材質感の情報
は じ め に
本 章 で は ，人 間 が 感 じ る 材 質 感 の 情 報 を 感 じ 取って い る 原 理 に つ い て 述 べ る ．ま ず 材 質 感 を 構 成 す る 情 報 に つ い て 述 べ ，触 覚 が 材 質 感 を 得 る た め に 重 要 な 感 覚 で あ る こ と を 述 べ る ．そ し て 触 覚 に 関 す る 知 見 を 述 べ ，表 面 状 態 の 判 別 に は 対 象 物 と 対 象 物 と 指 先 と の 相 対 的 運 動 が 必 要 な こ と を 述 べ る ． 続 い て ア ク ティブ タッチ に お け る 能 動 的 ハ プ ティク ス 知 覚 が テ ク ス チャ知 覚 の た め に 重 要 で あ る こ と を 述 べ ，最 後 に 我々が 行って い る 材 質 感 識 別 動 作 に つ い て ま と め る ．
材 質 感 の 構 成
わ れ わ れ は 日 常 生 活 に お い て ，周 り の 様 子 を 見 た り，音 を 聴 い た り，物 に 触 れ た り し て い る ．こ の よ う な 様々な 感 覚 を 通 し て 外 界 を 認 知 し ，さ ら に は 認 知 し た 結 果 に 基 づ い て 必 要 な 行 動 を と り，外 界 の 環 境 に 上 手 く 適 応 し な が ら 生 き て い る の で あ る ．
そ の よ う な 感 覚 は 感 覚 器 に 外 界 か ら の 刺 激 が 加 わ る こ と で 起 こ る ．感 覚 器 に は 様々な 刺 激 に 特 化 し た 受 容 器 細 胞 が あ り，そ れ ら が 興 奮 す る こ と に よって 電 気 信 号 の イ ン パ ル ス に 変 換 さ れ る ．刺 激 は 感 覚 神 経 線 維 を 通 り 脳 に 送 ら れ 感 覚 が 生 じ る の で あ る ．
物 体 の 材 質 感 の 構 成 要 素 と 感 覚 器 の 対 応 を 表+!に 示 す．色 に 関 し て は 光 を 感 じ 取 る こ と が で き る 視 覚 以 外 に は 得 る 方 法 は 無 い と 考 え ら れ る ．形 状 に 関 し て は 視 覚 か ら 得 る 以 外 に も ，手 探 り に よって 形 状 を 知 る こ と は 可 能 で あ る ．視 覚 で は 短 時 間 で あ る 程 度 の 形 状 を 知 る こ と が で き る が ，触 覚 で
+!
視 覚 聴 覚 触 覚
色 ◎ × ×
形 状 ◎ × ○
表 面 状 態 △ △ ◎
硬 さ △ ○ ◎
熱 伝 導 × × ◎
は 見 え な い 部 分 や 暗 い 状 態 で も 形 状 の 情 報 を 得 る こ と が で き ，視 覚 よ り も よ り 細 か い 情 報 を 知 る こ と が で き る ．表 面 状 態 で は 例 え ば ピ ア ノ の 表 面 の よ う な 滑 ら か な 表 面 の 場 合 ，光 の 反 射 を 見 る こ と に よって 知 る こ と が で き る だ ろ う．ま た ，紙 や す り な ど を こ す れ ば そ の 音 か ら 表 面 が ざ ら つ い て い る こ と が わ か る だ ろ う．触 覚 で は ，さ ら に そ の 紙 や す り の 目 の 細 か さ ま で 得 る こ と が 可 能 で あ る ．硬 さ に つ い て は 力 を 加 え た 時 の 変 形 を 見 る こ と に よって 硬 さ を 知 る こ と が で き る だ ろ う．し か し ，そ の 加 え た 力 の 大 き さ を 知 る こ と が で き な け れ ば 硬 さ を 知 る こ と が で き な い ．ま た ，叩 い た 時 に 発 生 す る 音 に よって も 硬 さ を 知 る こ と が で き る だ ろ う．し か し ，叩 い て も 音 が 出 な い よ う な 柔 ら か い 素 材 の 場 合 に は 判 別 は 不 可 能 で あ る ．触 覚 で は 実 際 に 押 し 込 み ，そ の 時 の 力 と 押 し 込 み 量 を 知 る こ と で 判 別 が 可 能 で あ る ．熱 伝 導 は 触 れ た 時 に 起 こ る 皮 膚 の 温 度 変 化 か ら 得 る こ と が 可 能 で あ る ．
以 上 の こ と か ら ，物 体 の 材 質 感 は 視 覚 ，聴 覚 ，触 覚 の 複 数 の 感 覚 を 脳 で 統 合 す る こ と で 得 る こ と が で き る と 考 え ら れ る ．そ し て ，色 ，形 状 が 同 じ ，も し く は 判 別 の 対 象 で な い の で あ れ ば ，触 覚 の 情 報 が 材 質 感 の 判 別 に 重 要 な 感 覚 に な る と 言 え る ．
触 覚 に 関 す る 知 見
感 覚 の メ カ ニ ズ ム
触 覚 と は 主 に 物 理 的 な 皮 膚 の 変 形 や 振 動 な ど を 感 じ 取 る 機 械 受 容 器 の 情 報 を 指 す．ま た ，こ の 他 に 侵 害 受 容 器 や ，温 度 受 容 器 な ど も 含 む ．
侵 害 受 容 器 は 痛 み 等 を 感 じ 取 る 受 容 器 で あ り，今 回 の 実 験 で 呈 示 す る 材 質 感 に は 大 き く 関 わって い な い と 考 え ら れ る ．
ま た ，温 度 受 容 器 は 言 葉 通 り 温 度 を 感 じ 取 る 受 容 器 で あ る ．皮 膚 が 物 体 表 面 に 触 れ た 瞬 間 に 指 先 に 温 度 変 化 が 発 生 す る ．た と え ば 金 属 と 木 材 で は 触 れ た と き の 温 度 感 覚 が 違 う と いった よ う に ，物 体 の 材 質 感 の １ つ の 重 要 な 情 報 に な り え る ．
人 間 の 触 感 覚 を 通 し て 材 質 感 を 呈 示 す る 研 究 に つ い て ，材 質 感 を 構 成 す る 物 理 的 パ ラ メ ー タ の 推 測 と そ の 材 質 感 へ の 寄 与 に つ い て の 報 告 が あ る
;+"<．そ れ に よ る と 材 質 感 の 判 別 に は ，温 度 変 化 パ タ ー ン 情 報 が 深 く 関 与 し ， ま た 表 面 荒 さ・粘 着 度 と いった 物 理 量 が 寄 与 す る こ と が 述 べ ら れ て い る ．ま た 触 運 動 に よ る 材 質 感 の 伝 達 情 報 量 の 違 い に つ い て も 述 べ ら れ て い る ．し か し な が ら ，彼 ら は 試 料 と し て 同 一 形 状 で 指 先 に 比 べ て 十 分 に 滑 ら か で 硬 い も の を 使 用 し て い る ．そ の た め ，温 度 変 化 パ タ ー ン 情 報 が 深 く 関 与 す る 結 果 が 得 ら れ た と 考 え ら れ る ．こ の こ と か ら ，表 面 状 態 の 違 い が 識 別 可 能 に な る た め に は 機 械 受 容 器 に 対 す る 刺 激 が 最 も 重 要 に な る と 考 え ら れ る ．
機 械 受 容 器
皮 膚 構 造 と 機 械 受 容 器
図+!に 皮 膚 構 造 と 機 械 受 容 器 の 配 置 を 示 す． 皮 膚 の 構 造 は 表 皮 ，真 皮 ， 皮 下 組 織 か ら な る ．表 皮 は 手 掌 で の 厚 さ は 約"7程 度 で あ る ．真 皮 は 厚 さ"2〜+1程 度 で 強 い 繊 維 性 結 合 組 織 で あ る ．ま た 手 掌 の よ う に か な り の 摩 擦 力 を 受 け る 部 位 で の 表 皮 と 真 皮 の 協 会 で は ，下 方 で 突 出 す る 表 皮 の ヒ ダ（ 表 皮 隆 起 ）と ，上 方 に 突 出 す る 真 皮 乳 頭 と が 噛 み 合って 表 皮 と 真 皮 の
% +! 5 ;27<
癒 着 を 強 め て い る ．皮 下 組 織 は ，緩 い 網 状 の 疎 性 結 合 組 織 で ，網 目 に は 脂 肪 組 織 が 充 満 し て い る ．通 常 は 真 皮 と 固 く 結 合 し 骨 膜 ，筋 膜 ，腱 膜 と は 緩 く 結 合 し て い る;+!<．こ の 皮 膚 の 手 掌 面 内 に は お よ そ!7，"""の 機 械 受 容 器 が あ る ．こ れ ら 機 械 受 容 器 の 種 類 と し て は ，皮 膚 変 形 刺 激 に 対 す る 応 答 の 時 間 変 化 の 違 い と ，そ の 受 容 野 の 広 さ の 特 徴 か ら 次 の よ う に 分 類 さ れ て い る;27<;++<;+2<;+1<．ま ず，ス テップ 状 に 皮 膚 を 押 し 込 む と 受 容 器 は 刺 激 に 応 じ て 発 火 し パ ル ス を 出 力 す る ．こ の と き 刺 激 の 強 度 に 応 じ て 発 火 す る 遅 順 応 型（5( E 5(）と ，刺 激 の 時 間 変 化 に 応 じ て 発 火 す る 速 順 応 型,%
( E %(-と が あ る ．ま た 受 容 野 の 特 徴 か ら は型 と型 に 分 け ら れ る ． 型 は 受 容 野 が 狭 く 境 界 が 明 瞭 で あ る ．型 は 受 容 野 が 広 く 境 界 が 不 明 瞭 で あ る ．よって ，こ れ ら 特 徴 の 組 合 せ と し て5('，5('，%('，%('の ４ つ の タ イ プ に 分 類 さ れ て い る ．こ れ ら 機 能 的 分 類 と 形 態 学 的 に 同 定 さ れ た 受 容 器 ， 即 ち メ ル ケ ル 細 胞, - ,5('-，ル フィニ 終 末,=Æ - ,5('-，マ イ ス ナ ー 小 体, - ,%('-，パ チ ニ 小 体,4- ,% ('-が そ れ ぞ れ 対 応 す る も の と 現 在 の と こ ろ 推 定 さ れ て い る ．メ ル ケ ル 細 胞 は ， 狭 義 の メ ル ケ ル 細 胞 と 神 経 終 末 で あ る メ ル ケ ル 触 覚 円 板 が 一 体 と なった も の で あ る ．表!に は こ れ ら 受 容 器 の 特 性 を 幾 つ か の 文 献 を も と に ま と め た も の を 示 す．
触 覚 の 情 報 量
こ の 感 覚 受 容 器 の 数 は 全 身 体 で は!" 個 あ る と さ れ て い る;+/<．ま た 大 脳 皮 質 へ の 神 経 伝 達 繊 維 本 数 は!"本 で 感 覚 受 容 器 と 信 号 線 数 の 比 は!"と なっ て い る ．感 覚 受 容 器 の 密 度 が 高 い と さ れ る 指 先 の 例 で は 大 脳 皮 質 の 感 覚 野 に 伝 達 す る 神 経 線 維 は!当 り!本 と い わ れ て い る ．こ の こ と は 指 先 で の 空 間 分 解 能 が!〜+程 度 と さ れ て い る こ と に 関 係 す る 思 わ れ る ．通 信 容 量 か ら み る と ，触 覚 は!",D-で あ る と い わ れ て い る ．ち な み に ，視 覚 は
!" ,D-，聴 覚 は!",D-，嗅 覚 は!",D-，味 覚 は!",D-で あ る ．さ す が に 視 覚 は 多 い が ，触 覚 も そ の!割 程 度 も あ り，な か な か 多 く の 情 報 を 担って い る ．
空 間 分 解 能
皮 膚 感 覚 の 空 間 的 弁 別 能 に つ い て は ，代 表 的 な も の と し て ，,!-+点 弁 別 能 ，
,+-継 時 ２ 点 弁 別 能 が あ る ．
点 弁 別 能 +点 弁 別 能 は ，コ ン パ ス の よ う な 器 具 を 用 い て 空 間 的 に 離 れ た+点 刺 激 を 加 え ，こ れ が!点 か+点 か を 識 別 で き る 最 も 短 い 距 離 を 計 測 す る 方 法 で あ る ．こ の+点 弁 別 能 は 身 体 の 部 位 に よって 能 力 が 異 な る ．図++に ま と め た も の を 示 す．
し か し 近 年 の 報 告 で は 上 記 の 方 法 に よ る 空 間 分 解 能 の 測 定 値 は ，再 計 測 を 行った 場 合 の 信 頼 性 が 良 く な い 等 の 問 題 が あ る こ と が 指 摘 さ れ て い る ．新 た な 方 法 と し て 半 球 状 の 物 体 に 格 子 状 の 溝 を 各 種 の 幅 及 び ピッチ で 作 り，そ れ を 測 定 部 位 に 押 し 当 て 格 子 溝 幅 と 方 向 を 判 別 さ せ る 方 法 が 提 案 さ れ て い る;+8<．こ の 方 法 で 測 定 し た 結 果 は 身 体 部 位 の 神 経 分 布 密 度 と 良 い 一 致 を 示 す と の こ と で あ る ．
継 時 ２ 点 弁 別 継 時 ２ 点 弁 別 と は ，コ ン パ ス の 両 端 を 順々に 呈 示 し た ２ つ の 点 が 同 じ 位 置 で あ る か 否 か を 判 断 さ せ る 方 法 で あ る ．こ の 結 果 は+点 弁 別 能 の 値 と 高 い 相 関 を 示 す．だ が 値 と し て は よ り 小 さ く な る ．例 え ば 指 先 で は!/，前 額 部 で は/，背 中 で は!+/ほ ど の 値 で あ る;+7<．
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
1 2 3 4
% ++ 4 3 3 ,5
-触 覚 の 空 間 分 解 能 の 特 徴 は ，場 所 に よ り 感 度 が はっき り と 異 な る こ と で あ る ．空 間 的 鋭 敏 さ は 指 先 で 最 大 で ，手 首 に 向 か う に つ れ て 低 下 す る ．例 え ば 指 先 で の+点 弁 別 能 は+，手 掌 で は!"程 で あ る ．こ の 感 度 傾 斜 は
%('お よ び5('受 容 器 の 密 度 に よ る も の と 考 え ら れ る ．%('と5('ユ ニッ ト は ど ち ら か と い え ば 一 様 に 分 布 し て い る ．%('お よ び5('の 密 度 と 空 間 分 解 能 を 比 較 す る と ，両 者 は 指 先 で 最 大 で あ り，手 首 に 向 かって 最 小 と な る な ど よ く 対 応 し て い る ．例 え ば 指 先 で は ，%('と5('の 密 度 は そ れ ぞ れ ，
!1"
，7"で あ る ．受 容 野 の 中 心 を 一 様 に 並 べ た と す る と ，中 心 間 の 距 離 は そ れ ぞ れ"9と!2と な る ．手 掌 部 で 同 様 な 計 算 を 行 う と そ れ ぞ れ++と20と な る;+1<．