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在触觉空间模式感知机制研究中，为探究触觉与视觉感知空间模式的差异，NTT 通信科学实验室等机构研究人员开展被动触觉识别简单二维形状的研究。结果表明被动触觉在识别简单二维形状上逊于视觉，这挑战了传统认知，对设计未来感官替代和触觉通信系统有重要意义。
在日常生活中，触摸是人们感知世界的重要方式之一，我们能通过触摸感受到物体的质地、形状等特征。然而，当涉及到更复杂的空间模式识别时，触觉的表现究竟如何呢？长期以来，关于触觉空间模式识别与视觉识别的关系一直存在争议。一些研究认为，触觉系统能像视觉系统一样处理复杂空间模式，甚至可以将触觉形状处理模拟为视觉形状处理的低通版本；但也有研究发现两者存在明显差异。而且，在研究触觉模式感知机制时，参与者收集触觉信息的方式（主动触摸或被动触摸）以及形状定义的复杂性，都给相关研究带来了挑战。为了深入了解触觉空间模式感知的本质，NTT 通信科学实验室、东京电机大学、京都大学等机构的研究人员 Scinob Kuroki（黒木忍）、Takumi Hamazaki（浜崎拓海） 、Hiroyuki Kajimoto（梶本裕之）和 Shin’ya Nishida（西田眞也）开展了相关研究，研究成果发表在《iScience》上。
研究人员主要采用了行为学实验和表象相似性分析（RSMs）等技术方法。在实验中，招募了 34 名无经验的参与者，他们均有正常触觉敏感性和正常或矫正至正常的视力。通过让参与者完成相似性判断任务和模式识别任务，收集数据并进行分析。
视觉和触觉感知形状
研究人员设计了 20 种由垂直、水平和对角线线段组成的空间图案，分别以视觉和触觉形式呈现给参与者。在相似性判断任务中，参与者需对先后呈现的两个图案的形状相似性进行评分。结果显示，当比较相同图案时，视觉（V-V）和触觉（T-T）条件下的相似性评分较高，而触觉 - 视觉（T-V）条件下略低；当比较不同形状图案时，V-V 和 T-T 条件下评分分布不同。通过计算任务难度指数，发现参与者在不同条件下都能区分相同和不同形状图案，但 V-V 条件下区分更容易。进一步计算 RSMs 发现，V-V 和 T-T 条件下的 RSMs 差异显著，V-V 条件下对相同或相似配置图案的相似性评分更高，反映了视觉系统对配置的敏感性；而 T-T 条件下未发现类似响应模式，表明触觉系统对形状配置不敏感。
与简单模型比较表象相似性
为深入了解触觉形状感知机制，研究人员将测量得到的 RSMs 与基于像素分布相似性、方向直方图相似性和配置相似性的三种理论模型 RSMs 进行比较。结果显示，V-V 条件下与三种模型都有正相关，且与配置模型相关性最高；而 T-T 和 T-V 条件下仅与像素模型有正相关。这表明触觉形状感知与视觉形状感知不同，触觉不具备对比较空间图案的方向和配置的敏感性。此外，通过控制视觉刺激尺寸，进行视觉实验，结果与 1-cm 正方形刺激的实验结果一致，进一步验证了上述结论。
触觉形状识别
考虑到之前实验中可能存在的问题，研究人员开展了第二个实验。在这个实验中，除了使用与实验 1 相同的振动触觉刺激外，还采用了类似盲文点的物理印刷图案，包括静态触摸（盲文静态条件）和主动扫描（盲文主动条件）两种方式。参与者需要在触摸一个图案后，从八个视觉呈现的候选图案中选择正确的图案。结果发现，不同呈现方式对形状识别的影响较小。在被动触摸条件下，无论采用哪种刺激呈现方式，图案识别准确率都较低；而主动触摸条件下准确率有所提高，但仍远未达到完美。通过对混淆矩阵进行分析，发现被动触摸条件下（振动和盲文静态条件），参与者主要依赖局部皮肤变形来识别形状，与像素模型相似，而与方向或配置模型不相似；在盲文主动条件下，除了像素模型外，还与配置模型有相似性。
综合上述研究结果，研究人员得出结论：被动触觉感知空间图案的能力与视觉存在显著差异，不仅在分辨率上，还体现在对形状特征的识别能力上。被动触觉对形状配置不敏感，主要依赖局部皮肤变形信息，这与视觉系统对形状配置的高度敏感性形成鲜明对比。该研究挑战了传统观念中触觉与视觉在空间模式识别上的相似性，为理解人类空间模式感知的机制提供了新的视角。同时，研究结果对未来感官替代和触觉通信系统的设计具有重要意义，表明不能简单地将视觉 2D 图案转换为触觉形式，需要考虑触觉感知的独特性。此外，研究也存在一定局限性，如参与者均为有视力者且未经过特殊触觉训练，未来可对盲人等特殊群体进行研究；同时，触觉与视觉在神经机制上的差异仍有待进一步探索，触觉处理的建模也需要进一步发展，以更全面地理解触觉感知及其与视觉的关系。
