Порог продолжительности вибротактильных стимулов для восприятия перехода от импульса к вибрации

Человек воспринимает вибрации через слуховую систему как звук и через осязание с помощью механорецепторов, расположенных в коже, мышцах, костях и связках. Исследование восприятия вибраций важно для синтеза стимулов, используемых в тактильных интерфейсах, особенно в мультимодальных приложениях для взаимодействия человека с компьютером (HCI). Примеры включают игровые консоли, смартфоны, смарт-часы, виртуальные и дополненные реальности, тактильные музыкальные плееры и приложения в медицинских и терапевтических процедурах.

Восприятие вибрационных ощущений зависит от типа активируемых механорецепторов. Канал медленно адаптирующихся I (SA-I) обнаруживает вибрации на частотах ниже или равных 6.3 Гц. Низкочастотные вибрации между 16 и 32 Гц активируют канал быстро адаптирующихся I (RA-I), вызывая ощущение трепетания, воспринимаемое как ритмичные удары, но отличное от типичных вибрационных ощущений. Канал быстро адаптирующихся II (RA-II), или Пацинианский канал, отвечает за восприятие высокочастотных вибраций в диапазоне 35-500 Гц.

Предварительный эксперимент

Предварительный эксперимент был проведен для определения порогов восприятия интенсивности вибраций на частотах 40, 80, 150, 250, 300 и 590 Гц, которые в основном активируют Пацинианский (быстро адаптирующийся II) психофизический канал. Эти частоты были выбраны для избегания ощущения трепетания и обеспечения только вибрационных ощущений.

В эксперименте участвовали восемь добровольцев, которые определили минимальные пороги восприятия интенсивности вибраций. Результаты показали U-образную кривую порогов восприятия, характерную для ответа канала RA-II. Эта кривая была использована для нормализации восприятия вибраций в основном эксперименте.

Основной эксперимент

В основном эксперименте участвовали 35 добровольцев, которые определили минимальные продолжительности, необходимые для восприятия перехода от импульса к вибрации на выбранных частотах. Использовался метод регулировки для определения точки перехода.

Участники использовали интерфейс, разработанный в MATLAB, для регулировки продолжительности стимула до тех пор, пока не будет найдена точка перехода. Каждая частота представлялась пять раз в случайном порядке. Результаты показали, что минимальная продолжительность для восприятия перехода составляет примерно 30 мс, независимо от частоты.

Обсуждение

Результаты показали, что минимальная продолжительность для восприятия перехода от импульса к вибрации составляет около 30 мс, что согласуется с предыдущими исследованиями в области тактильного восприятия, но противоречит результатам в слуховом восприятии, где для более высоких частот требуются более короткие продолжительности.

Исследование также подчеркивает важность учета психофизических каналов и временных эффектов, таких как временная маскировка и адаптация, при разработке тактильных интерфейсов.

Заключение

Исследование показало, что минимальная продолжительность для восприятия перехода от импульса к вибрации остается постоянной в диапазоне частот от 40 до 590 Гц. Это открытие имеет важное значение для приложений, где необходимо вызывать вибрационные ощущения при изменении частоты, таких как музыкальная тактильная обратная связь, игры и виртуальная/дополненная реальность.

Будущие исследования могут исследовать дополнительные факторы, такие как тестирование других частей тела, изменение контактных площадей, исследование более низких частот для активации канала RA-I и эксперименты с различными или более сложными формами волн.