物体表面粗糙程度对触觉指尖识别能力的影响开题报告

1. 研究目的与意义

研究背景：

触觉（tactile）是指分布于全身皮肤上的神经细胞接受来自外界的温度、湿度、尖锐度、压力、振动等方面的感觉，触觉是皮肤基本感觉之一。材料的触觉质感是人体皮肤接触材料表面所形成的感觉印象，相较于视、听觉，人们对于触觉的认知还非常有限，原因在于触觉的形成是1个复杂的神经传导与加工过程. 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、脊髓和脑干，最终传递至大脑皮层相应的加工区域，大脑经过加工认知形成触感认识，再经脑干、脊髓、传出神经传导至相应的效应器，做出触感的反馈与判断。皮肤表面散布触点，触点的大小是不同的，其分布规则，人体神经中的触觉小体又称meissner小体，分布在皮肤真皮乳头内，以手指、足趾的掌侧的皮肤居多，所以指尖的触觉最为敏感，识别能力也最强。触觉与其他感官感觉一样,拥有一套复杂而精细的信息加工机制。在触觉感知的过程中,涉及到了触觉信息的采集、神经信号的传递、大脑的加工分析等。在触摸物体时，左、右侧脑的多个区域会产生动作电位，核磁共振研究表明,触觉感知粗糙表面时,大脑的左、右侧脑区都有激活反应,以左脑的正激活为主。粗糙表面激活的大脑组织区主要位于左脑的中央后回、顶下小叶、缘上回、中央前回和颞上回,以中央后回为主。粗糙表面激发的大脑功能区涉及初级躯体感受皮层、次级躯体感受皮层、初级运动皮层和次级运动皮层,以初级躯体感觉皮层为主。

树脂材料属于日常生活中常见的接触性材料，且易于加工成型，因此本研究的实验材料采用经加工过的具有不同粗糙度的树脂材料板作为触觉试样，试样尺寸为100mm100mm2mm,拟设计十种粗糙度，以树脂材料板表面的凸点之间的不同间距来表示，分别为：1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、10mm，间距越小越粗糙，每种粗糙度的凸点高度相同，由一个圆点（直径为1mm）形成。材料的表面形貌特征是由纹理的宽度、高度、形状和密度等构成的，表面粗糙度是这些纹理特征的综合表征参数。

2. 研究内容和预期目标

主要研究内容：

本课题主要研究内容是物体表面粗糙程度的不同对指尖识别能力的影响，拟采用实验法（被试内设计），主要为行为学实验，通过让被试用指尖触摸四种不同粗糙度的树脂材料板的表面，被试触觉感知的主观认知实验与摩擦实验同步进行，研究不同的粗糙度对触觉指尖识别能力是否有影响（根据被试的报告与评分），以及影响的程度。

不同的物体表面粗糙度在本研究中简化为以树脂材料板为实验材料，每一种粗糙度的树脂材料板的大小、厚度相同，在树脂材料板上增加不同间距的凸起的半圆点来模拟物体表面不同的粗糙度。具体设计为，在一块树脂材料板平面上增加不同间距的圆点（半径为1mm），凸点高度约为1mm，间距拟设计为1~10mm（每种间隔1mm），共十种不同的间距，以区分十种不同的粗糙度，形成十种实验试样，间距越小越粗糙，间距越大表面越光滑。让被试在设计好的实验材料上进行触摸触摸，主要是用指尖触摸，每一位被试都要触摸十种间距的树脂材料板。实验以触觉感知的主观认知试验与摩擦试验同步进行，被试完成所有摩擦试验后在评分表上对十种实验试样的平滑感、黏着感和舒适感3个触感维度进行评分，并报告出哪一个更粗糙或者更平滑，记录被试报告的正确及错误率。根据被试用指尖触摸不同粗糙度的树脂材料板表面时，对不同粗糙度的对比和感知的报告，

以及相应的正确率，结合对被试在不同粗糙度下的表现的观察，分析不同粗糙度对识别能力的影响，及不同被试之间识别能力是否有区别。

3. 研究的方法与步骤

研究方法：

本课题拟采用实验法（被试内设计），采用认知行为学方法的触感主观评价研究。

实验步骤：

4. 参考文献

[1] tang wei,meimei zhang,liu rui,yang lei,yuchuang,zhu hua（2021）. friction tactile perceptionand characterization of texture shapes with different sharpness [j]. journal of tribology 2021,41(3):373-382.

[2]yang lei（2021）friction tactile perception study of rough surfaces [d]. cnki. china university of mining andtechnology.2021.

[3]huazhi li , jiajia yang,yinghuayu,wu wang, yulong liu, mengni zhou, qingqing li,jingjing yang,shiping shao,satoshitakahashi,yoshimichi ejima,jinglong wu(2022). global surface features contributeto human haptic roughness estimations. experimental brain research 240:773–789

5. 计划与进度安排

1.2024年3月13日之前，查阅相关文献，根据任务书的要求，完成开题报告，并在系统中提交；

2.2024年5月01日之前，在指导教师的指导下，结合自己的选题，选择适当的研究方法，采集并分析数据，在此基础之上完成论文初稿的撰写、英文论文的翻译等任务，并及时填写论文指导记录表；

3.2024年5月15日之前，在论文系统中，提交初稿；