15、脑机接口与触觉：探索触觉在脑机接口中的潜力

脑机接口与触觉：探索触觉在脑机接口中的潜力

1. 触觉与脑机接口概述

触觉（Haptics）结合了动觉和触摸的感觉。动觉涉及对身体位置、关节角度和力量的感知，而触摸则包括对皮肤的机械、热、化学或电刺激。人类的触觉系统非常复杂，皮肤、关节和肌肉中的感受器能够处理大量的抽象信息。触觉的带宽约为 125 MB/s，比视觉小一个数量级，但比听觉大一个数量级。例如，经过训练的盲人使用指尖阅读盲文的速度可达每分钟 100 个单词以上。

在人机交互（HCI）中，触觉显示正逐渐变得更加普遍。这部分归因于视觉和听觉过载的威胁，以及触觉反馈可能是最自然的选择，如在使用基于手势或触摸的输入时。自 20 世纪 90 年代中期手机引入振动功能以来，触觉显示的发展加速，目前有多种形式，涉及触觉系统的不同子系统。对于脑机接口（BCI）而言，向皮肤提供机械刺激（包括压力和振动）的触觉显示器最为相关。

触觉感知需要刺激至少激活一个皮肤受体。皮肤中有几种类型的受体，每种受体都有独特的结构，对刺激的不同特征有不同的反应。一般来说，可区分出四种生理通道，它们与无毛皮肤（主要在手掌和脚底）中的机械感受器类型有一一对应的关系。浅表皮肤包含快速适应的迈斯纳小体和缓慢适应的默克尔受体，深层组织包含快速适应的帕西尼小体和缓慢适应的鲁菲尼末梢或小体。

皮肤感受器对 0.4 - 800 Hz 频率范围内的振动敏感，在 200 Hz 时的检测阈值为 2μm。身体各部位的空间敏锐度差异很大，指尖的空间敏锐度最高（1 mm 或更好），躯干和腿部最低（4 cm）。触觉具有较高的时间敏感度，约为 5 ms。

2. 触觉在不同类型脑机接口中的潜在应用

BCI 主要分为三种类型：主动