1,90 мДж. Оптические и физические свойства кожи человека были взяты из недавно опубликованной литературы ^11,12 и подробно представлены в разделе методов.Из-за разницы в коэффициентах поглощения между слоями эпидермиса и дермы распределение температуры показало резкое изменение на границе между двумя слоями. Максимальное повышение температуры у поверхности кожи составило ~ 2,5 ° C. Эффективный диаметр на уровне 1/ e составил ~ 0,55 мм.

Затем мы смоделировали термоупругие эффекты, вызванные импульсным лазером на коже человека, путем численного интегрирования термоупругого волнового уравнения ^13,14 , которое было обобщено в разделе «Метод», для распределения температуры, полученного в результате моделирования методом Монте-Карло.Предполагалось, что температура линейно возрастает в течение длительности лазерного импульса (т.е. 5 нс). Предполагая симметрию в радиальном направлении, были приняты цилиндрические координаты, где оси z и r представляют направление в кожу (осевое направление) и радиальное направление, соответственно. На рис. 4а, б показаны результаты моделирования осевой ( u _z ) и радиальной ( u _r ) компонент вектора смещения u , который полностью определяет деформацию кожи как функция времени.Пространственное распределение u _z и u _r было представлено в пять различных моментов времени (100 нс, 200 нс, 300 нс, 400 нс и 10 000 нс) после падения лазерного импульса. . Было замечено, что u _z и u _r постепенно накапливаются в значительной степени вблизи поверхности кожи, в то время как их части распространяются в кожу. Фактически, было известно, что решение термоупругого волнового уравнения делится на две группы: временное нестационарное решение и не зависящее от времени квазистационарное решение ¹⁵ .Переходный раствор распространяется со скоростью звука и исчезает в области около поверхности кожи. Напротив, квазистационарный раствор появляется у поверхности кожи после того, как переходный раствор затухает. Согласно нашему моделированию, было замечено, что амплитуда переходного раствора достигала максимума между 200 нс и 300 нс, а затем продолжала уменьшаться во время прохождения через кожу. Поскольку квазистационарное решение вызвано неравномерным распределением температуры, оно также постепенно исчезает с термодиффузией ¹⁵ .Мы не обнаружили существенных изменений после 10 000 нс в области 1 мм (аксиальный) × 1 мм (радиальный). Максимальные амплитуды переходного решения составили ~ 85 нм для u _z и ~ 40 нм для u _r , соответственно, тогда как они составляли ~ 230 нм для u _z и ~ 90 нм для квазистационарного решения соответственно.

Рисунок 4

Результаты моделирования уравнения термоупругой волны:

Осевое смещение u _z ( a ) и радиальное смещение u _r 9 () при 5 различных моменты времени (100 нс, 200 нс, 300 нс, 400 нс и 10000 нс) после падения лазерного импульса длительностью 5 нс. а. Максимальные амплитуды осевого смещения составляли ~ 85 нм для переходных волн и ~ 230 нм для квазистационарных решений, соответственно. Положительные значения указывают на смещение в коже, а отрицательные – на воздух. г. Максимальные амплитуды радиального смещения составляли ~ 40 нм для переходных волн и ~ 90 нм для квазистационарных решений, соответственно. В обоих случаях переходные волны распространяются в кожу со скоростью звука с уменьшающейся амплитудой, и квазистационарное состояние достигается при 10 000 нс в области 1000 мкм (аксиальная) × 1000 мкм (радиальная) под поверхностью кожи.(Рис. 4 был получен из Университета Чосун, нарисован программным обеспечением MATLAB и создан Jong-Rak Park)

Поскольку термоупругие волны имеют пространственную протяженность порядка размера нагретой области и распространяются со скоростью звука, временная длительность τ _str , для которой переходные термоупругие волны продолжают существовать в определенной области кожи, задается формулой ¹⁰

, где d – характерная длина нагретой области, а c – скорость звука в коже (≈ 1540 м / с).τ _str также известно как время удержания напряжения. Из-за большего коэффициента поглощения слоя эпидермиса d можно принять за толщину слоя эпидермиса, т.е. ~ 100 мкм. В этом случае τ _str = 65 нс. С другой стороны, характерный временной масштаб для распада квазистационарного раствора, который сравним со временем термодиффузии, может быть оценен как ¹⁶

, где κ – коэффициент температуропроводности.Для типичного значения κ (= 0,15 мм ² / с) для биологической ткани ¹⁷ , τ _d = 67 мс согласно формуле. (3). Это характерное время составляет порядка 100 мс. Хотя амплитуды переходного решения меньше, чем амплитуды квазистационарного решения, а τ _str намного меньше, чем τ _d , вероятно, что переходные термоупругие волны играют главную роль в сенсорно вызванных реакция, вызывая внезапный механический взрыв, который может активировать все сенсорные рецепторы около поверхности кожи почти одновременно с помощью их уникальных динамических характеристик.

Эксперименты по поведенческой и электроэнцефалографии (ЭЭГ)

Наконец, было продемонстрировано сходство между механической и лазерной стимуляцией с точки зрения поведенческих и корковых реакций у людей. Что касается корковых ответов, мы сосредоточились на характеристиках корковой активности, которые можно неинвазивно измерить с помощью ЭЭГ или магнитоэнцефалографии (МЭГ), и были исследованы для понимания того, как соматосенсорная информация обрабатывается в мозге ^18,19 . Было продемонстрировано, что как безобидные, так и вредные раздражители вызывают изменения амплитуды и фазы корковых колебаний ¹⁸ .В частности, безобидный тактильный стимул вызывает снижение спектральной мощности ЭЭГ в альфа-диапазоне частот (11–13 Гц) и бета-диапазоне частот (21–28 Гц) с последующим увеличением бета-частоты. полоса над сенсомоторной областью коры ^18,19,20,21 . В ЭЭГ этот тип уменьшения и увеличения мощности корковых колебаний часто называют десинхронизацией, связанной с событием (ERD) и синхронизацией (ERS), соответственно. Ядовитое тепло и лазерные стимулы также вызывают ERD и / или ERS в альфа- и бета-диапазоне в сенсомоторной области ^22,23 .В настоящем исследовании мы исследовали, как эти альфа- и бета-паттерны ERD / ERS менялись в зависимости от различных стимулов, включая механическое давление, лазер и тепло. Мы предполагаем, что, если человек ощущает не ноцицептивное тактильное ощущение при лазерной стимуляции, паттерны, вызванные ERD / ERS, в этом случае должны быть аналогичны паттернам при механической тактильной стимуляции, но отличаться от паттернов при ноцицептивной лазерной стимуляции. В дополнение к ERD / ERS-анализу мы также исследовали латентность событийно-связанных потенциалов (ERP), вызванных различными стимулами.Поскольку сенсорный ввод, опосредованный кожными ноцицептивными волокнами, достигает кортикальных областей медленнее, чем тот, который опосредован не ноцицептивными волокнами, мы предположили, что латентный период ERP, вызванный ноцицептивной лазерной стимуляцией, будет дольше, чем латентный период, вызванный не ноцицептивной лазерной стимуляцией.

Сначала мы исследовали поведенческие реакции участников на лазерную стимуляцию, также периодически доставляя фиктивные стимулы. После каждой стимуляции участников просили выбрать один из трех ответов: нет ощущения, безболезненное ощущение и болезненное ощущение.Они обнаружили лазерную стимуляцию с точностью 75,8%. Чувствительность восприятия стимула с учетом лазерного стимула составляла 68,6%, а специфичность восприятия стимула с учетом ложного стимула составляла 97,4%. Кроме того, при предъявлении лазерного стимула 56,3%, 12,3% и 31,4% участников сообщили о безболезненных ощущениях, болевых ощущениях и отсутствии ощущений соответственно (рис. 5а). Следует отметить, что во избежание повреждения кожи параметры лазера были выбраны в пределах допустимого уровня MPE.После каждого эксперимента мы визуально подтверждали отсутствие повреждений облученного участка кожи каждого участника. Результат, заключающийся в том, что 12,3% участников ощущали боль от лазерной стимуляции, вероятно, связан с индивидуальными различиями в неконтролируемых факторах, таких как пол ^24,25 , возраст ^26,27 и толщина жировой ткани ²⁸ .

Рис. 5

Эксперименты по тактильным ощущениям человека: поведенческие реакции на лазерные стимулы.

а. Поведенческие реакции двадцати участников на лазерную стимуляцию с прерывистыми фиктивными стимулами.Участников просили выбрать одно из трех ощущений, то есть отсутствие, не ноцицептивное и ноцицептивное, после каждого стимула. Они могли отличить наличие лазерной стимуляции от ее отсутствия с точностью до 75,8%. Чувствительность (ощущение лазерных стимулов) и специфичность (отсутствие фиктивных стимулов) составили 68,6% и 97,4% соответственно. При использовании лазерного раздражителя 56,3% из них сообщили о не ноцицептивном ощущении, 12,3% из них – о ноцицептивном ощущении, а 31,4% из них не чувствовали. г. Классификация постсессионного субъективного описания тактильных ощущений участниками, которые сообщили о неболевых ощущениях в ответ на лазерные стимулы. Субъективные описания были разделены на механические ощущения (75%), электрические (21,4%) или тепловые (3,6%). г. Дальнейшее распределение описаний, соответствующих механическим ощущениям: легкое прикосновение (14,3%), надавливание (6,3%), покалывание (36,5%), покалывание (28,6%) и растекание (14,3%). Это указывает на то, что регулярные механические ощущения (легкое прикосновение и нажатие) воспринимались с частотой 20.6%, в то время как те, которые связаны с очень узкой зоной контакта (колющие и жалящие), были выявлены с частотой 65,1%. (Рис. 5 был получен из Pohang University of Science and Technology, нарисован программным обеспечением MATLAB и создан Seungmoon Choi)

Субъективные описания участников, которые сообщили о неболевых ощущениях, были классифицированы как более механические (75%), чем электрические (21,4%) или нагревание (3,6%), как показано на рис. 5b. Описания, соответствующие механическим ощущениям, далее распределялись как (рис.5в): легкое прикосновение (14,3%), надавливание (6,3%), покалывание (36,5%), покалывание (28,6%) и распространение (14,3%). Регулярные механические ощущения (легкое прикосновение и надавливание) возникали у 20,6%, а ощущения, связанные с очень узкой площадью контакта (покалывание и покалывание), – у 65,1%. Распространение – это уникальное ощущение для лазерной стимуляции, и участники часто описывают его как ощущение, которое начинает ощущаться в точке чуть ниже кожи, а затем вскоре распространяется на кожу с увеличивающимся объемом.Основания для распространения в настоящее время неизвестны, но одно из возможных объяснений состоит в том, что внезапный термоупругий взрыв, вызванный лазерной стимуляцией, может вызвать ощущение, активируя все сенсорные рецепторы в непосредственной близости почти одновременно.

Наконец, мы исследовали время отклика (RT) участников в ответ на лазерную стимуляцию. Для каждой реакции отсутствия ощущений, безболезненных ощущений и болевых ощущений на лазерную стимуляцию средняя RT составляла 606 ± 191 мс, 460 ± 151 мс и 513 ± 152 мс, соответственно.Тест t показал, что средняя RT для неболевых ощущений была значительно короче, чем для болезненных ощущений ( p <0,05). Это означает, что вызванное лазером неболевое ощущение, вероятно, будет доставлено через не ноцицептивные афференты Aβ-волокон, которые действуют быстрее, чем ноцицептивные афференты. Также предполагается, что более длительная RT для отсутствия ощущений может быть связана с дополнительными когнитивными процессами у участников, гарантирующими, что стимул не был обнаружен.

На рис. 6b показано изменение мощности кортикальных колебаний во времени, вызванное в противоположной сенсомоторной области различными стимулами, такими как давление, лазер и тепло.Периоды после стимула, показывающие значительное изменение мощности по сравнению с исходным уровнем (т.е. средняя мощность до начала стимула), были отмечены как заштрихованные области с использованием статистической оценки, основанной на тесте t ( p <0,01). В то время как механическая стимуляция индуцировала альфа-ERD и бета-ERD, а также бета-ERS, термическая стимуляция индуцировала альфа-ERD и бета-ERD, но не вызывала значительного бета-ERS. Кортикальные ответы на лазерную стимуляцию анализировали в соответствии с поведенческими реакциями участников.Прежде всего, у участников, которые не сообщали об отсутствии чувств, не наблюдалось значительных альфа-ERD, бета-ERD и бета-ERS. Ложный стимул также не вызывал значительных альфа- или бета-ERD / ERS. Тем не менее, альфа-ERD и бета-ERD были обнаружены в контралатеральной сенсомоторной области, когда они сообщили о ноцицептивном ощущении. С другой стороны, когда они сообщили о безобидном ощущении, бета-ERS также наблюдалась вместе с альфа-ERD и бета-ERD. Таким образом, результаты альфа- и бета-анализов ERD / ERS указывают на сходство паттернов корковой активности между механической стимуляцией и лазерной стимуляцией с безобидными ощущениями.

Рис. 6

Эксперименты на ЭЭГ человека: Кортикальные реакции на механические, лазерные и тепловые раздражители.

а. Простые иллюстрации механической, лазерной и термической стимуляции. г. Временное изменение мощности корковых колебаний, вызванных в контралатеральной сенсомоторной области давлением, лазерными и тепловыми раздражителями. Периоды после стимула со значительными изменениями мощности ( p <0,01) были отмечены заштрихованными областями. Механическая стимуляция индуцировала альфа (420 ~ 839 мс) и бета-ERD (212 ~ 316 мс), а также бета-ERS (526 ~ 1500 мс).Термическая стимуляция индуцировала альфа (354 ~ 907 мс) и бета-ERD (395 ~ 599 мс) без бета-ERS. Никаких значительных изменений не наблюдалось, когда участники сообщали об отсутствии ощущений при лазерной стимуляции или когда был дан имитационный стимул. Альфа (379 ~ 442 мс) и бета ERD (233 ~ 316 мс) были обнаружены, когда участники сообщали о ноцицептивных ощущениях при лазерной стимуляции. Когда участники сообщали о не ноцицептивных ощущениях, бета-ERS наблюдалась через 923 мс после стимуляции и др. с альфа (254 ~ 756 мс) и бета-ERD (169 ~ 316 мс). г. Топография головного мозга была показана для данных ЭЭГ, выбранных в определенное время (обозначенное треугольниками), когда изменение ERD / ERS было наиболее отчетливым. Все стимулы индуцировали альфа-ERD (первый ряд) и бета-ERD (второй ряд) в контралатеральной сенсомоторной области (первый ряд). После бета ERD сенсомоторный бета-ERS генерировался только механическими и не ноцицептивными лазерными стимулами (третий ряд). Кроме того, задний бета-ERS наблюдался в средней задней области с помощью ноцицептивных лазерных стимулов. г. Двухмерное пространственное представление корковых колебаний. Пространственно-временные паттерны ERD / ERS, отвечающие на различные стимулы, проецировались на двумерное пространство с использованием многомерного масштабирования. В альфа-колебаниях паттерны ERD / ERS с лазерно-индуцированными не ноцицептивными и ноцицептивными ощущениями были ближе к таковым при механической стимуляции. В бета-колебаниях паттерн ERD / ERS с лазерно-индуцированным не ноцицептивным чувством был намного ближе к механическим ощущениям, чем другие. (Рис.6 был получен из Ульсанского национального института науки и технологий, нарисован с помощью программного обеспечения MATLAB и создан Сунг-Филом Кимом)

Для визуального представления корковых реакций над мозгом топография мозга представлена ​​на рис.6c с использованием данных, выбранных в определенное время (обозначенное фиолетовым треугольником), когда вариация корковых колебаний была наиболее отчетливой. Все стимулы вызвали альфа-ERD в контралатеральной сенсомоторной области (первый ряд). Бета-ERD также был вызван всеми стимуляциями с латентностью 500 мс (вторая строка), и после исчезновения бета-ERD бета-ERS генерировалась в сенсомоторной области только механическими и лазерными стимуляциями с безобидными ощущениями (треть ряд).Примечательно, что, когда сообщалось, что лазерная стимуляция вызывает неприятное ощущение, бета-ERS наблюдалась в средней задней области, а не в контрлатеральной сенсомоторной области ²⁹ .

Чтобы лучше продемонстрировать сходство между механической и безвредной лазерной стимуляцией по сравнению с другими методами стимуляции, сходство между паттернами изменения мощности коры головного мозга, реагирующими на различные стимулы, было рассчитано с помощью линейной корреляции и спроецировано на двумерное пространство с использованием многомерного масштабирования (MDS). ), как показано на рис.6г. В случае альфа-колебаний лазерная стимуляция с не ноцицептивным или ноцицептивным ощущением была пространственно ближе к механической стимуляции, чем термическая или лазерная стимуляция без ощущения. С другой стороны, в случае бета-колебаний, лазерная стимуляция с не ноцицептивным чувством была намного ближе к механической стимуляции, чем другие, тем самым демонстрируя, что лазерная стимуляция с не ноцицептивным чувством может вызывать корковые реакции, аналогичные безобидной механической стимуляции.

Наконец, мы измерили латентность ERP в ответ на лазерную стимуляцию, измерив латентность первых больших отрицательных пиков ERP. Когда участники сообщили о неприятном ощущении, средняя задержка составила 236 ± 34 мс. Напротив, когда они сообщили о безобидном ощущении, средняя задержка составила 165 ± 46 мс. Мы также измерили задержку ERP в ответ на механическое моделирование и обнаружили, что средняя задержка составляет 152 ± 23 мс. Эти результаты согласуются с результатами для вызванного лазером потенциала (LEP), вызванного на 220 мс (N220) с болезненным ощущением, или с результатами соматосенсорно-вызванного потенциала (SEP), вызванного на 140 мс (N140) с безболезненным тактильным ощущением ^{30 , 31} .Была обнаружена значительная разница в латентном периоде между механической, болезненной и безболезненной лазерной стимуляцией (p <0,01). Апостериорные тесты t выявили разницу между болезненной и безболезненной лазерной стимуляцией или между болезненной лазерной и механической стимуляциями (p <0,01, коррекция Бонферрони), но не между безболезненной лазерной и механической стимуляциями (p> 0,05, Поправка Бонферрони). Таким образом, предполагается, что кортикальные реакции на лазерную стимуляцию, генерирующую безобидное ощущение, скорее всего, будут вызваны не ноцицептивным быстрым воздействием, тогда как ответы на лазерную стимуляцию, вызывающую болезненное ощущение, вызваны ноцицептивным медленным воздействием.

The Tactile Era: Осмысление технологии Touch

Это вторая из двух статей о тактильном дизайне. дает обзор человеческих сенсорных систем и технологий, созданных для манипулирования этими чувствами. Первая статья о принципах тактильного дизайна была опубликована здесь .

Вне всякой связи

Хотя вы можете этого не осознавать, вы, вероятно, уже сталкивались с тактильной технологией через свой смартфон, часы или игровое устройство.Когда информация передается вам через ваше осязание, будь то грохот игрового контроллера при приближении вражеской машины или гудение входящего сообщения на вашем запястье, это продуманный тактильный опыт. Сегодняшние тактильные ощущения потребителей в основном ограничиваются вибрацией, но потенциал для тактильных ощущений гораздо более богат и сложен.

Наша тактильная система на самом деле представляет собой группу взаимосвязанных сенсорных рецепторов и нервных путей.

Чувство прикосновения

То, что мы обычно называем «осязанием», на самом деле представляет собой группу взаимосвязанных сенсорных систем.К ним относятся различные механорецепторы в коже, которые воспринимают давление, вибрацию и текстуру; четкие терморецепторы, которые определяют тепло и холод отдельно; специализированные ноцицепторы, определяющие механические, термические и химические повреждения, которые мы воспринимаем как боль; а также проприорецепторы в коже, мышцах и суставах, которые отслеживают движение, растяжение и силу. Есть даже определенные нейронные пути, которые напрямую связаны с тактильной передачей эмоций. По сравнению со зрением или слухом, наше осязание невероятно многослойно и сложно, что может затруднить воспроизведение и манипулирование в цифровом виде.

И в отличие от зрения, которое может быть довольно пассивным, наше осязание по своей природе более активное и двунаправленное. Когда мы хотим что-то почувствовать, мы протягиваем руку, чтобы коснуться этого. Мы выполняем отработанные движения и жесты, чтобы почувствовать текстуру, форму и вес. В нашем мозгу наша моторная кора, которая координирует движения тела, и наша соматосенсорная кора, которая обрабатывает тактильную информацию, непосредственно примыкают к параллельным структурам и бесчисленным связям. Наши физические действия и тактильные ощущения глубоко взаимосвязаны.Для цифровых тактильных ощущений это означает, что входы и выходы должны быть тесно интегрированы с минимальной задержкой, и именно поэтому подключение 5G с малой задержкой так долгожданно изменит правила игры.

Наши соматосенсорная и моторная кора прилегают друг к другу, параллельны и глубоко переплетены.

Более того, тактильные ощущения не могут быть созданы исключительно сами по себе. Двигаясь по жизни, мы строим ментальные модели нашего мира, объединяя все наши сенсорные входы. А там, где есть пробелы, наш мозг работать, чтобы заполнить пробелы.Наше восприятие мира – это сочетание сенсорной информации и мощной экстраполяции. Чтобы создать по-настоящему захватывающий опыт, необходимо рассматривать весь спектр визуальных, звуковых и тактильных каналов.

Технология прикосновения

Важно понимать сенсорные системы нашего тела, чтобы эффективно проектировать сенсорное устройство, но не менее важно понимать технологию, созданную для управления этими чувствами. Особые технологии, обеспечивающие тактильные интерфейсы, также вступают в захватывающую фазу развития.По словам Immersion Corporation, пионера и эксперта в области тактильных технологий, применяемых в более чем 3 миллиардах устройств по всему миру, они ожидают, что в ближайшем будущем различные тактильные модели станут все более актуальными для дизайна потребительского опыта. Мы видим эти способы, в том числе:

Vibrotactile
Подавляющее большинство тактильных ощущений основано на вибрации. Эксцентриковая вращающаяся масса (ERM) и линейные резонансные исполнительные механизмы (LRA) определяют большую часть тактильных ощущений в современных смартфонах и носимых устройствах, но практически не предлагают дизайнерам возможность контролировать частоту, ключевой параметр вибротактильного восприятия.Новые актуаторы HD, такие как контроллеры Nintendo Switch Joy-Con, обеспечивают больший диапазон вибрации и многослойные тактильные модели с четким контролем амплитуды и частоты.

Кнопки
Еще одним новым применением вибрации является моделирование кнопок. Повсюду вокруг нас, на наших устройствах, автомобилях и бытовой технике, физические кнопки заменяются сенсорными экранами. Большинству экранов не хватает критических тактильных возможностей, которые делают кнопки такими простыми и удобными в использовании, но с помощью комбинации тактильной и звуковой обратной связи прикосновение к сенсорной поверхности, такой как трекпад Apple Force Touch, можно сделать так, чтобы оно соответствовало ощущению механической кнопки настолько точно, что большинству людей будет трудно различить разницу.

Поверхности
Сенсорные экраны и другие поверхности также улучшаются за счет более сложных программируемых текстурных эффектов и тактильных характеристик поверхности. Такие компании, как Tanvas и Hap2U, используют электростатический заряд и ультразвуковые колебания для приложения силы к кончику пальца при его контакте с поверхностью, создавая различные тактильные ощущения

Thermal
Температурные элементы, такие как в браслете Embr Wave, используют термоэлектрические эффекты. в котором ток, протекающий по двум разным проводникам, нагревает одну сторону и охлаждает другую, заставляя устройство чувствовать себя теплым или прохладным на ощупь.Воспринимаемая температура может быть отрегулирована в пределах 10 ° F всего за несколько секунд.

Kinesthetic
Установленные на теле устройства обратной связи по усилию могут оказывать дополнительную помощь или сопротивление, а также создавать иллюзию движения, формы и массы. Этот опыт требует заземления (чего-то, на что нужно опираться) и большой мощности, поэтому они традиционно были слишком громоздкими для практического использования, но недавние устройства, такие как тактильная перчатка Dexmo и одежда для сейсмических роботов, демонстрируют постоянный прогресс в этой области.

Бесконтактный
В большинстве случаев тактильная обратная связь требует прямого контакта с телом, но некоторые технологии могут передавать тактильные ощущения через воздух. Этого можно достичь с помощью направленных воздушных потоков или, как в случае с Ultraleap, с помощью сфокусированных ультразвуковых волн, которые создают поверхностные ощущения и объемную визуализацию объекта в воздухе над ультразвуковым излучателем.

Neural & Cortical
Наконец, проводятся исследования нейронных и кортикальных интерфейсов для тактильного восприятия и управления моторикой.Сложность и адаптивность нашего осязания делают эти переживания трудными для воспроизведения и нестабильными с течением времени, но исследования интерфейсов мозг-компьютер и нейропротезирования могут привести к тактильному эквиваленту кохлеарного имплантата, а также к более сильному сенсорному увеличению человека.

Ощущение тактильного дизайна

Обладая фундаментальным пониманием этих технических модальностей, дизайнеры продуктов должны применять необходимые процессы исследования и проектирования, ориентированные на человека, чтобы использовать эти тактильные взаимодействия таким образом, чтобы они приносили удовольствие и ценность будущему потребительскому опыту.Одни только технологии не изменят будущее. Настоящие инновации достигаются только тогда, когда стратегический дизайн продукта использует мощь технологий для удовлетворения реальных потребностей человека.

Чтобы узнать о принципах тактильного дизайна, см. Статью 1 этой серии.

Тактильных ощущений – k-danse

Production 2011
Интерактивное танцевальное представление для двух танцоров с усиленной тактильностью.
Проект в сотрудничестве с дуэтом Scenocosme (Грегори Лассер и Анаис с встречей с ден Ancxt)
Создан и танцевал: Од Мияги, Жюльен Лекуциат
Полная документация
«Самая инновационная постановка» / XXVI Международная выставка театра и танца в Уэске, Испания 2012

Презентации:
5 октября 2012 г. – Международная театральная и танцевальная ярмарка в Уэске, Испания
15 июня 2012 г. – Фестиваль Les Bains Numériques # 7 – Enghien Les Bains (около Парижа)
30 марта 2012 г. – Фестиваль Electrochoc – Les Скотобойни – Bourgoin Jallieu (около Лиона)
27 ноября 2011 г. – Центр цифрового творчества Le Cube – Фотографии Исси Ле Мулино на Flickr
17 ноября 2011 г. – Аленья (Перпиньян) – зал Антонио Мачадо – проект Convivencia Pyrénées Méditerranée,
октября,
2011 – La Caldera – Барселона (CorpusMedia 2011)
3 – 4 сентября 2011 – Abbaye de l’Escaladieu – «Цифровые горизонты» – Hautes-Pyrénées
5 августа 2011 – Cité de l’espace – Astralia space – Тулуза
21 Май 2011 г. – Lieu Commun – Toulouse (CorpusMedia 2011)
20 мая 2011 г. – Theater Marcel Pagnol – Villeneuve-Tolosane
5 апреля 2011 г. – Théâtre de la Digue – Тулуза
19 и 20 марта 2011 г. – Poitiers Festival Le 6ème Суфле де л’экино xe
Хореография: Энн Холст и Жан-Марк Матос (Compagnie K.Danse)
Интерактивная сценография, звук, свет: Scenocosme (Grégory Lasserre & Anaïs met den Ancxt)
Танцоры: Aude Miyagi & Julien Lecuziat
фото предоставлены: Scenocosme
Tactile Sensations – это танцевальное представление, которое исследует интимность прикосновения и его социальной конструкции: связь с памятью и человеческими привязанностями, эмоциями, желаниями, отвержением.
Как и почему люди касаются друг друга? Как возникает контакт между людьми? В чем смысл прикосновения?
В этом спектакле раскрываются нежные отношения между мужчиной и женщиной.
Общая тема усилена интерактивным опытом создания и изменения звука и света посредством цифровой обработки данных, поступающих от контакта между двумя телами.
Обмен происходит, когда два танцора касаются друг друга. Это исследование прикосновения в перформансе – это , расширенное и сделанное более отчетливо воспринимаемым для аудитории за счет добавления слухового и визуального ощущения в каждый момент прикосновения (танцор-танцор) – в соответствии с различными значениями прикосновения, оцениваемыми согласно к какой части тела танцора прикасаются или к которой прикасаются – издает определенный звук и различные световые эффекты .

No related posts.