精神分裂症与抑郁障碍患者振动触觉损害分析

背景精神分裂症患者与抑郁障碍患者均存在感知觉异常的表现,既往关于感知觉的研究多采用问卷调查法,对精神分裂症与抑郁障碍患者在客观行为学上的研究尚不足。目的探讨精神分裂症患者与抑郁障碍患者振动触觉的差异,充实与此部分患者有关的行为学上的研究结果。方法于2021年3月—2023年9月,在北京回龙观医院门诊部和住院部选择符合《精神障碍诊断与统计手册(第5版)》(DSM-5)诊断标准的33例精神分裂症患者和31例抑郁障碍患者,同期在北京航空航天大学与北京回龙观医院招募34名健康对照组。采用阳性和阴性症状量表(PANSS)评定精神分裂症患者的临床症状,采用汉密尔顿抑郁量表17项版(HAMD-17)评定抑郁障碍患者的抑郁症状。通过改编的振动触觉形式的单样本延迟匹配任务,对三组被试的左手振动触觉情况进行检测,并比较三组被试在单样本延迟匹配任务中振动触觉的正确率。结果精神分裂症患者在食指、中指与无名指上的正确率均低于健康对照组(P均<0.01),五个手指平均正确率低于健康对照组,差异有统计学意义(P=0.001)。抑郁障碍患者在拇指上的正确率低于健康对照组(P=0.026)。抑郁障碍患者组与精神分裂症患者组五个手指的振动触觉正确率以及平均正确率差异均无统计学意义(P均>0.05)。精神分裂症患者组振动触觉平均正确率与病程、首发年龄、氯丙嗪当量和PANSS总评分的相关性均无统计学意义(r=0.058、0.045、0.114、-0.194,P均>0.05);抑郁障碍患者组振动触觉平均正确率与首发年龄呈负相关(r=-0.415,P=0.020),与病程和HAMD-17评分的相关性均无统计学意义(r=-0.044、0.142,P均>0.05)。结论精神分裂症与抑郁障碍患者均存在振动触觉损害,其中精神分裂症患者在食指、中指与无名指上的振动触觉受到严重损伤,抑郁障碍患者在大拇指上的振动触觉受到严重损伤,此外,抑郁障碍患者振动触觉损伤可能与首发年龄存在关联。

带有振动触觉反馈的上肢康复系统

康复机器人在脑卒中患者的术后恢复治疗中起着重要作用。为了提高患者在康复训练过程中的主动性和专注度,提出了一种带有振动反馈的上肢康复训练系统。该系统利用多传感器获取人的上肢位姿信息,实现与虚拟场景的实时交互,并通过实时多层级振动反馈引导人的康复动作。通过心理物理学实验评估受试者对不同振动强度的感受,得出了人体感受区分明显的3个振动强度等级。构建了视触觉有效性实验,受试者需要在虚拟场景中完成特定的康复动作,实验结果表明,相较于无触觉反馈,受试者在振动触觉反馈的作用下可以更稳定高效地完成康复任务。

面向机器识别-人类感知的联合振动触觉编码

为了精确地传输信号内容含义,实现智能识别与信号重建,针对振动触觉信号,提出了一种面向机器识别-人类感知的联合编码方案。在编码端,将三维振动信号转化为一维信号,采用短时傅里叶变换提取信号的语义信息,并实现语义信息高效压缩与表征。在解码端,基于语义信息采用全卷积神经网络实现触觉的智能识别;同时,将原始信号与基于语义信息的重构信号的残差值作为语义信息的补偿,逐步提高重构信号的质量,满足人类感知需求。实验结果表明,所提方案用较低比特率的语义信息实现触觉识别,同时在满足人类感知需求情况下,触觉数据的压缩效率有所提高。

用于盲人的图像振动触觉显示系统设计

为了帮助视觉障碍者以振动触觉方式感知图像信息,设计了一个能自动采集图像信息并将图像轮廓转换为振动触觉刺激的触觉显示系统.该系统主要由摄像头和基于嵌入式系统的8×8振动触觉刺激阵列组成.系统能通过摄像头采集图片信息,提取物体二维轮廓特征,并以顺时针链表形式依次触发振动电机,产生动态振动触觉刺激,让佩戴者通过触觉刺激感知图像中物体轮廓特征.实验表明,该原理样机系统具有实时性好、携带方便的优点.动态振动触觉编码的方法符合人的触觉感知特性,对封闭轮廓物体形状的触觉提示识别率较高.

基于振动触觉的移动机器人为人导航系统

为了给视觉障碍者或助航需求者自主行走提供帮助、减轻其心理负担,设计了一种基于振动触觉的移动机器人为人导航系统.该系统通过移动机器人搭载Kinect体感设备为使用者提供其姿态信息,再结合振动触觉腕带装置的反馈实现机器人为人导航的功能,即引导使用者在预先规划好的路径上行走.整个为人导航过程中使用者和机器人之间的相对距离和相对角度收敛到给定值,最终确保在机器人的引导下按照给定路径使得使用者安全准确到达目的地.基于领导者跟随者控制模型,提出了适合本系统的人机协作控制算法,进行了振动触觉识别率实验,完成了本系统在平坦地面轨迹跟踪实验和对起伏地面的适应能力测试,验证了算法的正确性与可行性.最后,对本系统抗干扰能力进行实验分析,以验证系统的鲁棒性.

振动触觉的量化感知与触觉文字编码设计

针对移动设备上实现触觉交互和触觉阅读文字的难题,提出一种触觉感知量化和编码模型,并设计了振动数量索引字符表和摩斯电码2种触觉文字编码方案.该模型首先对振动触觉的振动时长、间隔时长、连续振动次数进行量化设计;然后通过实验测定用户对振动量化感知的数值;再对不同的振动时长和振动次数进行编码;最后组合不同的编码来表达文字.对编码文字的用户识别率及满意度的可用性评估实验的结果表明,通过对振动触觉进行量化感知设计和编码可以有效地提高触觉阅读效率,比传统基于盲文等的编码方案具有更高的阅读效率及更好的易用性;文中模型可在移动设备上设计触觉交互界面,实现高效的触觉文字阅读系统.

基于振动触觉感知研究的头戴预警设备开发设计

目的在预警场景下应用振动触觉传递警报信号以弥补受损的感觉通道,探索头戴振动设备的合理形式,从而为头戴振动设备的工业设计提供指导。方法围绕空间分布位置、时间和振动参数设置实验,研究振动触觉的特征,提出一种振动触觉系统。在实验一中,对头部进行触觉感知性测量以比较不同位置的灵敏性,确定振动作用于头部的适宜部位。在实验二中,组合不同的时间模式以及强弱程度形成7种振动模式,通过比较得出适于传达警报信息的触觉模式。基于实验结论,设计出一款应用于建筑工地场景下的工程预警头盔。结果前额无毛区域与颞部中央区域感受性最灵敏;时间间隔短、强度高的振动模式更适于传达警报信息。结论感知实验的结论为振动组件的布置和振动警报模式的参数设定提供了依据,并有效地被运用于针对具体场景的头戴设备设计中。

振动触觉感觉统合训练在偏瘫治疗中的有效性验证

目的:对脑损伤偏瘫患者下肢进行运动训练,并用振动触觉提示方法,验证感觉统合训练对偏瘫患者的有效性。方法:将研制的康复训练平台应用到偏瘫患者的临床实验中,结合振动触觉反馈方式进行训练,以健侧肢体作为康复标准,对患者进行振动触觉提示。训练前后对患者患侧下肢进行Brunnstrom分期。利用角度传感器测量患者下肢的运动,并在频域上进行处理分析,计算出一种康复指标,同训练后的Brunnstrom分期结果进行对比。结果:患肢膝关节在健侧提示下的运动频率,相对于患侧振动提示下的更高,患者在健侧振动提示下更能准确地完成运动;健侧振动提示时,患肢的运动频率仍低于理论值,无法非常准确地与感觉刺激提示相配合完成运动;Brunnstrom分期评价与计算出的康复指标有很强的相关性。结论:健侧的感觉功能较为正常,而患肢感觉及运动功能存在障碍;振动触觉提示方案的康复指标能有效描述患者的运动和感觉功能恢复情况,振动触觉与运动统合训练对偏瘫患者下肢康复有一定效果。

振动触觉编码的研究现状

触觉作为人的一种独特的感官通道具有独特的优势,它不仅能最大限度的贴合人体的生理构造,传递硬度、大小、纹理、形状、温度等视听觉无法传递的信息,而且拥有快速准确的特性,触觉不仅可以实现全方位的感知,而且能够有效感知一些很难被视觉或听觉形式表达的更真实复杂的信息,和外界环境进行一系列的交互.振动触觉编码的设计是开发触觉的一个重要途径,也是未来人机交互的一种重要手段.本文从振动触觉感知机理入手,讨论了不同振动参数的振动触觉分辨率和振动信息编码理论,并按照方向导航和文字交互的应用对振动信息编码进行归纳总结,介绍了振动信息编码的实验手段和结论,最后展望了振动信息编码领域未来的发展前景.

振动触觉纹理再现技术研究综述

纹理力触觉再现是通过特定的硬件装置模拟产生与物体纹理表面接触时的触感,使用户能感受到物体的粗糙度、软硬度等纹理特征信息。振动刺激作为再现物体触觉信息的一种刺激方式,在纹理触觉再现中被广泛运用,产生了不同的振动触觉表达装置和纹理触觉表达方法。从纹理触觉认知的角度,阐述了人对振动刺激的触觉感知生理学基础;介绍了纹理触觉再现的原理和方法;从振动与纹理特征的映射方法以及振动刺激方式两个方面分析了目前振动触觉纹理再现技术的发展现状;最后对相关研究的发展进行了总结展望。

振动触觉频率信息的工作记忆容量及存储机制

工作记忆可以同时保存多个信息并且容量有限,这一内在机制是工作记忆研究的重点问题。视觉和言语等研究领域都发现工作记忆能够存储多个信息单元,但对振动触觉工作记忆是否能存储多个频率信息目前尚无相关研究。由于振动触觉频率刺激和视觉刺激具有不同的神经编码机制,以及振动频率信息是通过躯体感觉产生的模拟的、单维的、参数化信息,振动触觉工作记忆容量及其加工存储机制的研究也必不可少。首先,本项目将采用新的实验范式,探究不同的刺激呈现方式以及不同反应报告方式下,振动触觉工作记忆的容量及其认知机制。其次,本项目也将同时运用功能磁共振成像(fMRI)技术,来阐述振动触觉工作记忆加工存储的神经机制。探究基于触觉频率信息的参数工作记忆容量及其神经机制是完善工作记忆模型的重要补充,将有助于提高我们对工作记忆系统的理解,并为视觉、听觉、触觉多模态感知觉信息的跨通道研究奠定基础。

基于手势交互和振动触觉反馈的沉浸式空间液桥实验系统

液桥操作是空间站遥科学实验的重要内容,为保证人与远程空间实验设备的同步交互操作需求,对交互操作精确性和实时性有严格要求。针对空间液桥实验中拉桥、清桥等典型操作的随动控制任务,为达到自然沉浸的交互式效果,研制了基于LeapMotion手势交互控制并融合振动触觉反馈的三维沉浸式液桥实验系统。提出了一种基于位置控制的手势识别算法与模糊控制算法,实验验证该算法记忆负荷小,识别准确率为97.68%。实验结果表明视触融合的交互性效果优于单一视觉反馈效果,将LeapMotion多手势识别、振动触觉反馈与三维沉浸显示有机融合,为空间遥科学实验提供了新型的自然交互方式。

安神通督针刺法结合触觉振动反馈训练对脑卒中偏瘫患者运动功能的影响观察

目的:观察安神通督针刺法结合触觉振动反馈训练对脑卒中偏瘫患者运动功能的影响。方法:本研究选取2021年5月~2023年9月就诊于我院康复科的95例脑卒中偏瘫患者,随机分为两组。训练组给予触觉振动反馈训练干预,针刺+训练组给予安神通督针刺法结合触觉振动反馈训练干预。比较干预前后步态分析、星状伸展平衡测试(SEBT)测试及评分[简化Fugl-Meyer(FMA)、中医证候评分、Berg平衡量表(BBS)、日常生活能力(ADL)]差异,统计两组疗效。结果:针刺+训练组总有效率(痊愈0例+显著进步19例+进步24例)高于训练组,有统计学意义(P<0.05)。两组治疗后髋和膝屈曲RI、健侧步长均较前升高,针刺+训练组较训练组更高(P<0.05)。两组治疗后SEBT测试患侧和健侧支撑正前方、后内方、后外方、正后方均较前升高,针刺+训练组较训练组更高(P<0.05)。两组治疗后FMA上肢和下肢评分、BBS评分、ADL评分均较前升高,针刺+训练组较训练组更高(P<0.05);两组治疗后中医证候评分均较前降低,针刺+训练组较训练组更低(P<0.05)。结论:安神通督针刺法结合触觉振动反馈训练可改善脑卒中偏瘫患者上下肢运动功能,促进平衡功能的恢复,提高疗效。

头针疗法配合触觉振动反馈训练对改善卒中后偏瘫平衡能力及步态的影响研究

目的:观察头针疗法配合触觉振动反馈训练对改善卒中后偏瘫患者平衡能力及步态的影响。方法:选取2021年1月—2022年6月河南省确山县中医院收治的123例卒中后偏瘫患者作为研究对象,采用随机数表法将其分为试验组(62例)和常规组(61例)。常规组患者行常规物理治疗及康复训练,试验组患者行头针疗法配合触觉振动反馈训练,所有患者开展为期半年的随访,比较两组患者的平衡能力、行走能力、步态变化及随访期间的肢体运动功能康复情况。结果:在不同治疗方案下,试验组治疗7 d、14 d后的Berg平衡量表(BBS)评分均高于常规组,计时起立-行走测试(TUGT)值均低于常规组,差异有统计学意义(t=3.230、3.391、3.448、3.121,P<0.05);治疗后,试验组的健侧步长、患侧/健侧单项支撑相时长均长于常规组,差异有统计学意义(t=3.928、4.489,P<0.05);在不同治疗方案下,试验组随访第3个月、第6个月时的Fugl-Meyer运动功能量表(FMA)上肢及下肢评分均高于常规组,差异有统计学意义(t=3.767、3.866、3.679、3.044,P<0.05)。结论:头针疗法配合触觉振动反馈训练能有效改善卒中后偏瘫患者的平衡能力、行走能力,对促进患者步态及肢体运动恢复均有积极意义。

无障碍设计研究:面向听障人群的振动触觉音乐体验

虽然听觉通道受损,聋人群体也有欣赏音乐的需求、能力和权利。当前,现代化听觉辅助技术仍然无法很好地满足听障人群对于听觉艺术的感知和欣赏需求,不利于这一群体的社会交往和自我发展。聚焦听障人群的音乐活动需求和偏好,提出通过触觉来感受声波的振动是聋人参与音乐活动的常见形式。综述了触觉刺激对听觉信息的表征优势,振动触觉的音乐表达能力、局限性和设计方法,并梳理了可穿戴和静态振动触觉音乐设备的研究发展。触觉具备认知负担小、时序性强、自然感强、沉浸感强等优势,通过感官代偿设计,在补偿听觉损失、增益听觉感知的同时,还可以承载一定的情感传达作用。然而,振动触觉也具有分辨率较低、难以感知高频段信息等局限性。展望了未来的体验设计研发的方向和趋势。

基于纹理图像和用户动作信息的纹理触觉再现方法研究

近年来,对虚拟表面纹理进行工具介导的振动触觉再现已经成为触觉领域的一个研究热点。针对已有的纹理触觉渲染方法还存在适用范围窄、泛化能力弱、交互真实感低等问题,以改进后的MelGAN为基本网络,构建了一种新的纹理触觉渲染模型。该模型以纹理图像和用户的实时动作信息为输入,在能够高保真地生成振动触觉信号的同时,对常见纹理图像拥有更好的泛化能力。此外,设计了一款具有动作信息实时采集和振动触觉表达功能的笔式装置。在采集了数据库之外的真实纹理表面的振动触觉信号后,比较了提出的模型与已有方法在信号生成方面的性能差异。结果表明,模型实现了最低的均方根误差(0.173),验证了其对未建模纹理进行触觉渲染的能力。最后,使用笔式装置进行了两项用户实验。平均6.01的主观相似度评分说明,即使是数据库之外的新纹理,模型也能为用户提供较高的纹理交互真实感。

基于伪触觉的多感官交互系统设计与研究

随着信息处理技术的提高,人机交互的需求转向多感官交互,其中触觉技术的应用具有一定挑战性。本文基于伪触觉反馈设计了多感官交互系统,包括振动触觉反馈模块、视觉感知模块和听觉感知模块。为评估系统的有效性和可用性,进行了基于伪触觉的感官模态对比试验和系统可用性试验。结果表明,基于伪触觉的多感官交互系统比单感官或双感官的感知效果好,系统具有较高的可用性,能够给用户带来优良的交互体验。

面向多点交互的多模态振动反馈触觉再现系统

近年来,多点交互和多模态融合的力触觉再现系统由于能够进一步提高人机交互的真实感,已经成为该领域的研究热点。基于Leap Motion的多手指位置检测模块、振动触觉再现模块、NRF51822蓝牙通信模块、视觉再现模块和CHAI3D构建的虚拟环境等,设计实现了多点自然交互的、触觉和视觉相融合多模态触觉再现系统。为了验证系统的可行性和有效性,开展了虚拟物体轮廓感知实验和立方体放置任务实验。实验结果表明:虚拟物体轮廓感知实验平均识别率为87.9%;相比单一视觉再现模式,视觉和触觉再现融合模式完成相同任务的时间能节省47.7%。所设计的多点交互触觉再现系统,具有成本低、体积小和控制方法简单等优点,为促进多模态人机交互技术的发展和广泛应用奠定了重要基础。

振动式片针组合表面粗糙度触觉再现研究

振动式片针组合触觉显示器是在切向和法向上分别对片阵和针阵施加非耦合的压电和电磁激振驱动,使振子振动的方位、振幅、频率都可以组合和控制,从而实现多种表面纹理触摸感的再现。笔者利用该触觉显示器开展了表面粗糙度的再现研究,引入不同阶灰度色彩的原理,横向振动采用片阵激发光滑触感,纵向振动采用针阵激发粗糙触感,并交织在一起同时刺激指尖皮肤,产生某种特定粗糙度触感。机械量测试和人心理实验结果都证实了这种片阵针阵组合振动激发对于不同粗糙度纹理再现是有效的。

振动在人体触觉反馈领域的研究进展

触觉器官是人体感觉系统的重要组成部分,具有独特的功能意义。振动触觉是触觉反馈最常见的形式,利用振动刺激人体触觉器官获得反馈信息是近几年关于振动研究的重点。本文通过文献调研的方法,梳理了国内外振动在人体触觉反馈领域基础研究和应用研究的进展情况,将其归类成三个方面:1)振动触觉的基础研究;2)振动触觉与信息提示;3)振动触觉与平衡控制,介绍了相关研究的实验方法和结论,对现有的研究进行总结评价,最后展望了未来该领域的若干研究重点。