作為人體最大和最突出的器官，皮膚也為我們與周圍世界提供了最基本的聯(lián)系之一。從我們出生的那一刻起，它就與我們進行的每一次身體互動都息息相關(guān)。

盡管科學(xué)家們對觸摸或觸覺的研究已經(jīng)有一個多世紀了，但其工作方式的許多方面仍然是個謎。

加州大學(xué)圣塔芭芭拉分校觸覺研究員Yon Visell表示：“觸摸感尚未得到充分理解，即使它是我們與世界互動的能力的核心。”“我們用手做的任何事情-拿起杯子，在名字上簽名或在包里尋找鑰匙-如果沒有觸覺，這都是不可能的。但是，我們還沒有完全理解被捕捉到的感覺的本質(zhì)。皮膚或其處理方式，以實現(xiàn)感知和行動。”

他補充說，我們對于其他感覺(例如視覺和聽覺)的工作方式有更好的模型，但是我們對觸摸感如何工作的理解還不完整。

為了填補這一空白，Visell和他的研究團隊，包括Yitian Shao和Sorbonne的合作者Vincent Hayward，一直在研究觸摸感覺的物理原理-觸摸物體如何在皮膚中產(chǎn)生影響我們感覺的信號。在發(fā)表在《科學(xué)進展》雜志上的一項研究(鏈接)中，該小組揭示了皮膚的固有彈性如何幫助觸覺感知。值得注意的是，它們表明，皮膚不僅是一種簡單的傳感材料，而且還可以幫助處理觸覺信息。

為了理解觸摸的這一重要但鮮為人知的方面，Visell認為思考一下眼睛(即我們的視覺器官)如何處理光學(xué)信息會有所幫助。

他說：“人類視覺依靠眼睛的光學(xué)器件將光線聚焦到視網(wǎng)膜上的圖像中。”“視網(wǎng)膜包含光敏受體，這些受體將圖像轉(zhuǎn)換成信息，我們的大腦會使用這些信息來分解和解釋我們所看的東西。”

當(dāng)我們用皮膚接觸表面時，類似的過程就會展開，Visell繼續(xù)說道。類似于角膜和虹膜等結(jié)構(gòu)將光線捕獲并聚焦到視網(wǎng)膜上，皮膚的彈性將觸覺信號分配到整個皮膚的感覺受體。

在以前的工作的基礎(chǔ)上，該工作使用戴在手上的微型加速度計陣列來感測和分類由敲擊，滑動或抓握等動作產(chǎn)生的振動的空間模式，在這里，研究人員采用了類似的方法來捕獲振動的空間模式。當(dāng)手感覺到環(huán)境時產(chǎn)生。

主要作者邵說：“我們使用了一個由30個三軸傳感器組成的定制設(shè)備，這些傳感器輕輕地粘在皮膚上。”“然后我們要求實驗中的每個參與者都用雙手進行許多不同的觸摸交互。”該研究小組收集了近5000種此類相互作用的數(shù)據(jù)集，并對這些數(shù)據(jù)進行了分析，以解釋在觸覺信號中整個手形信息內(nèi)容中如何傳遞觸摸產(chǎn)生的振動模式。振動模式是由皮膚內(nèi)部的彈性耦合引起的。

然后，研究小組分析了這些模式，以闡明觸覺信號中手形信息中振動的傳遞方式。“我們使用了一個數(shù)學(xué)模型，其中整個手部感覺到的高維信號被表示為少量原始模式的組合，”邵說。原始模式提供了一個緊湊的詞典或字典，可以壓縮信號中信息的大小，從而可以更有效地對其進行編碼。

這項分析產(chǎn)生了十幾個或更少的原始波型-整個手部皮膚的振動，可用于捕獲手感觸信號中的信息。維塞爾說，這些原始振動模式的顯著特征是它們會自動反映手的結(jié)構(gòu)以及皮膚中波的傳播物理原理。

他解釋說：“彈性在皮膚中起著非常基本的作用，即使在很小的皮膚區(qū)域發(fā)生接觸時，皮膚也會與成千上萬的感覺受體相接觸。”“這使我們可以使用更多的感官資源，而無法解釋我們正在觸摸的東西。”維塞爾說，他們研究的非凡發(fā)現(xiàn)是，這一過程還使得可以更有效地捕獲觸覺信號中的信息。通常認為這種信息處理是由大腦而不是皮膚進行的。

Visell說，機械傳遞在皮膚中的作用在某些方面類似于內(nèi)耳在聽覺中的作用。1961年，馮·貝克斯(von Bekesy)的研究表明內(nèi)耳的力學(xué)如何促進聽覺處理，從而獲得了諾貝爾獎。通過將具有不同頻率含量的聲音傳播到耳朵中的不同感覺感受器，它們有助于聽覺系統(tǒng)對聲音進行編碼。團隊的工作表明，類似的過程可能會在觸覺上產(chǎn)生潛在的影響。

據(jù)研究人員稱，這些發(fā)現(xiàn)不僅有助于我們對大腦的了解，而且還可能為被截肢者未來假肢的工程化提出了新的方法，這些假肢可能被賦予了類似皮膚的彈性材料。有一天類似的方法也可能被下一代機器人用來改善觸覺。