Effects of mechanical and temporal parameters on tactile psychophysical responses

Abstract

Dokunsal geri besleme güncel klinik cihazlarda ve mühendislikte oldukça önemli olmaya başlamıştır. Bu yüzden bedenduyusu sistemindeki temel duyusal bilgi işlemeyi anlamak gerekmektedir. Bu tezde, insanda Pacini (P) kanalındaki mekanik ve zamansal parametrelerin psikofiziksel eşik değeri üzerindeki etkileri incelenmiştir. P kanalındaki zamansal toplama işleminin uyarı frekansından bağımsız olduğu gösterilmiştir. Aynı zamanda deneysel sonuçlar klasik zamansal toplama modeli ile uyuşmamaktadır, bu model P kanalının U-eğrisi şeklindeki davranışını göz önüne almalıdır. Buna ek olarak, P kanalındaki uzaysal toplama özelliği de parmak ucundaki üç farklı kontakt bölgesi ve üç farklı kontakt ucu ile gösterilmiştir. Deri mekaniğinin P kanalı psikofiziksel eşik değerleri üzerindeki etkisi mekanik empedans ölçümleri ile incelenmiştir. Derinin dinamik modulus ve eşik değerleri arasında anlamlı korelasyon bulunmuştur. Klinik ortamda beden duyusuna ilişkin uyarılmış potensiyeller kafa derisi üzerinden ölçülmekte ve genellikle periferik sinirlerin elektriksel olarak uyarılmasıyla oluşmaktadır. Burada, uyarılmış potensiyeller farklı dalgacık fonksiyonları cinsinden temsil edilmiştir. Ve bu sonuçlar veri sıkıştırma uygulamalarında kullanılabilir. Ayrıca, parmak ucundaki derinin mekanik uyarılmasıyla kafa derisi üzerinden ivnaziv olmadan ölüçülen potensiyeller incelenmiştir. Ancak bu potensiyellerin zaman-frekans analizleri uyarı parametreleri hakkında anlamlı bilgi içermemektedir. Bu yüzden beden duyusunda bilgi işlemeyi anlamak için kullanılmalı uygun değildir. Bu tezin genel sonuçları, haptik, robotik, protezler, dermotoloji ve kozmetik gibi birçok farklı alanda kullanılabilir. Örneğin, P kanalında gösterilen uzaysal ve zamansal toplama özelliği protez kollara yerleştirilecek yüksek frekanslı dokunsal geribesleme algoritmalarında kullanılabilir.

Tactile feedback is becoming more important in clinical devices and engineering. Therefore, studies on basic sensory processing in the somatosensory system are essential. In this thesis, the mechanical and temporal parameters affecting the absolute tactile detection threshold of human Pacinian (P) channel were investigated. Temporal summation in P channel was found to be independent of stimulus frequency and the experimental results did not t the classical model of temporal summation. The model needs to be modeled to show the U-shaped Pacinian channel behavior. Additionally, the spatial summation property of the P channel was demonstrated on fingertip at three different contact locations and at three contactor sizes. The effects of skin mechanics on psychophysical thresholds of the P channel were studied by measuring mechanical impedance. A significant correlation was found between the thresholds and the dynamic modulus of the skin. Conventionally, somatosensory evoked potentials (SEPs) are measured on the scalp by applying electrically stimulating the peripheral nerves in the clinical setting. Here, SEPs were represented by different types of wavelet functions, which can be used in data compression. Non invasive recordings of scalp potentials were also investigated by applying strong mechanical stimulation on the fingertip. However, time-frequency analysis did not show much useful information about stimulus properties, which would be useful in understanding basic somatosensory processes. The results of this thesis may be useful in various fields such as haptics, robotics, prostheses, dermatology, and cosmetics. Specifically, spatial and temporal summation should be incorporated in the high-frequency vibrotactile feedback in prosthetic arms.