触覚による識別

触覚弁別能力とは、触覚を通じて情報を区別する能力である。体性感覚系は、適応に使用されるこの重要な生存能力を担う神経系経路である。^[1]触覚弁別能力には様々な種類がある。最もよく知られ、最も研究されているものの1つは2点弁別能力で、比較的近くにある2つの異なる触覚刺激を区別する能力である。^[2]書字感覚や空間弁別などの他の種類の弁別能力も存在するが、それほど広範囲に研究されていない。^[3] 触覚弁別能力は人によって強弱があり、慢性疼痛と失明という2つの主要な状態が触覚弁別能力に大きく影響する可能性がある。失明は触覚弁別能力を高め、点字を読むなどの作業に非常に役立つ。^[4]対照的に、関節炎などの慢性疼痛状態は、人の触覚弁別能力を低下させる。^[5]触覚弁別能力のもう1つの主要な応用は、人間の手の能力を模倣しようとする新しい義肢やロボット工学である。この場合、触覚センサーは人間の手の機械受容器と同様に機能し、触覚刺激を区別します。 ^[6]

体性感覚系には、体からの複数の種類の感覚が含まれます。これには、光、触覚、痛み、圧力、温度、関節/筋肉の感覚が含まれます。^[7]これらはそれぞれ、識別触覚、痛みと温度、固有受容覚の3つの異なる領域に分類されます。識別触覚には、触覚、圧力、振動を認識できることなどが含まれます。痛みと温度には、痛みの知覚/痛みの量と温度の強さが含まれます。痛みと温度の感覚カテゴリには、かゆみやくすぐりも含まれます。固有受容覚には、皮膚の表面の下で発生するすべてのものの受容体が含まれます。これには、さまざまな筋肉、関節、腱の感覚が含まれます。これら3つのカテゴリにはそれぞれ独自のタイプの経路と受容体があります。これらの経路は、脳の小脳をターゲットにしています。脳のこのセクションは、筋肉が何をしているかを常に追跡しているため、この領域に潜在的な損傷があると、感覚に大きな影響を与える可能性があります。^[8]

各体性感覚経路には、擬似単極性ニューロン、二次求心性ニューロン、三次求心性ニューロンの 3 種類のニューロンがあります。また、皮膚にできたくぼみを感知する受容体である、ゆっくり適応する受容体もあります。このシステムには、急速に適応する受容体も存在します。ゆっくり適応する受容体の使用例としては、腕を骨折した人が、治るまで腕を動かせないことが挙げられます。骨折したことを忘れて、腕の損傷を悪化させる可能性のあることをしたくないのです。急速に適応する受容体の使用例としては、衣服の着用が挙げられます。^[9]最初は衣服を着ているのを感じますが、しばらくすると、衣服を着ていることを忘れてしまいます。衣服の着心地に集中することは、脳の最前線にはありません。しかし、その感覚に集中すると、皮膚と着ている衣服の接触を即座に感じることができます。^[10]

弁別触覚システムは、脊髄を通じてつま先から首まですべてを処理します。体験された感覚は軸索によって末梢に入ります。より具体的には、感覚軸索です。この信号は、遠位突起から近位突起へと軸索から軸索へと伝わります。特定の軸索の近位端は、背側半分の脊髄に通じています。そして、これは脳に向かって動きます。脊髄から脳へと信号を導くこれらの軸索は、一次求心性神経に分類されます。求心性神経は何かに向かって伝導すると定義されているため、これは理にかなっています。これらのニューロンは脳に向かって信号を送っています。^[11]ニューロンシナプスを受け取るものは、二次求心性神経に分類されます。これらのニューロンは視床に行き、大脳皮質に向かって移動する別のニューロンセットにシナプスを形成します。^[7]

体性感覚経路には、次のような多くの種類の受容体があります。

• 末梢機械受容器- これらの受容器の活性化は、刺激を認識する最初のステップです。前述のように、圧痕は一次求心性ニューロンの末梢プロセスで電気信号になります。これにより、ニューロンの膜全体に脱分極が生じ、活動電位が脳の小脳に伝わり、行動を開始します。^[11]
  • メルケル盤 - 真皮の上部にあります。適応が遅い受容体です。指先とまぶたに見られます。
  • マイスナー小体 - 真皮の上部にあります。唇やまぶたなどの無毛の皮膚に見られます。これらは急速に適応する受容体です。
• 熱受容器 - 熱を感知できる受容器です。哺乳類には実際に2種類の受容器があります。1つは体温より高い熱を識別でき、もう1つは体温より高い熱を識別できます。^[12]

立体知覚（触覚知覚）は、視覚や聴覚による接触がない場合でも、触覚によって物体を区別し識別する能力と定義されます。被験者は、物体が何であるかを正確に判断するために、温度、空間特性、質感、サイズを認識できる必要があります。 ^{[13]このタイプの触覚識別は、脳の}頭頂葉の状態を示します。 ^[14]このテストを実施する際、正確な読み取りと、複数の異なる被験者による複数のテスト間の一貫性を確保するために、被験者が使い慣れている一般的な物体が使用されます。この形式の触覚識別を利用することで、医師は、視覚認識なしで触覚によって物体を認識できない立体知覚によるアルツハイマー病などの神経変性疾患の存在または影響を検出し、追跡することができます。 ^[15]

書字感覚とは、皮膚に書かれた数字や文字を認識できる能力である。 ^[3]他の触覚弁別検査と同様に、この検査は患者の触覚を測定するものであり、患者が自発的に視覚なしで検査を行う必要がある。この形式の触覚弁別検査の目的は、脳幹、脊髄、視床、感覚皮質の病変など、中枢神経系の欠陥を検出することである。この検査を正常に実行するには、被験者の主な感覚が完全に機能していることが不可欠である。中枢神経系の重度の病変は、主な感覚の喪失を示唆する。施術者と患者が、文字の向きや、体のどこに図形を描くか（通常は手のひら）について事前にコミュニケーションをとることも重要である。 ^[3]この触覚識別をより柔軟にするために、患者が発話障害や言語障害を患っている場合は、口頭でコミュニケーションする代わりに、一連の画像から正しい答えを選択することができます。また、グラフィステシアテストは、患者が物体をつかむ必要がないため、立体視テストよりも汎用性があります。 ^[16]

2点弁別 （2PD）は神経学的検査であり、2つの鋭い点を体の一部の表面に当てて、患者がそれらを2つの別個の感覚として認識するかどうかを確認します。 ^[2] 2点閾値は、患者が認識できる2点間の最小距離です。 ^[17]この形式の触覚弁別を実施することにより、施術者は検査対象部位の神経の相対的な量を識別できると考えられています。施術者は、体の目的の部位に手順を実行する際に、2つの点を同時に適用することも、1つの点だけを適用することもできます。施術者は、2つをランダムに切り替えることもできます。検査を最も適切な方法で実施するには、被験者と施術者の間で明確でオープンなコミュニケーションがとられ、被験者は完全に意識があり、いかなる影響も受けておらず、同時にデバイスを視覚的に接触しないことが不可欠です。 ^[18] 2点弁別の有効性は、今日まで臨床現場で一般的に使用されていますが、多くの研究者から精査されています。研究によると、 2PDテストは、触覚識別の単純さ、粗雑さ、逸話的な証拠への依存により、損傷後に神経がどの程度機能を回復するかを判断することや、そもそも感覚障害を判断することが不十分であることが示されています。また、研究では、2PDテストから得られたデータと触覚空間認識力を測定するために使用される他のテストから得られたデータの間に矛盾があることも示されています。[ 19 ^]

空間弁別は2点弁別の一種で、施術者がコンパス（描画ツール）の2つの鈍い先端を使って皮膚の神経支配を検査する。2PDと同様に、患者は2つの適用点を区別できなければならない。空間弁別触覚弁別と2PD触覚弁別の他のすべてのパラメータ、方法、および目的は同じである。^[20]

目が見えなくなった人は、世界を「見る」ために他の感覚が研ぎ澄まされる。盲人にとって重要な感覚は触覚であり、世界を認識するために触覚がより頻繁に使われるようになる。目の見えない人は、視覚野が聴覚や触覚刺激に対してより敏感になることが分かっている。点字により、盲人は触覚を使って様々なパターンのざらつきや距離を感じ取り、それを言語の一形態として利用することができる。脳内では、触覚点字の読み取りには後頭葉皮質と体性感覚皮質の活性化が機能的に関連している。^[4]脳のこれらの様々な部位は独自の方法で機能し、それぞれが盲人が点字を効果的に読み取る方法に貢献している。目の見えない人は、触覚知覚、空間弁別、書字感覚、二点弁別にも大きく依存している。本質的に、後頭葉皮質は、点字パターンの距離に関する判断を効果的に行うのに役立ち、これは空間識別に関係します。^[4]一方、体性感覚皮質は、点字パターンの粗さに関する判断を効果的に行うのに役立ち、これは2点識別に関係します。^[4]脳のさまざまな視覚領域は、視覚のある人と同様、盲人が点字を読むのに非常に重要です。本質的に、盲目であろうとなかろうと、触覚識別を含む物体の知覚は、見えなくても損なわれません。盲目の人と視覚のある人を比較すると、脳の体性感覚領域と視覚領域の活動量は異なります。盲目の人の場合、体性感覚領域と視覚領域の活動は触覚認識ではそれほど高くなく、触覚を伴わない視覚関連の刺激に対してより活発です。それにもかかわらず、視覚障害者と健常者を比較すると、脳内のさまざまな領域に違いがあり、形状の識別は触覚認識だけでなく脳の活動にも違いをもたらします。視覚障害者の視覚皮質は触覚識別を含むさまざまな視覚関連タスク中に活発に活動し、皮質の機能は視覚のある成人の活動に似ています。^[21]

神経性ではない慢性疼痛疾患の中には、触覚の鋭敏さ、つまり触覚を正確に感知する能力を低下させるものがあることが分かっている。^[5]慢性疼痛疾患の種類によって、触覚の鋭敏さの低下への影響は異なる。触覚の鋭敏さの低下が最も顕著な疾患の1つは関節炎である。この疾患は、疼痛部位だけでなく、疼痛部位から離れた遠隔地でも触覚の鋭敏さに影響を及ぼします。^{[5]これは、低下が皮質の再編成、つまり患者の脳の}皮質の再マッピングの結果である可能性を示唆している。複合性局所疼痛症候群や慢性腰痛などの疾患では、疼痛部位のみに低下が見られる。さらに口腔灼熱症候群などの疾患では、触覚の鋭敏さの低下が全く見られない。^[5]慢性疼痛疾患の中には触覚の鋭敏さを低下させるものがあるという証拠はあるものの、この低下が臨床的に意味を持ち、患者の機能に影響を及ぼすようになる時期を示す証拠はない。^[5]

ロボットや義肢が複雑になるにつれ、高い触覚感度で触覚を感知できるセンサーの必要性がますます高まっています。さまざまなタスクに使用される触覚センサーには多くの種類があります。 ^[6]触覚センサーには 3 つの種類があります。最初の単一ポイント センサーは、単一の細胞またはひげに例えることができ、非常に局所的な刺激を感知できます。2 番目のタイプのセンサーは、人間の指先に例えることができる高空間解像度センサーで、ロボット ハンドの触覚感度に不可欠です。3 番目で最後の触覚センサー タイプは、背中や腕の皮膚と同様の触覚感度を持つ低空間解像度センサーです。^[6]これらのセンサーは、義肢やロボットの表面全体に意味のある形で配置することができ、人間と同等かそれ以上の方法で触覚を感知できるようになります。^[6]