触覚のメカニズムとは？圧力や凹凸、温度を感じる仕組みを解説

「触覚」はその名のとおり、ものを「触った」際に生じる感覚です。

水を触ったときに冷たさを感じたり、針で刺されたときに痛みを感じたり、ボールの丸みを認識したりと、私たちは日々触覚を感じながら生活しています。触覚は五感（視覚、聴覚、嗅覚、味覚、触覚）のうち最も原始的な感覚で、生物の生存に不可欠ともいわれています。

最近では、触覚を人工的につくり出す「触覚フィードバック技術」や、触覚を数値化する「触覚センシング技術」の研究・実用化が進んでいます。これらの技術を理解するには、触覚のメカニズムを正しく知ることが重要です。

今回の記事では、触覚の概要や触覚が生み出される仕組みなどを、さまざまな研究例をまじえて解説します。

私たちは感覚神経を介して、皮膚への機械的刺激（圧力や振動）や温度刺激を感じとります。これが「触覚」です。

皮膚への刺激を最初に認識するのは、皮膚全体に分布している「触覚受容器」です。触覚受容器は機械的刺激や温度刺激を受け取ると、それらを化学信号に変換します。この化学信号が感覚神経を介して中枢神経系に伝わることで私たちは触覚を感じています。

上述のように、触覚は皮膚の変化を検出した結果生じる感覚です。そのため、触覚を理解するには皮膚の特性を知ることが重要です。

私たちの皮膚は、表皮、真皮、皮下組織の3層で構成されています。
皮膚には主に4種類の触覚受容器
1, メルケル細胞
2. ルフィニ小体
3. マイスナー小体
4. パチニ小体
が存在し、これらは存在する場所や形状、大きさ、受容できる刺激の種類（圧力、痛み、温度など）、刺激への応答性などが異なります。

4種類の触覚受容器は、皮膚への刺激に対する「①順応の速さ」と「②受容野の広さ」から以下のように分類されます。

		受容野の広さ
		狭い	広い
さ速の応順	い速	RA I （マイスナー小体に終末）	RA II （パチニ小体に終末）
さ速の応順	い遅	SA I （メルケル細胞神経複合体）	SA II （ルフィニ終末）

触覚の空間分解能としては、「2点弁別能」と「継時2点弁別能」がよく知られています。これらはいずれも、皮膚上の2点を刺激した際に刺激箇所が2点だと感じられる最小距離（皮膚の「解像度」ともいえる）ですが、両者は刺激の与え方が異なります。2点弁別能を測定する場合は2点を「同時に」刺激し、継時2点弁別能を測定する場合は「1点を刺激した後、時間間隔を空けてもう1点を」刺激します。指先の2点弁別能は2mm程度、継時2点弁別能は1.5mm程度です。

触覚の空間分解能は指先が最も大きく、手首に向かうにつれて低下するのが特徴です。たとえば、2点弁別能は指先で2mm程度ですが、手のひらでは10mm程度と5倍になります。

また、触覚は視覚よりも空間分解能が粗いことが知られています。上述のように指先の2点弁別能は約2mmですが、視覚の空間分解能は目から50cm離れた位置で約0.145mmです。

私たちは、触覚受容器を介して対象物表面の凹凸を検出できます。凹凸検出は形状知覚の基礎的なテーマであり、これまでにさまざまな研究が行われてきました。たとえばJohansson（※1)らは、ドットパターンからなる凹凸を使用して人間の凹凸検出能力を調査しており、ドットパターンの直径が40μmの場合は高さ5.97±2.02μｍの凸、直径602μmの場合は高さ1.09 ±0.19μｍの凸を検出できると報告しています。またJohnson（※2）らは、凹凸を含む格子を利用して指先の空間分解能を調査しています。

※1 参考文献：R.S.Johansson, R.H.LaMotte: “Tactile detection thresholds for a single asperity on an otherwise smooth surface”, Somatosens. Res., 1, pp.21-31, 1983.
※2 参考文献：K. O. Johnson, J. R. Phillips: “Tactile spatial resolution: I. Two-point discrimination, gap detection, grating resolution, and letter recognition”, Journal of Neurophysiology 46, pp.1177-1191, 1981.