目的:研究多重感觉通道训练法对听写落后儿童的教学效果,将其与传统识字教学法进行比较.方法:以24名听写落后儿童为被试,平均分为两组.接受不同的汉字学习教学,分别为多重感觉通道训练法和传统识字教学法,其中多重感觉通道训练在识字教学中采用了视听动触多种感官通道整合.收集两组儿童教学前后的认读正确率和错字比率,考察两种方法的教学效果差异.结果:两种教学方法在认读正确率的教学效果上差异不显著;在错字比率上教学效果差异显著,多重感觉通道训练组的听写落后儿童有着显著更低的错字比率.结论:多重感觉通道训练方法在对听写落后儿童的识字教学上更有优势,这一优势可能来源于视觉通道刺激的丰富或者触觉通道和动作编码在汉字识字教学中的应用.

目的 传统的虚拟内镜检查过程中,操作者不能感知器官或病变组织与虚拟内镜探头的相互作用力,存在误判的可能.为在一定程度上解决该问题,本文研究并实现了一种具有触觉再现功能的虚拟内镜系统.方法 首先,构建了由传动绞轮、触觉手柄与基座组成的人机物理接口,采用Arduino作为主控制器接收虚拟环境中虚拟探头与组织的作用力,控制直流电机输出不同的扭矩,驱动人机物理接口实现力的传输和再现;然后,设计以磁阻传感器KMA210为核心的位置编码器,检测装置中触觉手柄的位移信息,控制虚拟环境中内镜探头的移动;最后,设计通信接口,采用CHAI3D开发人体心脏组织的虚拟内镜仿真环境,并对虚拟环境和触觉再现装置进行集成,并进行测试和验证.结果 该触觉再现装置能够在单自由度方向上控制虚拟环境中的探头,再现虚拟环境下内镜与心脏内部组织或血管的相互作用力(0～3 N).结论 通过对虚拟内镜环境下触觉再现技术的研究,初步实现了具有触觉感知力学反馈功能的人体心脏组织虚拟内镜系统.

本研究旨在设计一个顺应人体自身调控系统和感知能力的信息反馈通道.应用触觉再现技术,以人手捏力为感知信息,以振动刺激作为非模式匹配反馈信息,搭建力触觉-振动感知反馈系统,并以此作为触觉感知信息向人体传输的桥梁.在此基础上,对16名健康受试者开展力触觉-振动感知反馈实验,以测试受试者分别在有反馈和无反馈作用下对于捏力的调控能力.采集受试者的捏力信号,并通过稳态终值、边界接近比、上/下限相对偏离度等参数对其进行分段研究.统计分析结果表明,在0～10、10～20、20～30 N这3个力量等级下,有反馈和无反馈测试之间的"完成时间"均存在显著性差异(P＜0.01),验证了振动反馈设备的有效性.此外,"边界接近比"的中值始终低于0.1,说明人体在捏力调控过程中,总是趋向于用较小的力完成实验要求.经过对力量曲线稳定期和调整期的多项分析,捏力控制都展现出来了相似的前馈反馈依赖机制,即在低力量等级时,主要依赖于人体前馈控制;而在高力量等级时,反馈起主要调节作用.

通过视觉获取图像信息是人类学习和生活的重要功能,失明则会显著降低其生活质量.因视网膜色素变性、青光眼和黄斑变性等疾病而造成后天失明者,以及由意外事故、战争等造成眼部创伤者,有可能通过人工视觉辅助系统的帮助恢复部分视觉,或者完成复杂的生活任务.一些肓症患者视觉通路的神经传导剩余部分依然有功能,因此可以借助电极阵列刺激视神经向大脑传递视觉信息,也可在大脑视觉皮层贴敷电极阵列的方法输入视觉信息.此外,还能借助体外装置,如通过人工智能将视觉转换成语音指令、触觉阵列编码等,帮助盲症患者获得环境信息.本文综述各类人工视觉辅助系统的现状,展望其发展趋势,并提出了新的植入器件与随身体外装置的新设想.

触摸不但可以为我们在现实生活中提供服务,而且可以为我们在人际交往中提供服务.我们将触摸通过两个可以区分的维度进行分类,即:感觉一辨别维度、动机一情感维度,感觉一辨别维度支持刺激的空间定位和强度编码,动机一情感维度参与编码刺激的效价(如愉快/不愉快)和动机相关性,触摸双重维度的特性被描述为在大脑中以类似疼痛的方式进行处理.虽然以前关于触摸的研究,大多都被辨别性触摸(这种触摸可以让我们感受到压力、质地等)所主导,但是近年来,情感维度的触摸越来越成为神经领域学者的关注对象[1].触摸的积极情感成分被认为是通过一组无髓鞘的、低阈值的机械感受性传人纤维传递的,被称为C触觉(C tac-tile,CT)纤维,通过温柔、缓慢地抚摸得以最佳的激活[2].无论是作为情感交流的工具,还是疾病的治疗手段,情感触摸都与之密切相关.因此,了解情感触摸的机制对情感触摸在儿童中的应用有着十分重要的意义.

据统计,我国认知障碍患者每年约增加30 万例〔1〕.认知是人在认识客观事物的过程中,对感觉信息的获取、编码、操作、提取和使用.认知过程包括感觉、注意、思维、记忆、言语和执行,其中的任何环节出现问题都会导致认知障碍.认知障碍包括认知觉障碍和知觉障碍,常见的认知觉障碍有记忆力障碍、思维及推理能力障碍等,患者表现为难以集中注意力、记忆力差、智力低下等;常见的知觉障碍有失用症、失认症、躯体构图障碍、空间关系障碍等,患者表现为不能通过视觉、触觉和听觉等识别患病前熟悉的颜色、形状、物体、面容、声音等,不认识自己的身体部位,不能识别方位和地形、不能分辨距离和深度,平衡协调不良,运动控制差等,不会穿衣或吃饭、不会使用洗漱用具等,生活质量很差〔1〕.

目的 全球视力受损或失明人数已超2亿,长期以来各类人工视觉系统被广泛研究.人工视觉系统的研发主要有两种技术路径,第一种是各类植入式人工视觉装置,第二种是各类非植入式、可穿戴装置.本文展示了一种非植入式、基于可穿戴头部触觉激发装置的系统原型,能够帮助盲人和视觉障碍者完成行走等复杂任务.方法 该系统采集受试者周边环境图像信息并无线传输到后台,操作人员分析处理图像信息后,将指令以触觉编码形式无线传输到头套等可穿戴装置,由驱动电路激发多点位头部触觉,从而为受试者提供准确的行动指令.系统并辅助以语音信息,让其了解更多道路状况和环境信息.结果 用原型系统对5名(2男3女)在读大学生健康志愿者和1名年轻盲症患者(男)进行实验.结果 表明,原型系统充分利用了头部对前后左右的天然区分能力和对触觉的快速反应,具备直行、左右调整、转弯等明确指令功能.受试者对指令的响应时间约0.5 s,直线行走约7 m距离的偏差量标准差平均值相比未佩戴装置的情况下降低到(16±10)cm.结论 该系统可隐蔽、准确地提供环境图像信息,有效帮助视觉障碍人士完成行走、避让障碍物、上台阶、进入咖啡厅等公共场所、桌上取物等日常活动,达到了预期目标.今后对原型系统作进一步完善,特别是小型化、智能芯片化,把触觉装置制成颈环、腰带、手环、脚环等,将能够广泛应用于盲人出行辅助、夜间野外旅行、深海潜水等多种工作场景.

为了探究拓展现实技术(XR)在临床手术中的应用和发展,促进XR技术高质量辅助临床手术.本研究针对基于二维图像的微创手术导航,医生难以准确判断病灶的位置、大小和几何形状且具有潜在辐射危险等问题,使用CT数据进行三维建模,依托XR技术实现术中导航,采用改进的四元数法提升电磁定位精度,系统定位精度的误差小于2 mm;针对远程手术网络数据传输卡顿、延迟等现象,依托5G网络优化服务器GPU编程算法、视频流实时编码策略和网络设计,实现了数据传输低延迟,平均延迟小于60 ms;采用高斯分布变形模型模拟碰撞检测和组织的应力形变,实现触觉感知效果.研究表明,基于XR技术的术中导航,能够更准确地确定病灶的位置,有效地降低了手术风险,且避免了术中辐射;5G网络低延迟、高保真特性使手术中实时交互成为可能,为多终端远程协同手术提供了技术基础;将力反馈技术与XR技术结合,实现具有触感的体验,使医生能够进行深度沉浸式的术前规划和虚拟手术,提高了手术成功率,缩短医生的学习曲线.XR技术赋能临床手术,对提高我国临床手术领域的源头创新能力具有积极意义,对推动手术模式创新的研究具有重要价值.

躯体感觉系统对一系列触觉刺激进行解码,以产生连贯的触觉.其中辨别性触觉由外周机械感受器通过脊髓背柱及脑干上的背柱核(DCN)向大脑传递信号.躯体感觉模型认为支配皮肤的快速传导低阈值机械感受器(LTMRs)直接传导信息至DCN;然而,脊髓背角内的突触后背柱(PSDC)神经元也收集机械感受器的信号,并形成DCN的第二个主要输入.一直以来,PSDC神经元的功能及其对触觉编码的具体作用尚不清楚.哈佛医学院神经生物学系的David D.Ginty团队发现由外周DRG中的LTMR直接输入到DCN的直接通路以高时间精度传递振动触觉刺激;相反,PSDC神经元主要对触觉的启动和强力范围内的持续触觉进行编码.LTMR和PSDC信号在DCN中以拓扑结构重新排列,以保持精确的空间细节;不同的DCN神经元亚型具有由LTMR和PSDC输入的不同组合产生的特殊反应.因此,背柱的LTMR和PSDC亚分区编码不同的触觉特征,并在DCN中差异会聚以产生特定的上升感觉处理流.