发布日期：2024-10-26 05:08 点击次数：117
本文来自微信公众号：返朴 （ID：fanpu2019）139ai.com，作家：水水
近两年，元寰宇观念大火，似乎这是能改动东说念主类将来的东西。不管生意长进怎样，一些商酌东说念主员如实在勉力于于让编造现实和数字东说念主生聚积。这其中就有一个问题：在编造寰宇能体验到现实一样冷热酸甜的感觉吗？化学触觉，大概不错告诉咱们谜底。
警报已而响起，他快速离开现场，刚走到出口时却已而发生爆炸，火星溅落到他身上，令他感到阵阵刺痛。来到外面，天外中飘着雪花，寒意袭来，他发现正本是驾驭核反应室里发出的警报。他赶赴探查，却发现手臂麻痹无力，好辞让易怒放房门，只见房间内热浪滔滔，他浑身被一股灼烧的窒息感包围……
可是，当他摘下 VR 头盔，一切齐隔绝了。
这是一次模拟体验。那些知觉上的变化，不管是冷和热，如故当作的麻痹和舒展，莫得一样信得过来自他身处的环境。他感受到的，是几种化学物资通过一个可衣着建设构兵到皮肤之后所产生的：手臂麻痹僵硬，是因为利卡多因构兵到了皮肤；扑面而来的热浪，是因为辣椒素被开释到面部；刺痛的感觉来自山椒醇，而终末那种冰凉的感觉则是薄荷醇的作用。
这个美不可言的可衣着建设，欺诈的是一种叫作“化学触觉”（chemical haptics）的技能。事实上，化学物资一直被用来连构兵觉机制。20 世纪 90 年代，对于薄荷醇和辣椒素的商酌，匡助咱们明确了体魄在碰到冷热刺激后会怎样作念出反应。刻下，芝加哥大学的 Jasmine Lu 和她的共事正在应用这方面的常识，来制造一种由化学物资指挥产生的“触觉”。
Haptics 这个词，平直翻译过来等于“触觉”，它不错指代与构兵、触感推敲的任何含义，不外刻下更多的是用作触觉技能的简称。触觉技能能在无须平直构兵的情形下产生触感。它并不是一个簇新词，应用了触觉技能的建设在平常生计中遍地可见。比如：iPhone 7 上的 home 键并不是一个实体按键，它不成被按下，而是通过感知振动“假装”被按了下去 —— 这大概是触觉技能在咱们身边最常见的应用。
触觉技能的应用远不啻一个小小的手机按键。触觉建设不错匡助中风患者从头获到手臂的知觉，它还不错为医学生的心肺复苏考研提供传神的触觉反馈。2019 年，香港商酌东说念主员开荒了一种编造皮肤，不错“拥抱”寰宇各地的亲东说念主。
这类建设的局限，在于它们大多通过力或振动来达成效率，因此它们只可使用触觉机制的一种花样 —— 压力，而咱们的皮肤能感知到的远远不啻压力这一个因素。比如，你摸到一块冰块和一块烙铁（假如能下得去狠手的话），很昭着，这两个物体带给你的感觉是不同的，这阐明在压力之外，你的皮肤还感觉到了其他类型的刺激。触觉是由皮肤中各式各样的感受器共同作用产生的，皮肤有温度感受器来感知冷热，有机械感受器来感知振动、压力，有伤害性感受器来感知疾苦。那么，如若能把这些感觉沿路模拟出来况兼集成到归并个建设里，就不错复制一种极端传神的触觉。
化学触觉技能的宅心，等于用化学物资把这些冷、热、振动、压力等感觉“一揽子”模拟出来。这个决策是可行的。与 Jasmine Lu 同在一个商酌团队的 Jas Brooks 着手也曾预备过一个 VR 头盔，它能将薄荷醇、辣椒素等化学物资开释到鼻腔的三叉神经处，然后三叉神经就能将冷热的感觉（也等于温度信息）传达给大脑。而且，使用者不只是是因为闻到了薄荷醇或者辣椒素的气息而理猜测了冷和热，他们之是以有冷热的感觉，还因为三叉神经在清皎白白地“告诉”大脑：刻下环境的温度等于变了。
通过给使用者皮肤上予以化学物资刺激139ai.com，让他们感受到不同花样的“触觉”，刻下不错达成刺痛、麻痹、清凉、辞让的感觉。图片来源：参考贵府 [2]
但说真话用这个建设实在是找虐，让辣椒素平直泵入鼻腔，热的感觉倒是传达得很准确，那辣到纵贯天灵盖的感觉想想就够了。很昭着，骚麦这个建设天然有用，却不太会有东说念主欢乐用它。是以，Jasmine Lu 想要寻找一种能绕过鼻子、平直通过皮肤产生触觉的路线。那么，化学物资怎样作用于皮肤产生种种感觉呢？巧了，如故有东说念主圆善解答了这个问题。
辣椒素和薄荷醇给出的启示上世纪 90 年代初，加利福尼亚大学的戴维・朱利乌斯（David Julius）想要寻找一种替代阿片类的麻醉剂。可是率先，他需要从分子生物学上了解东说念主体是怎样感知到疾苦的，以及触觉的信号通说念是怎样被强化的。
他和共事创建了一个由几百万个 DNA 片断构成的资源库，每一个片断齐与神经元中能对疾苦、热和触感作念出反应的基因相对应。既然辣椒素能让皮肤产生火辣辣的灼热感，那么细胞上就一定有能反馈辣椒素的受体，且这些 DNA 片断中势必存在能编码这种受体卵白的基因。经过了很长一段期间的商酌后，在 1997 年，他们终于识别出了一个叫作 TRPV1 的受体。TRPV1 位于伤害性感受神经元的细胞膜上，当受到辣椒素的刺激时，TRPV1 会怒放离子通说念作念出反馈。专诚念念的是，TRPV1 相通会被热刺激激活，当碰到 43℃以上的高温时，TRPV1 会开释一模一样的电信号并传达给大脑 —— 是以“辣”和“热”带给咱们的感受是很相似的。
这个论断不错阐明好多对于辣的风景。咱们频频把“悲欢聚散”并提，但其实仔细一想就知说念，辣和其他三味明显不同。举个例子，如若你用刚刚切过辣椒的手揉了眼睛，你的眼睛也会感到火辣辣的，而如若用刚刚摸过蛋糕的手去揉眼睛，眼睛并不会感到甜。还有，冬天吃暖锅的时候，你的嘴巴里感到辣，同期身上也感到越来越暖和。这些例证齐在教导咱们，辣和热有着殊途同归的关联，辣并不是一种味觉，它本色上是一种“热觉”。
David Julius 等东说念主连续用了多年期间，认真商酌了由感受器、神经元、受体和离子通说念构成的复杂体系，咱们那些大地春回又妙不可言的触觉感受就来自于它们的共同作用。这项商酌中的另一位中枢东说念主物阿登・帕塔普蒂安（Ardem Patapoutian），以薄荷醇为商酌对象发现了皮肤产生“冷觉”的机制，随后又发现了皮肤上的压力感受器。这些使命让东说念主们牢固伙同了何为触觉。2021 年，David Julius 和 Ardem Patapoutian 因为发现了温度和触觉感受器而得到诺贝尔生理学和医学奖。
他们的使命也给了 Jasmine Lu 很大的启发，她因此从头制定了实验决策。她不再通过创造热环境、施加力或振动来达成触觉技能，而是试图使用化学物资平直刺激皮肤，并触发皮肤中的受体来模拟与触觉干系的种种感觉。
咱们能感觉到来自化学物资的刺激，是因为细胞上的受体能与化学分子相互作用，然后作念出反馈并将信号传递给大脑。在大大量东说念主的固有领略里，这个历程主要体现为感觉和味觉。不外，如若你的目的只停留在这儿，昭着就低估了受体。
感觉的受体在鼻腔，味觉的受体在舌头上，其实你能遐想即使莫得鼻子和舌头，也还会有第三种“化学感觉”存在。比如，涂优势油精，你会感到凉丝丝的，这等于薄荷脑的作用，而且这种作用实足莫得经过鼻子和舌头。又如，你咀嚼花椒的时候，不仅口腔里麻麻辣辣的，嘴唇也会有针刺似的感觉，这是因为花椒中有一种关节因素叫作山椒醇，它会与嘴唇皮肤上的痛觉感受器和机械感受器（绝顶是感知振动的感受器）发生作用，就好像有个振动小马达放在嘴唇上似的，是以你会感到有一种刺痛感。可见，反馈化学刺激的受体不仅存在于鼻子和舌头，化学物资激发的感觉也不局限于感觉和味觉。
筋膜枪 自慰那么，该奈何界说、定名、形色这第三种“化学感觉”呢？
1912 年，好意思国动物学家 George H. Parker 提倡了“共同化学感觉”的观念，用来形色动物身上（尤其是皮肤）的化学感受性，Parker 通过动物实验，以为这是粗鄙存在于神经系统的性质，而非味觉和感觉神经的特质。20 世纪 50 年代的商酌标明，这种“共同化学感觉”至少部分是由疾苦感受器的受体介导的，“共同化学感觉”践诺上是一种非常的痛觉。前边提到的对于辣椒素和薄荷醇的商酌，也让东说念主们意志到“共同化学感觉”和温度感觉可能是归并趟事。到了 20 世纪 90 年代，才有东说念主提倡用“化学物理觉”（chemesthesis）这个观念替代“共同化学感觉”，来形色这第三种化学感觉。按照界说，化学物理觉是一类具有痛觉、温度感觉和触觉复合感觉特质的体觉。
不难发现，化学物理觉和化学触觉在涵义上存在一定的重迭。但甭管它叫什么名头，你其实早等于这个观念的“消用度户”了。你买的药膏，有些会使用高浓度的冬青油（内含薄荷因素）在皮肤上制造一个吸热反应，起到缓解疾苦的后果；你使用的皮肤顾问居品，有的会使用辣椒素来促进血液轮回；你每天齐会用到的牙膏，清新感觉大多来自薄荷醇。
有长进，亦有局限刻下，Jasmine Lu 的团队把这种化学触觉技能应用到了 VR 方面。他们创建了一种可衣着建设，将化学物资储存在可衣着建设里，并通过小型泵鼓励着流经对皮肤开放的通说念，让皮肤在试剂通逾期构兵到致使给与它们，进而产生种种感觉：山椒醇被用于制造刺痛的感觉，辣椒素不错模拟热，薄荷醇用来制造清凉的感觉，肉桂醛被用来激发瘙痒感，而一种常见的麻药利多卡因不错让皮肤麻痹僵硬。因此，它不错协助创造一个传神的编造寰宇。这对于畅游游戏寰宇的玩家来说，无疑是一个令东说念主清翠的音讯。可是，咱们能实足用这种体验替代真实的触觉吗？如若不成，这两种“触觉”的判袂在那处呢？
在 2021 年的用户界面软件与技能大会（User Interface Software and Technology conference）上，他们发布了一则视频，视频中是一个编造现实场景，一个东说念主佩带着他们预备的可衣着建设，正在“履历”一次焦灼刺激的核事故 —— 也等于本文着手的阿谁场景。
不外，并不是扫数东说念主齐对这一技能感到喜跃，致使，并不是扫数东说念主齐招供它的道理道理。至少在有些鸿沟的从业者看来，触摸是具有社会学道理道理的一种步履，它不只单是一个动作，偶而还标志着心情伙同，是不成陋劣锋利地用冷、热、疼、麻来概述和取代的 —— 比如，撸猫时手指抚过猫咪毛发的那种感觉，良善又舒徐，十解析压，就很难凭几种化学物资复制得出来。
这些质疑的声息也揭示了这一技能的局限性。为什么撸猫如斯解压？谜底就在介导这一类触觉的神经纤维上。不同于感知冷或热、痛或痒的那种触觉（被称为别离性触觉，discriminative touch），撸猫时的触觉是一种心情味触觉（affective touch），它由一种非常的神经纤维 ——CT 纤维主导。CT 纤维只对牢固的、温煦的触摸有反馈，举例每秒移动 5 厘米傍边的触摸刺激。撸猫时的触摸等于这种类型的刺激，推拿时最让咱们镇静的频率差未几亦然如斯。顾名念念义，之是以叫作“心情味”触觉，是因为它能与东说念主们的心理作用和心情体验产生推敲。Jasmine Lu 的化学触觉系统能够模拟出来的齐是别离性触觉，对于心情味触觉是窝囊为力的。这如实是化学触觉技能的局限，它从道理上就无法信得过地、全标的地模拟触觉。即便如斯，它的长进依然令东说念主期待。
其实，好多东说念主对这一技能存在诬蔑。化学触觉技能本来就不是要取代信得过的触摸，就好像 VR 作念得再传神，也莫得东说念主会以为不错在 VR 里过日子一样。化学触觉建设信得过的应用场景在于它不错擢升数字寰宇中的体验，能让咱们在编造情境中去作念、去体验咱们平常生计中作念不了的事情 —— 比如替代消防员的部分考研，因为它不错模拟火海中的一些感觉，却无须竟然跻身火海。
或者咱们不错说，Jasmine Lu 团队开荒的这种化学触觉技能，是与 VR 鸿沟的发展相互配置的。事实上，东说念主们在编造现实中的体验如故饱和传神，也正因如斯，“元寰宇”才会成为当下最火热的观念之一，可是，咱们要想达到比好意思真实寰宇的感觉，可能还需要在视觉和听觉之外，模拟出更丰富更各种的感觉 —— 委果地说，是一种完整又全面的，包含了冷、热、痛、麻等“别离性触觉”和令东说念主镇静的“心情味触觉”。
参考贵府
[1] Artificial touch: The new tech making virtual reality more immersive. New Scientist. Issue 3378.
[2] https://doi.org/10.1145/3472749.3474747
[3] https://www.nobelprize.org/uploads/2021/10/press-medicineprize2021.pdf
出品：科普中国
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