今回は，触覚と温度知覚がどのように相互作用するのか，その興味深い知見を日本語でご紹介するとともに，自身の理解を深めることを目的としています． この分野において多大な貢献をされているLynette A. Jones先生とHsin-Ni Ho先生によるレビュー論文「Tactile–thermal Interactions: Cooperation and Competition」(https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/10918829)を取り上げます．本論文は，特に仮想現実（VR）や多感覚ハプティックデバイス向けの高度な皮膚ベースのディスプレイ技術開発という観点から，触覚と温度覚の間に存在する複雑な関係性を深く探求しています．
主要な洞察：
I. はじめに
- 多感覚体験は人間の知覚の基本です．
- 触覚や温度のような様々な感覚信号を統合することで，個々のモダリティに特有ではない新しい知覚（例：湿気と摩擦による粘着性）を生み出すことができます．
- 多感覚ハプティックディスプレイ（振動，圧力，皮膚伸展を組み合わせたもの）に熱入力を加えることで，VR/ARにおけるリアリズムと没入感を大幅に向上させることができます．
- 触覚系と温度系の基本的な特性とそれらの相互作用を理解することは，効果的な実装に不可欠です．
- 熱フィードバックは素材の特性を伝え，振動触覚フィードバックは質感を伝え，これらを組み合わせることで物体認識や社会的接触体験（例：心理的な温かさ）を向上させることができます．
- 「錯覚的濡れ感」（熱的および触覚的キューの組み合わせ）のような錯覚は，新しい感覚体験への扉を開きます．
II. 背景
- 皮膚には，触覚，痛み，温度，かゆみという4つの異なる感覚があります．温かさと冷たさは，それぞれ専用の温度受容器が存在するため，独立した感覚である可能性があります．
- 触覚系と温度系は独立しており，異なる受容器と神経経路（触覚は一次体性感覚皮質，温度は島皮質）を持っています．
- 温度受容器（自由神経終末）は機械受容器よりも分化しており，冷受容器は温受容器よりも数が多く，表層に位置しています．
- 初期の研究では，物体の端を温めたり冷やしたりすると触覚の空間的鋭敏さが向上し（「熱的鋭敏化」），皮膚自体を冷やすと触覚（圧力，振動）が損なわれることが示されました．パチニ小体（高周波振動）は冷却によって最も影響を受けます．
III. 強調とマスキング
- 熱的強調（温度-重量錯覚）：
- 冷たい物体は，同じ質量のニュートラルまたは温かい物体よりも著しく重く感じられます．この効果は様々な身体部位で頑健です．
- 温かい物体もニュートラルな物体より重く感じられますが，その効果は小さく，より変動的です．
- このメカニズムには，皮膚の急激な冷却によっても興奮する遅順応型機械受容器が関与している可能性が高いです．これらの受容器は温めに対しては感度が低いです．
- 神経ブロック実験は，有髄機械受容線維の役割を支持しています．
- この錯覚は運動制御に影響を与え，冷たい物体に対する握力を増加させます．しかし，能動的に生成された指の力の知覚される大きさは，22～38℃の範囲の温度には影響されません．
- 受動的に提示される接触力は，接触面積の増加と熱伝達の増大により，温かさと冷たさの両方の知覚を強める可能性があります．
- 触覚マスキング：
- ある触覚刺激の検出可能性は，空間的または時間的に近くに提示された別の触覚刺激によって損なわれることがあります．
- 多感覚ハプティックデバイス（皮膚伸展，圧迫，振動）では，同時提示により絶対閾値と弁別閾値が増加する可能性があり，特に絶対検出において顕著です．振幅は閾値を十分に超えている必要があります．
- タッチスクリーン上の電気振動では，マスキング刺激が検出閾値を上昇させ，知覚されるエッジの鋭さは局所的なコントラストに依存します．
IV. 複合感覚
- 粘着性，濡れ感，油っぽさ，じっとり感などの感覚は，異なる感覚キューを統合することによって生じます．
- 濡れ感の知覚：
- 人間は，熱的（伝導と蒸発による皮膚冷却）および触覚的キュー（圧力変化，皮膚の摩擦/粘着性）を統合することによって濡れ感を認識します．
- 初期の研究では，液体との直接接触がなくても濡れ感が知覚され，冷水でより顕著であることが示されました．
- 素材の濡れ感： 濡れ感の弁別に関するウェーバー比は比較的大きく（約30%），身体部位によってあまり変化しませんが，能動的な探索（摩擦キューのため）では低くなります．絶対検出閾値は刺激に大きく依存します．
- 知覚される濡れ感は，一般的に布地の濡れ具合（より大きな熱伝達率に関連）とともに増加します．冷たい温度受容器が重要であり，温かい濡れた刺激は濡れているとは知覚されない場合があります．
- 低い接触圧は濡れ感の知覚に大きな影響を与えませんが，高い圧力はわずかに減衰させる可能性があります．
- 皮膚の毛の動きは，液体の表面張力を知覚するのに寄与します．
- 錯覚的濡れ感： 実際の湿気がないのに濡れている感覚．
- 濡れた皮膚と同様の冷却速度（例：皮膚温度の0.14～0.41 °C/秒の低下）を再現する冷たく乾燥した表面によって誘発されることがあります．個人差は大きいです．
- アルミニウムのような（冷たい）素材は，他の素材よりも濡れているように感じられることがあります．皮膚温度の低下は，素材の粗さよりも重要な要因です．
- 静的接触下では，冷たく乾燥した表面は温かく濡れた表面よりも濡れているように感じられることがあります．
- VRで没入感を高めるために使用されます（例：指先ディスプレイ，熱/振動触覚アクチュエータ付きヘッドマウントディスプレイ）．冷却速度が速いほど知覚される濡れ感が増加し，同時振動はそれを減衰させることがあります．
- 温かい温度（38℃，44℃）と圧力を組み合わせることでも錯覚的濡れ感を引き起こすことができ，一致する視覚的キュー（例：「蒸気」）によって強化されます．
- 湿り気の知覚（湿っぽさ，じっとり感，粘着性，蒸し暑さ）：
- 湿っぽさ/じっとり感： 吸湿性の低い素材（ポリエステル）は，同じ濡れレベルで吸湿性の高い素材（ウール）よりも湿っぽく感じられ，これはより速い水分損失とより大きな皮膚冷却に関連しています．冷たい素材ほど湿っぽく感じられます．
- 粘着性： 濡れ感の知覚に関連し，濡れた素材/皮膚は接着性と摩擦力を増加させます．
- 蒸し暑さ： 湿度と熱感覚が関与します．湿度の弁別は比較的悪いです．
- 方法論的課題：
- 刺激時間，繰り返し回数，個人差のばらつきにより，比較が困難です．
- 異なる評価尺度が使用されており，すべての応答選択肢にラベルがあり，選択肢が少ない（例：最大6つ）尺度の方が信頼性が高い可能性があります．
- ベースラインの皮膚温度とその変化率を報告することは，減少率が濡れ感の重要な予測因子であるため，不可欠です．
V. 温度-振動相互作用
- ディスプレイに熱的および振動触覚フィードバックを組み合わせることで，リアリズム（例：素材の組成と質感の識別）を向上させることができます．
- 多くの研究では，単一モダリティのパターンを個別に評価しています．
- 食い違う振動と気流（熱的）パターンを同時に提示すると，特に気流のパフォーマンスが低下する可能性があります．
- 高強度の振動触覚刺激は，他の触覚および熱刺激をマスキングする可能性があります．
- 同時振動触覚刺激は，熱パターンの識別に影響を与える可能性があり（温かさよりも冷たさへの影響が大きい，動的振動の方が妨害的），
- 皮膚温度は振動触覚パターンの識別に影響を与えます．温めることは強度変化パターンの識別を促進する可能性がありますが，持続時間変化パターンを妨げる可能性があります．冷却/ニュートラル温度の影響は少ないです．これは，温度受容器の活動の亢進または皮膚の機械的特性の変化による可能性があります．
VI. 空間的相互作用
- 皮膚感覚は，様々な神経支配密度で分布しています．触覚感度は指先で高く，温度感度は近位（例：手首は指先よりも敏感）で増加します．
- 温度感覚は，空間的加重のため，触覚と比較してより拡散的で空間的精度に欠けます．これにより，熱刺激の正確な位置特定が困難になります．
- 熱的参照（Thermal Referral）：
- 同時的な触覚入力は，知覚される熱感覚の位置に影響を与えます．例えば，3本の指のうち外側の2本が冷たい/温かい刺激子に触れ，中央の指がニュートラルな刺激子に触れると，中央の指も冷たい/温かいと感じます．
- 触覚接触は厳密には必要なく，非接触の放射熱もそれを誘発する可能性があります．
- 外側の指への熱入力は合計され，再分配されるようです．
- 冷却よりも温めの方が強いです（温かさはより拡散的で，空間的加重が大きい）．冷たさは一部の機械受容器を活性化し，位置特定を助けます．
- 熱刺激と触覚刺激の間の体性感覚的距離が増加するにつれて強度が低下します．
- 指の側面に熱刺激を与えることで，指腹に錯覚的な熱感覚を作り出すために使用できます．
- 濡れ感も参照されることがあります．
- 熱位置の触覚的捕捉（Tactile Capture of Thermal Location）：
- 動的な触覚刺激（例：振動）は，熱感覚が触覚刺激の部位で知覚される原因となり，完全に誤って位置特定することさえあります．
- 温かい刺激でより一般的です．前腕に沿って最大24cmの距離で発生する可能性があります．
- 腹話術効果に類似しています．
VII. 時間的統合
- 触覚系と温度系は処理時間が異なります（伝導速度，神経伝達潜時，反応時間はすべて，触覚が冷たさよりも速く，冷たさが温かさよりも速い）．
- 知覚的同時性：
- 物理的に同時ではない熱刺激と触覚刺激が同時に知覚される「同時性ウィンドウ」が存在します．
- 同時性のために，熱刺激は一般的に，より長い熱処理遅延を補うために触覚刺激に先行する必要があります．
- 主観的同時性点（PSS）は，温かい刺激（-569 ms）の方が冷たい刺激（-245 ms）よりも熱先行側に大きくシフトしており，これは温かさの処理がさらに遅いことを反映しています．
- 同時性ウィンドウは，温かい刺激の方が冷たい刺激よりも広いです．これはおそらく，温かさの開始を特定するのが難しいためです．
- 熱-触覚同時性ウィンドウは，他のクロスモーダルペアリング（例：視聴覚）よりも広いです．
VIII. 結論
- 触覚-熱相互作用は複雑であり，VRおよびウェアラブルハプティクスにとって不可欠です．
- 研究は，神経生理学的メカニズムから応用的なディスプレイ設計まで多岐にわたります．
- 温度-重量錯覚や濡れ感のような錯覚は，新しいVR体験を生み出す方法を提供しますが，それらの頑健性と個人差を考慮する必要があります．
- 触覚との相互作用における冷たさと温かさの感覚の違いは重要です（例：知覚される重さに対する冷たさのより強い効果，温かさのより拡散的な性質によるより強い熱的参照）．
- マスキング効果（例：動的振動による熱的キューのマスキング）は，重要な設計上の考慮事項です．
- 空間的および時間的差異（劣る熱的空間鋭敏さ，遅い熱処理）は，熱的参照や知覚的同時性のための時間的オフセットの必要性などの現象につながります．これらはディスプレイ設計で活用または軽減できます．
- 分散型熱-触覚ディスプレイ（刺激が同じ場所にない）は，皮膚の感度に基づいて最適化の可能性を提供します．
- 将来の研究では，同時性ウィンドウが空間的位置や触覚入力の種類によってどのように変化するかを探求すべきです．
