纹理形状对皮肤摩擦触觉感知影响的研究
发布时间：2021-10-12 21:59
触觉作为人体的五大感官之一,在人体与外界的交流中起着重要作用。在触觉感知过程中,皮肤与接触表面的摩擦振动给予皮肤内触觉感受体以机械刺激,并将机械能量信号转化为神经电位信号,经传入神经、脊髓、脑干,最终传递至大脑皮层,大脑经过加工认知形成触感认识。所以,摩擦振动是触感的“激发器”,触觉感知涉及到皮肤的“感”、大脑的“知”和主观的“评”。目前,对于材料触感的研究多针对砂纸、织物、玻璃等特定材料开展,针对影响触感的特定材料表面参数开展的研究较少,此外研究大多集中在皮肤的摩擦学及生物力学方面。本文旨在研究不同纹理形状对人体触觉感知的影响,结合认知行为学、生物摩擦学、生物力学以及神经科学方法,从皮肤的“感”、大脑的“知”和主观的“评”开展研究,揭示触觉质感的形成过程和认知机理,可为残障人士的触觉再现、人机交互和触肤产品质感的量化评定等提供技术支持和理论支撑。以下为本论文的主要研究工作及结论。使用主观评价方法和摩擦学方法对不同纹理形状下的人体触觉感知进行研究。通过开展认知行为学实验,获得人对不同纹理形状表面的尖锐感、黏着感和舒适度触感的主观评分。通过开展摩擦学试验,研究手指皮肤触摸不同纹理形状时的...
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
摩擦触觉质感形成过程示意图
生理学研究表明，存在于皮肤浅层的传导非伤害性刺激的低阈限机械性感受器（low-thresholdmechanoreceptors,LTMRs）是触觉信息传入的基础[16]。由于LTMRs可划分为不同的亚型，每种亚型具有独特的解剖生理特征，这可能决定了不同的LTMRs编码不同特征的触觉信息，因此有关LTMRs信息传入机制的研究是理解触觉信息加工的基矗根据刺激适应速度的不同，触觉的辨识功能依赖于两类LTMRs：慢速适应受体（slowlyadaptingreceptors,SA）和快速适应受体（rapidlyadaptingreceptors,RA）。不同的感受器还对应着具有特殊结构的末梢器官，如图1-2所示，包括梅克尔细胞复合体（MerkelCell-neuriteComplex）、迈斯纳小体（MeissnerCorpuscle）、罗佛尼小体（RuffniEnding）和巴西尼环层小体（PacinianCorpuscle）等。表1-1给出了它们的响应选择性机制[17]。图1-2不同感受器的结构特征及在皮肤中的分布Figure1-2Thestructureanddistributionofdifferentreceptorsinskin表1-1不同感受器的响应选择性机制[17]Table1-1Theresponsemechanismofdifferentreceptors感受器梅克尔细胞复合体迈斯纳小体罗佛尼小体巴西尼环层小体类型慢适应Ⅰ型（SAⅠ）快适应Ⅰ型（RAⅠ）慢适应Ⅱ型（SAⅡ）快适应Ⅱ型（RAⅡ）刺激响应切线应力刺激、使皮肤产生形变的刺激皮肤的轻压刺激、低频振动刺激侧向运动、牵拉皮肤刺激突然出现的触压、高频振动刺激
1绪论5的重要体现。大脑的两个半球主要可以分为四个部分：额叶（frontallobe）、顶叶（parietallobe）、颞叶（temporallobe）和枕叶（occipital），如图1-3所示。图1-3大脑结构与分区示意图[19]Figure1-3Thestructureanddivisionsofbrain大脑四个分区的位置、结构和主要功能各有不同，具体如下：（1）额叶：位置靠近额头，主要包括额叶联络区和躯体运动中枢，躯体运动中枢位于中央沟向前延伸的部分，主要控制躯体的运动；额叶联络区主要掌管人类的语言能力、高级思维，同时还与智力和精神活动有密切关系。（2）顶叶：位于中央沟之后延伸至顶枕裂与枕前切迹连线，主要包括躯体感觉中枢和躯体联络区，其中躯体感觉中枢是加工触觉信息的首要高级中枢，该区域通常划分为初级躯体感觉皮层（SI）和次级躯体感觉皮层（SII）；另外，顶叶还与语言、阅读、思维、运算、逻辑等功能相关。（3）颞叶：位于外侧裂下方，主要负责听觉信息的加工处理，是主要的听觉联络区，此外颞叶还与语言、记忆、情感等功能有关。（4）枕叶：位于顶枕裂与枕前切迹连线以后的锥状形部分，主要负责视觉信号的传递与加工，属于初级加工区域，视觉信号经视网膜将视觉信号传递到枕叶，经过初级加工辨别再传递到其他脑区进行思维、运动、语言等反溃1.2.4功能核磁共振的生理基础功能核磁共振技术（functionalmagneticresonanceimaging,fMRI）是以新陈代谢的血液动力学方法为基础，通过血氧水平变化（bloodoxygenationlevel-dependent,BOLD）对大脑神经活动进行成像。BOLD是一种对血氧水平，准确说是脱氧血红蛋白浓度敏感的值，其水平随脱氧血红蛋白的浓度变化而变化。研究表明，神经活动通过影响脑血流量（cerebralbloodflow,CBF）、脑血容量（cerebralbloodvolume,
【参考文献】：
期刊论文
[1]高柔弹性电子皮肤压力触觉传感器的研究[J]. 周建辉,曹建国,程春福,尹海斌,余宁,范阳. 哈尔滨工业大学学报. 2020(07)
[2]振动触觉纹理再现技术研究综述[J]. 何聪,邵知宇,曹志勇,欧阳强强,吴涓. 测控技术. 2020(05)
[3]机器人触觉传感器发展概述[J]. 宋爱国. 测控技术. 2020(05)
[4]EEG神经电影学探究与VR视觉研究方案[J]. 杨群,田丰,候晓菲,褚灵伟. 电子测量技术. 2019(02)
[5]国外高端品牌护肤霜的感官评价[J]. 周莹,马萍,方婷欢,沈黎玥,霍刚. 日用化学品科学. 2018(07)
[6]视触觉评价模式对丝织物光滑感的影响[J]. 夏羽,聂开伟,张红,张晓夏,王国和,薛淑云. 现代丝绸科学与技术. 2018(01)
[7]触觉信息处理及其脑机制[J]. 周丽丽,姚欣茹,汤征宇,任巧悦,吕雪靖,胡理. 科技导报. 2017(19)
[8]基于皮肤表面纹理信息推断年龄的研究[J]. 薛锦霞,李玲玉,甘平,贺向前. 重庆医科大学学报. 2017(02)
[9]电子皮肤触觉传感器研究进展与发展趋势[J]. 曹建国,周建辉,缪存孝,尹海斌,李维奇,夏飞. 哈尔滨工业大学学报. 2017(01)
[10]语音信号与脑电信号转换研究[J]. 肖景芬,夏斌. 微型机与应用. 2016(18)
博士论文
[1]基于往复摩擦的触觉振动信息获取及材料特征识别的研究[D]. 丁树杨.哈尔滨工业大学 2018
[2]皮肤摩擦触觉感知的机理研究[D]. 陈思.中国矿业大学 2016
[3]基于FMRI的织物触觉刺激大脑感知表征[D]. 王其才.东华大学 2015
[4]基于神经生理学的丝织物手感认知机理研究[D]. 张晓夏.苏州大学 2015
[5]宏微观表面纹理的润滑及摩擦性能研究[D]. 韩静.中国矿业大学 2013
[6]织物和皮肤间的摩擦性能研究[D]. 王旭.东华大学 2011
[7]基于触觉认知的织物质感的形成机理研究[D]. 胡吉永.东华大学 2008
[8]基于非线性分析的海杂波处理与目标检测[D]. 许小可.大连海事大学 2008
硕士论文
[1]基于灵活分析小波变换的癫痫脑电信号自动检测算法研究[D]. 张雨烟.吉林大学 2018
[2]纹理高度对皮肤摩擦感知的影响研究[D]. 刘陶峰.西南交通大学 2018
[3]视觉诱发脑电信号的疲劳特征提取与识别研究[D]. 陈学强.广东工业大学 2018
[4]基于递归图的脑电信号非线性动力学研究[D]. 侯俊博.燕山大学 2018
[5]基于神经电生理学的丝织物触感评价和认知研究[D]. 夏羽.苏州大学 2017
[6]基于语音实验的失歌症者EEG源估计研究[D]. 翁峥锴.武汉理工大学 2017
[7]视觉诱发P300电位的去噪与提取算法研究[D]. 王丽娟.山东大学 2016
[8]内衣织物触感的表征与评价研究[D]. 张旭靖.苏州大学 2016
[9]基于气动载荷的手指力学响应研究[D]. 寇良朋.南京理工大学 2013
本文编号：3433377
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
摩擦触觉质感形成过程示意图
生理学研究表明，存在于皮肤浅层的传导非伤害性刺激的低阈限机械性感受器（low-thresholdmechanoreceptors,LTMRs）是触觉信息传入的基础[16]。由于LTMRs可划分为不同的亚型，每种亚型具有独特的解剖生理特征，这可能决定了不同的LTMRs编码不同特征的触觉信息，因此有关LTMRs信息传入机制的研究是理解触觉信息加工的基矗根据刺激适应速度的不同，触觉的辨识功能依赖于两类LTMRs：慢速适应受体（slowlyadaptingreceptors,SA）和快速适应受体（rapidlyadaptingreceptors,RA）。不同的感受器还对应着具有特殊结构的末梢器官，如图1-2所示，包括梅克尔细胞复合体（MerkelCell-neuriteComplex）、迈斯纳小体（MeissnerCorpuscle）、罗佛尼小体（RuffniEnding）和巴西尼环层小体（PacinianCorpuscle）等。表1-1给出了它们的响应选择性机制[17]。图1-2不同感受器的结构特征及在皮肤中的分布Figure1-2Thestructureanddistributionofdifferentreceptorsinskin表1-1不同感受器的响应选择性机制[17]Table1-1Theresponsemechanismofdifferentreceptors感受器梅克尔细胞复合体迈斯纳小体罗佛尼小体巴西尼环层小体类型慢适应Ⅰ型（SAⅠ）快适应Ⅰ型（RAⅠ）慢适应Ⅱ型（SAⅡ）快适应Ⅱ型（RAⅡ）刺激响应切线应力刺激、使皮肤产生形变的刺激皮肤的轻压刺激、低频振动刺激侧向运动、牵拉皮肤刺激突然出现的触压、高频振动刺激
1绪论5的重要体现。大脑的两个半球主要可以分为四个部分：额叶（frontallobe）、顶叶（parietallobe）、颞叶（temporallobe）和枕叶（occipital），如图1-3所示。图1-3大脑结构与分区示意图[19]Figure1-3Thestructureanddivisionsofbrain大脑四个分区的位置、结构和主要功能各有不同，具体如下：（1）额叶：位置靠近额头，主要包括额叶联络区和躯体运动中枢，躯体运动中枢位于中央沟向前延伸的部分，主要控制躯体的运动；额叶联络区主要掌管人类的语言能力、高级思维，同时还与智力和精神活动有密切关系。（2）顶叶：位于中央沟之后延伸至顶枕裂与枕前切迹连线，主要包括躯体感觉中枢和躯体联络区，其中躯体感觉中枢是加工触觉信息的首要高级中枢，该区域通常划分为初级躯体感觉皮层（SI）和次级躯体感觉皮层（SII）；另外，顶叶还与语言、阅读、思维、运算、逻辑等功能相关。（3）颞叶：位于外侧裂下方，主要负责听觉信息的加工处理，是主要的听觉联络区，此外颞叶还与语言、记忆、情感等功能有关。（4）枕叶：位于顶枕裂与枕前切迹连线以后的锥状形部分，主要负责视觉信号的传递与加工，属于初级加工区域，视觉信号经视网膜将视觉信号传递到枕叶，经过初级加工辨别再传递到其他脑区进行思维、运动、语言等反溃1.2.4功能核磁共振的生理基础功能核磁共振技术（functionalmagneticresonanceimaging,fMRI）是以新陈代谢的血液动力学方法为基础，通过血氧水平变化（bloodoxygenationlevel-dependent,BOLD）对大脑神经活动进行成像。BOLD是一种对血氧水平，准确说是脱氧血红蛋白浓度敏感的值，其水平随脱氧血红蛋白的浓度变化而变化。研究表明，神经活动通过影响脑血流量（cerebralbloodflow,CBF）、脑血容量（cerebralbloodvolume,
【参考文献】：
期刊论文
[1]高柔弹性电子皮肤压力触觉传感器的研究[J]. 周建辉,曹建国,程春福,尹海斌,余宁,范阳. 哈尔滨工业大学学报. 2020(07)
[2]振动触觉纹理再现技术研究综述[J]. 何聪,邵知宇,曹志勇,欧阳强强,吴涓. 测控技术. 2020(05)
[3]机器人触觉传感器发展概述[J]. 宋爱国. 测控技术. 2020(05)
[4]EEG神经电影学探究与VR视觉研究方案[J]. 杨群,田丰,候晓菲,褚灵伟. 电子测量技术. 2019(02)
[5]国外高端品牌护肤霜的感官评价[J]. 周莹,马萍,方婷欢,沈黎玥,霍刚. 日用化学品科学. 2018(07)
[6]视触觉评价模式对丝织物光滑感的影响[J]. 夏羽,聂开伟,张红,张晓夏,王国和,薛淑云. 现代丝绸科学与技术. 2018(01)
[7]触觉信息处理及其脑机制[J]. 周丽丽,姚欣茹,汤征宇,任巧悦,吕雪靖,胡理. 科技导报. 2017(19)
[8]基于皮肤表面纹理信息推断年龄的研究[J]. 薛锦霞,李玲玉,甘平,贺向前. 重庆医科大学学报. 2017(02)
[9]电子皮肤触觉传感器研究进展与发展趋势[J]. 曹建国,周建辉,缪存孝,尹海斌,李维奇,夏飞. 哈尔滨工业大学学报. 2017(01)
[10]语音信号与脑电信号转换研究[J]. 肖景芬,夏斌. 微型机与应用. 2016(18)
博士论文
[1]基于往复摩擦的触觉振动信息获取及材料特征识别的研究[D]. 丁树杨.哈尔滨工业大学 2018
[2]皮肤摩擦触觉感知的机理研究[D]. 陈思.中国矿业大学 2016
[3]基于FMRI的织物触觉刺激大脑感知表征[D]. 王其才.东华大学 2015
[4]基于神经生理学的丝织物手感认知机理研究[D]. 张晓夏.苏州大学 2015
[5]宏微观表面纹理的润滑及摩擦性能研究[D]. 韩静.中国矿业大学 2013
[6]织物和皮肤间的摩擦性能研究[D]. 王旭.东华大学 2011
[7]基于触觉认知的织物质感的形成机理研究[D]. 胡吉永.东华大学 2008
[8]基于非线性分析的海杂波处理与目标检测[D]. 许小可.大连海事大学 2008
硕士论文
[1]基于灵活分析小波变换的癫痫脑电信号自动检测算法研究[D]. 张雨烟.吉林大学 2018
[2]纹理高度对皮肤摩擦感知的影响研究[D]. 刘陶峰.西南交通大学 2018
[3]视觉诱发脑电信号的疲劳特征提取与识别研究[D]. 陈学强.广东工业大学 2018
[4]基于递归图的脑电信号非线性动力学研究[D]. 侯俊博.燕山大学 2018
[5]基于神经电生理学的丝织物触感评价和认知研究[D]. 夏羽.苏州大学 2017
[6]基于语音实验的失歌症者EEG源估计研究[D]. 翁峥锴.武汉理工大学 2017
[7]视觉诱发P300电位的去噪与提取算法研究[D]. 王丽娟.山东大学 2016
[8]内衣织物触感的表征与评价研究[D]. 张旭靖.苏州大学 2016
[9]基于气动载荷的手指力学响应研究[D]. 寇良朋.南京理工大学 2013
本文编号：3433377
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