皮肤生理因素如何影响指尖摩擦与材料触觉感知？这项研究给出答案

《Scientific Reports》：The role of skin hydration, skin deformability, and age in tactile friction and perception of materials

为探究皮肤因素对触觉摩擦和感知的影响，研究人员对 60 人研究发现，SC 水化、皮肤变形性和年龄影响显著。

　　在日常生活中，我们常常通过触摸来感知物体，然而，你是否想过，为什么不同人触摸同一物体时的感受会有所不同？皮肤在这个过程中究竟扮演着怎样的角色？事实上，目前关于皮肤生理参数如何影响指尖与物体表面摩擦以及触觉感知的研究仍存在诸多空白。为了解开这些谜团，来自德国莱布尼茨新材料研究所（INM）等机构的研究人员开展了一项深入研究，其成果发表在《Scientific Reports》上。

在这项研究中，研究人员旨在探究皮肤因素如角质层（Stratum Corneum，SC）厚度和水化程度、变形性、弹性、汗腺和 Meissner 小体（位于皮肤真皮和表皮交界处的触觉感受器）密度等在摩擦和触觉感知中的作用。

研究人员采用了多种技术方法。在样本选取上，招募了 60 名健康志愿者（23 名男性，37 名女性，年龄 20 - 70 岁）。对于皮肤生理参数的测量，运用电容法测量 SC 水化程度；借助激光扫描显微镜（Laser Scan Microscopy，LSM）评估皮肤形态，确定汗腺密度、指嵴距离和 Meissner 小体密度；利用光学相干断层扫描（Optical Coherence Tomography，OCT）测定 SC 厚度；使用皮肤弹性测试仪（cutometer）测量皮肤的机械性能，包括快速弹性反应（U_e）、总变形（R0）和弹性（R2）。在触觉感知实验方面，设计了两点辨别实验和触觉探索实验，同时利用三轴力传感器测量摩擦系数。

研究结果如下：

• 皮肤属性：参与者的皮肤生理参数存在显著差异。例如，Meissner 小体密度在不同参与者间变化明显，且随年龄增长而降低，约每 19 年减半；皮肤变形性（R0）与 SC 水化程度相关（R = 0.40，p < 0.002），皮肤弹性（R2）与 SC 厚度（R = 0.39，p < 0.003）和 SC 水化程度（R = 0.31，p < 0.02）均相关。此外，女性的汗腺密度高于男性，指嵴距离更小123。
• 摩擦和感知结果：在摩擦测量中，对于微结构橡胶样本，摩擦系数随微柱高径比增加而显著增大；对于随机粗糙塑料样本，摩擦系数在不同样本间无显著差异，但个体间差异较大。在触觉感知实验中，参与者感知微结构橡胶样本上微柱的概率随微柱直径增大而增加，对于等直径的微柱，较短的更容易被感知。同时，参与者能成功辨别随机粗糙塑料样本的粗糙度，当表面均方根曲率（rms curvature）差异超过 15% 时，就能区分出粗糙度的不同456。
• 主成分分析：对摩擦和感知结果进行主成分分析，发现三个主成分能解释 86.1% 的数据方差，分别代表随机粗糙样本的摩擦系数、微结构橡胶样本的摩擦系数以及微柱感知和两点辨别测试的敏锐度。对皮肤生理参数和年龄进行主成分分析，也得到三个主成分，累计解释方差为 63.9%，分别与年龄和 Meissner 小体数量、皮肤弹性和 SC 厚度、皮肤变形性和 SC 水化程度相关78。
• 相关性分析：随机粗糙塑料样本的平均摩擦系数与 SC 水化程度（R = 0.75，p < 0.001）、SC 厚度（R = 0.46，p < 0.001）和皮肤机械性能（U_e：R = 0.46，p < 0.001；R0：R = 0.38，p < 0.004；R2：R = 0.47，p < 0.001）呈正相关；微结构橡胶样本的平均摩擦系数与皮肤变形性（U_e：R = 0.43，p < 0.001）和 SC 厚度（R = 0.33，p = 0.01）相关性较强，与 SC 水化程度相关性较弱（R = 0.20，p = 0.1）。感知敏感性（S_perc）与 Meissner 小体密度（R = 0.59，p < 0.001）和 SC 水化程度（R = 0.30，p = 0.02）呈正相关，且年龄与感知敏感性呈负相关（R = -0.62，p < 0.001）91011。

研究结论表明，SC 水化、皮肤变形性和年龄是主动触觉探索材料过程中影响摩擦和感知的重要因素。在随机粗糙塑料表面，皮肤生理学因素能在很大程度上解释指垫摩擦的变化，其中 SC 水化起主要作用；而在微结构橡胶样本中，生理参数只能部分解释摩擦变化，尤其是当微柱较软且可弯曲时。此外，年龄与 Meissner 小体密度呈负相关，进而影响触觉感知敏感性，皮肤水化在一定程度上会改变感知敏感性对 Meissner 小体密度的依赖。

这项研究意义重大，它为理解皮肤生理参数和材料属性如何影响指垫摩擦和触觉感知提供了新的视角，有助于推动触觉感知领域的发展，也为相关产品的设计和优化提供了理论依据 。