[인간공학] Tactile Perception (촉각)

● The Sense of Touch 

- 촉감은 가장 오래되고, 가장 원시적이고, 널리 퍼져있는 감각이다.

    - 태아일 때부터 반응하고 발달하는 첫 감각이다.

- 촉감은 어린 시절 삶에 중요하다. 우리가 주변의 세상에 대해 배울 수 있도록 도와준다.

    - 촉감은 삶의 전반적인 곳에서 생물학적, 인지적, 사회적 발전에 필수적인 역할을 해준다.

- 촉감은 몸 중심의 감각이다(근위 감각). 우리와 가까이 있거나 접촉하는 것을 느낀다.

    - 물체를 통해 만져도 간접적으로 촉감을 만질 수 있다.(흰 지팡이는 시각장애인에게 진동 및 압력 정보를 제공한다.)

- 촉각은 우리 몸의 대부분을 덮고 있다.

    - 촉각만 가지고는 많은 것을 알 수 없다.(상자 속 손만 넣고 사물 확인하기)

- 촉각은 아리스토텔레스가 오감을 정의했는데, 그중 하나로 고려된다.(냄새, 시각, 촉각, 미각, 청각)

    - 하지만 터치는 압력에서 온도까지 통증이 유발된다.

- 터치는 여러 가지 감각이 혼용되어 있다.

    - 의학 분야에서는 촉각은 그냥 체성 감각이라고 부른다.

- 촉각은 체세포 감각 시스템과 연결되어있다.(대뇌피질과 촉각은 연결되어 있다.)

 

● 감각을 느끼는 순서

- Receptors(감각기)에서 감각을 받으면 Spinal Cord(척수)로 그 감각이 이동한다.

- Thalamus(시상)이 Cortex(대뇌피질)로 감각을 분배시켜 준다. 시상은 허브 같은 느낌

- 대뇌피질에서 감각을 확인하고 decision(결정)을 내려준다.

 

- Conditional reflex(조건반사) vs unconditional reflex(무조건반사)

    - 조건반사 : A - B - C - D - E 

    - 무조건 반사 : A - F - E

 

- Hippocampus(해마) : 5살 전후에 완성된다. Longterm memory(장기기억)를 담당한다.

 

● 감각을 바라보는 두 가지 접근법

- Psychophysics(정신 물리학)

    - 인간의 피부가 감지할 수 있는 가장 작은 강도의 자극은 무엇일까? (threshold : 역치를 찾는 것)

    - 자극 강도가 커짐에 따라 사람은 어떤 강도로 높아짐을 느끼는가

 

- Neurophysiology(신경생리학)

    - 피부에서 어떤 기관이 어떤 자극을 인지하고 반응하는가?

    - 감지된 자극을 어떻게 뇌로 전달하는가?

    - 뇌의 어떤 부분이 자극의 정보를 담당하는가?

 

- 두 가지 방법은 촉각 인식 연구를 위해 같이 사용되는 경우가 많다.

 

● Tactile Sensing (촉각 감지)

- 촉각은 피부 전체로 감지할 수 있다.

    - 피부 위치마다 다른 감각을 감지한다. (털이 있는 부분을 부드러운 터치 채널을 가지고 있다. 감정을 건드린다.)

- 촉각 감지는 물체를 식별하고 조작하는데 중요한 역할을 한다.

    - 접촉 감지(압력)

    - 표면 재질(진동 & 피부 변형)

    - 도구 조작(압력, 진동 & 피부 변형)

 

● Skin (피부)

- 피부는 인간의 장기 중 가장 크고, 가장 무겁다.(1.5~2m^2, 4~5kg)

    - 끈적끈적한 조직(점탄성 조직, 신장과 형태를 유지한다.)

    - 건조(탈수)와 신체 부상으로부터 몸을 보호해준다.

    - 체온과 혈압을 조절해준다.

    - 감각을 느낄 수 있는 Receptors(감각기)가 포함되어 있다.

 

- 우리가 감동받거나 부끄럽거나, 각성, 화났을 때 피부 레벨이 바뀐다.

    - 발표할 때, 얼굴이 붉어지는 것

 

피부층 모식도

- 피부의 층

    - Epidermis(표피 : 0.15 ~ 1.5mm)

        : 가장 바깥에 있는 보호층이고 빨리 재생산된다.  Pigment cells(색소세포)와 Keratin(케라틴 : 털이나 뿔을 나게 하기 위한 단백질)

    - Dermis(진피 : 0.3 ~ 3.0mm)

        : 표피 아래에 있다. 감각을 느끼기 위한 것(receptors)이 이곳에 포함된다. 모세혈관과 신경의 말단이 이곳에 있다.

    - Subcutaneous tissue(피하 조직 : 살찌면 두껍고, 살이 없으면 진짜 얇다.)

        : 에너지의 단열과 저장을 위해 지방, 신경과 더 큰(많은) 혈관을 포함한다.

*피하 조직 아래에는 근육막이 있고, 그 아래에 근육이 존재한다.

 

● Mechanoreceptors(물리적 반응에만 반응하는 receptors)

- Merkel recoptor

 : 메르켈 소체로, 표피에 가장 가깝고(진피와 표피의 경계), 압력을 감지한다. 진피에 존재한다.

- Meissner corpuscle

 : 마이스너 소체, 표피 바로 아래 있고(진피에 있긴 함), 피부의 펄럭임(피부 떨림)을 감지한다.

- Ruffin cylinder

 : 루피니 말단으로, 이 receptor는 크다. 피부의 잡아당김을 감지하고, 열을 감지할 수 있다. 진피 내에 존재한다.

- Pacinian cormuscle

 : 파치니 소체로, 크기가 가장 크다. 그래서 가장 먼저 발견을 한 소체이다. 이곳에서는 진동을 잘 감지한다. 진피 깊숙이 존재한다.

 

● Characteristics of Mechanoreceptors(위 Receptors의 특성)

- 자극의 종류, 자극을 주었을 때 감지하는 지속시간(sensory adaption) 그리고 리셉터의 크기에 따라 4가지의 기계 수용체가 감지하는 주파수의 범위가 다르다.

- 자극의 강도

: 많이 떨수록 자극의 강도가 크다. 기계 수용체가 반응하는 주파수의 범위

- 자극의 종류

: 압력, 떨림, 늘림, 진동

 

- 기계적 수용체는 일반적으로 특정 자극에 특화되어 있다.
    - 접촉하는 힘은 메르켈 소체와 루피니 말단에 의해 감지된다.
    - 진동은 주로 마이스너 소체와 파치니 소체에서 감지된다.
- 500Hz 이상의 주파수는 진동이 아닌 촉감으로 더 많이 느껴집니다. (파치니 소체의 감지 진동수 : 10~500Hz)
    - 피부 표면 온도는 촉각을 느끼는 리셉터들에게 영향을 미친다(개별 수용체를 억제하거나 흥분시킨다).

 

자극의 주파수에 따른 역치값

- 큰 주파수의 자극(400Hz가 넘는)들은 깊숙히 있는 파치니 소체와 루피니 말단이 감지한다.

- 진동은 300-400Hz에서 가장 민감하게 감지한다.

- 메르켈 소체와 마이스너 소체는 주파수에 따른 역치 값이 균일한 편이다.

 

- Mechanoreceptors는 위치마다 감각을 느끼는 정도와 밀집도가 다르다.

    - 어느 위치에서 무엇이 얼마나 수용체가 발견되었는가

    - 깊이 있을수록 큰 주파수의 자극을 받는 넓은 receptive field를 가진다.

- I형 receptor는 작은 receptive field(spatial resolution이 좋다)를 가지고 있다.(메르켈 소체와 마이스너 소체)

- II형 receptor는 넓은 receptive field(spatial resolution이 낮다)를 가지고 있다.(루피니 말단과 파치니 안 소체)

* Spitial resolution이 좋으면 두 가지 자극을 나눌 수 있는 이해도가 높아진다는 것.

 

● Sensory Adaption

- Slowly adapting(SA) 섬유는 자극이 지속되는 동안 계속해서 반응한다.

: 예를 들면, 뜨거운 것을 만지면 계속 자극을 느낌. 그 자리를 벗어나라는 감지.

- Rapidly adapting(RA) 섬유는 자극을 받으면 느끼고 바로 멈춘다.

 

● Hairy vs Hairless skin

- 털이 많은 피부에서는 진동을 느끼는 것에 민감하지 않다.

    - 아마 파치니 소체가 거의 없을 것이다.

- 털이 많은 피부는 압력을 느끼는 데에도 빈약하다.

    - 그래도 진동수가 다른 자극을 구별하는 능력은 다른 곳과 비슷하다.

 

● Thresholds (역치)

- Detection threshold(감지 역치)

: 터치 자극이 의식할 수 있는 최소 지점

- Difference threshold(차이 역치)

: 터치 정도의 차이를 의식할 수 있는 최소 차이(JND)

 

- Detection threshold를 줄이기 위해선?(더 쉽게 감지할 수 있게, 민감하게 하려면?)

    - 촉각을 자극하는 지속시간을 증가시킨다.

    - 자극 영역을 늘린다.

    - 연속된 자극 시간 간격을 늘린다.(계속 손을 터치하면 역치 값은 올라감)

 

● Tactile Acuity (촉감을 느끼는 능력)

- 만져서 객체 디테일을 인식하는 능력

- 신체 부위에 따라 촉감력은 다르다.

-  receptors의 receptive field와 관련이 있다.

    - RA1과 SA1 섬유가 조밀하게 포함된 신체부위에서 더 우수하다.

- 얼굴이 감지하는 detection threshold가 가장 작다.(0.005g, 제일 예민하다.)

- 압력에 대한 촉각의 예민함은 type 1에 해당하는 receptors들이 조밀하게 있다면 두 개의 자극을 구분하는 역치 값은 작게 된다.(예민하다, spatial resolution이 좋다)

- 진동의 민감 범위는 100~320Hz이다. 가장 민감한 범위는 250Hz로 간주된다.

 

● Active and Passive Tactile Recognition

- 정말 새로운 걸 본다면 사람은 만져서 확인하려 함.

- passive perception은 가만히 물건을 들고 있어도 확인할 수 있는 것이다.(무게감, 온도 등)

- active perception은 만지면서 재질, 강도, 형태 등을 알 수 있다.

 

● Duplex Theory of Texture Perception (Katz, 1925)

- 거친 질감을 감지하기

    - 거친 질감은 피부로 눌러서 확인할 수 있다.

    - spatial encoding이라고도 부름.

- 매끄러운 질감을 감지하기

    - 매끄러운 질감은 피부를 빠르게 비벼서 확인한다.(미끌리는 시간의 차이로 매끈함의 정도를 의식한다.)

    - PC와 NP2 채널을 통해 감지됨.

    - temporal encoding이라고 부름.

 

● Perception of Temperature (온도 감지)

- 온도 감지는 Thermoreceptors들에 의해 감지된다.

- 두 가지의 타입으로 나뉜다.

    - Warm fiber(온점)

    : 온도가 올라갈 때마다 반응속도가 높아지며, Slowly Adaption을 한다.(루피니 말단에서 따뜻한 정도를 느낀다.)

    - Cold fiber(냉점)

    : 온도가 낮아질 때마다 반응속도가 높아지며, Slowly Adaption을 한다.(Krause's corpuscle에서 느낀다. 클로우스 소

      체)

 

● Characteristics of Thermoreceptiors (온도 감각기의 특징)

- 30~35도 올라갈 때 반응이 활발히 진행된다.

- 40~45도 올라갈 때 더욱 활발히 반응한다.

- 45~50도 올라갈 때 반응이 덜해진다. (점점 죽어간다. 우리 몸이 몸에게 반응해 주는 한계값이 존재한다.)

- 추위도 동일하다.

온도와 자극 정도의 관계

● Pain Perception (통증 감지)

- 통증은 위험한 상황에 있어서 몸에게 경고하는 기능을 한다. 우리 몸을 손상시키지 않게 도와준다.

- 자유 신경 말단이 강한 압력, 심한 온도, 화학 물질이 일으킬 수 있는 고통에 반응한다.

- 통증 감지는 인지적, 경험적 측면에 따라 복잡하다.

    - 기대(예 : 플라세보)

    - 집중

    - 감정 상태

    - 개인차

* 국소마취제 사용 시 통각, 온도 감각, 그리고 촉각 순으로 마비

 

● Other Perceptions (기타 감지)

- Tickling sensation (간지럼)

    - 촉각 감지의 전환으로 간주된다.

    - 중추 신경 상태에 따라 다르고, 심리 상태에 의해 크게 영향을 받는다.

- Itching sensation(가려움)

    - 신체가 외상이나 염증을 겪을 때 발생한다.

    - 신경 말단에 계속해서 작은 자극이 일어날 때 가려움을 느낀다. (예 : 모기 물릴 때)

 

 

● Age and Tactile Acuity (나이에 따른 촉감력)

- 손 끝에서 진동을 느끼는 것은 크게 감소하지 않는다.

- 나이가 듦에 따라 압력 민감도가 감소한다.

- 훈련을 통해 감각을 느끼는 성능을 향상할 수 있다.