Investigating interocclusal perception in tactile teeth sensibility using symmetric and asymmetric analysis

The purpose of this clinical trial was to determine the active tactile sensibility of natural teeth and to obtain a statistical analysis method fitting a psychometric function through the observed data points. On 68 complete dentulous test persons (34 males, 34 females, mean age 45.9 ± 16.1 years), one pair of healthy natural teeth each was tested: n = 24 anterior teeth and n = 44 posterior teeth. The computer-assisted, randomized measurement was done by having the subjects bite on thin copper foils of different thickness (5-200 µm) inserted between the teeth. The threshold of active tactile sensibility was defined by the 50% value of correct answers. Additionally, the gradient of the sensibility curve and the support area (90-10% value) as a description of the shape of the sensibility curve were calculated. For modeling the sensibility curve, symmetric and asymmetric functions were used. The mean sensibility threshold was 14.2 ± 12.1 µm. The older the subject, the higher the tactile threshold (r = 0.42, p = 0.0006). The support area was 41.8 ± 43.3 µm. The higher the 50% threshold, the smaller the gradient of the curve and the larger the support area. The curves showing the active tactile sensibility of natural teeth demonstrate a tendency towards asymmetry, so that the active tactile sensibility of natural teeth can mathematically best be described by using the asymmetric Weibull function.

Integrating visual and tactile information in the perirhinal cortex

By virtue of its widespread afferent projections, perirhinal cortex is thought to bind polymodal information into abstract object-level representations. Consistent with this proposal, deficits in cross-modal integration have been reported after perirhinal lesions in nonhuman primates. It is therefore surprising that imaging studies of humans have not observed perirhinal activation during visual-tactile object matching. Critically, however, these studies did not differentiate between congruent and incongruent trials. This is important because successful integration can only occur when polymodal information indicates a single object (congruent) rather than different objects (incongruent). We scanned neurologically intact individuals using functional magnetic resonance imaging (fMRI) while they matched shapes. We found higher perirhinal activation bilaterally for cross-modal (visual-tactile) than unimodal (visual-visual or tactile-tactile) matching, but only when visual and tactile attributes were congruent. Our results demonstrate that the human perirhinal cortex is involved in cross-modal, visual-tactile, integration and, thus, indicate a functional homology between human and monkey perirhinal cortices.

Attenuation of self-generated tactile sensations is predictive, not postdictive.

When one finger touches the other, the resulting tactile sensation is perceived as weaker than the same stimulus externally imposed. This attenuation of sensation could result from a predictive process that subtracts the expected sensory consequences of the action, or from a postdictive process that alters the perception of sensations that are judged after the event to be self-generated. In this study we observe attenuation even when the fingers unexpectedly fail to make contact, supporting a predictive process. This predictive attenuation of self-generated sensation may have evolved to enhance the perception of sensations with an external cause.

Tactile Sensing for Mechatronics: A State of the Art Survey

Lee M.H. and Nicholls H.R., Tactile Sensing for Mechatronics: A State of the Art Survey, Mechatronics, 9, Jan 1999, pp1-31.

The roles of the somatosensory cortices in the perception of noxious and innocuous stimuli

Résumé Les premières études électrophysiologiques et anatomiques ont établi le rôle crucial du cortex somatosensoriel primaire et secondaire (SI et SII) dans le traitement de l'information somatosensorielle. Toutefois, les récentes avancées en techniques d’imagerie cérébrale ont mis en question leur rôle dans la perception somatosensorielle. La réorganisation du cortex somatosensoriel est un phénomène qui a été proposé comme cause de la douleur du membre fantôme chez les individus amputés. Comme la plupart des études se sont concentrées sur le rôle du SI, une étude plus approfondie est nécessaire. La présente série d'expériences implique une exploration du rôle des régions somatosensorielles dans la perception des stimuli douleureux et non-douleureux chez des volontaires sains et patients avec des douleurs de membre fantôme. La première étude expérimentale présentée dans le chapitre 3 est une méta-analyse des études de neuro-imagerie employant des stimuli nociceptifs chez des volontaires sains. En comparaison aux précédentes, la présente étude permet la génération de cartes quantitatives probabilistes permettant la localisation des régions activées en réponse à des stimuli nociceptifs. Le rôle du cortex somatosensoriel dans la perception consciente de stimuli chauds a été étudié dans le chapitre 4 grâce à une étude d'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle, dans laquelle des stimuli thermiques douloureux et non-douloureux ont été administrés de manière contrebalancée. Grâce à cette procédure, la perception de la chaleur fut atténuée par les stimuli douloureux, ce qui permit la comparaison des stimuli consciemment perçus avec ceux qui ne le furent pas. Les résultats ont montrés que les stimulations chaudes perçues ont engendré l’activation de l’aire SI controlatérale, ainsi que de la région SII. Grâce à l’évaluation clinique de patients amputés présentant une altération de leurs perceptions somatosensorielles, il est également possible de dessiner un aperçu des régions corticales qui sous-tendent ces modifications perceptuelles. Dans le chapitre 5 nous avons émis l'hypothèse proposant que les sensations du membre fantôme représentent un corrélat perceptuel de la réorganisation somatotopique des représentations sensorielles corticales. En effet, la réorganisation des sensations peut donner des indices sur les régions impliquées dans la genèse des sensations référées. Ainsi, un protocole d’évaluation sensoriel a été administré à un groupe de patients affligés de douleur au niveau du membre fantôme. Les résultats ont montré que, contrairement aux études précédentes, les sensations diffèrent grandement selon le type et l'intensité des stimuli tactiles, sans évidence de la présence d’un modèle spatialement localisé. Toutefois, les résultats actuels suggèrent que les régions corticales à champs récepteurs bilatéraux présentent également des modifications en réponse à une déafférentation. Ces études présentent une nouvelle image des régions corticales impliquées dans la perception des stimuli somatosensoriels, lesquelles comprennent les aires SI et SII, ainsi que l'insula. Les résultats sont pertinents à notre compréhension des corrélats neurologiques de la perception somatosensorielle consciente.

L’inconscient tactile, ou, Les échos de la chair dans l’image

Dans la présente thèse, nous cherchons à comprendre comment l’image peut éclairer les questions de survivance et de transmission des traces psychiques et culturelles, à travers la notion d’un inconscient tactile. L’image n’est pas seulement simulacre, elle est présence porteuse de la trace psychique, de l’empreinte du réel, présentée à la perception pour en permettre la connaissance. Cette approche de l’image permet de mettre en lumière et d’expérimenter le lien qui existe entre mémoire et sensation, lorsque se dessine l’aptitude de l’image à conserver les traces vives d’une modification plastique imprimée dans la matière et à raviver la charge sensorielle du souvenir. Au fond de l’image, c’est principalement la persistance d’un inconscient, dans sa dimension tactile, que nous explorons. L’étude de ce médium capable d’actualiser l’inconscient tactile devient aussi une occasion, un prétexte, pour articuler une compréhension du point de contact où l’individu se relie à ses semblables et où il entre dans la vie de relation. Nous examinons donc comment l’image occupe une fonction carrefour entre le phénomène de la représentation et celui de la présentation, puis comment le mouvement de l’image vers la matière brute du souvenir fait d’elle un vecteur de plasticité psychique, de remaniement des traces et de créativité. Par ailleurs, nous suggérons que l’appareil perceptuel de l’homme, qui le rend capable d’être ému et sensible à une image artistique, de se laisser toucher par la présence tangible d’une œuvre, est le même qui permet que l’homme s’identifie à son semblable et éprouve de l’empathie à son égard. En ce sens, un parallèle est tracé entre le travail de l’image et le travail de culture. La façon dont certaines formes d’art contemporain s’appliquent à jouer avec les modalités du sensible est cependant aussi soumise à des limites qui sont inhérentes à la matière, comme nous le démontrons dans une réflexion sur les avatars d’une certaine postmodernité.

Perception de la vitesse : les bases psychophysiques et neuronales

David Katz a fait l’observation que le mouvement entre la peau et l’objet est aussi important pour le sens du toucher que la lumière l’est pour la vision. Un stimulus tactile déplacé sur la peau active toutes les afférences cutanées. Les signaux résultants sont très complexes, covariant avec différents facteurs dont la vitesse, mais aussi la texture, la forme et la force. Cette thèse explore la capacité des humains à estimer la vitesse et la rugosité de surfaces en mouvements. Les bases neuronales de la vitesse tactile sont aussi étudiées en effectuant des enregistrements unitaires dans le cortex somatosensoriel primaire (S1) du singe éveillé. Dans la première expérience, nous avons montré que les sujets peuvent estimer la vitesse tactile (gamme de vitesses, 30 à 105 mm/s) de surfaces déplacées sous le doigt, et ceci sans indice de durée. Mais la structure des surfaces était essentielle (difficulté à estimer la vitesse d’une surface lisse). Les caractéristiques physiques des surfaces avaient une influence sur l’intensité subjective de la vitesse. La surface plus rugueuse (8 mm d’espacement entre les points en relief) semblait se déplacer 15% plus lentement que les surfaces moins rugueuses (de 2 et 3 mm d’espacement), pour les surfaces périodiques et non périodiques (rangées de points vs disposition aléatoire). L’effet de la texture sur la vitesse peut être réduit en un continuum monotonique quand les estimés sont normalisés avec l’espacement et présentés en fonction de la fréquence temporelle (vitesse/espacement). L'absence de changement des estimés de vitesse entre les surfaces périodiques et non périodiques suggère que les estimés de rugosité devraient aussi être indépendants de la disposition des points. Dans la deuxième expérience, et tel que prévu, une équivalence perceptuelle entre les deux séries de surfaces est obtenue quand les estimés de la rugosité sont exprimés en fonction de l'espacement moyen entre les points en relief, dans le sens de l'exploration. La troisième expérience consistait à rechercher des neurones du S1 qui pourraient expliquer l’intensité subjective de la vitesse tactile. L’hypothèse est que les neurones impliqués devraient être sensibles à la vitesse tactile (40 à 105 mm/s) et à l’espacement des points (2 à 8 mm) mais être indépendants de leur disposition (périodique vs non périodique). De plus, il est attendu que la fonction neurométrique (fréquence de décharge/espacement en fonction de la fréquence temporelle) montre une augmentation monotonique. Une grande proportion des cellules était sensible à la vitesse (76/119), et 82% d’entres elles étaient aussi sensibles à la texture. La sensibilité à la vitesse a été observée dans les trois aires du S1 (3b, 1 et 2). La grande majorité de cellules sensibles à la vitesse, 94%, avait une relation monotonique entre leur décharge et la fréquence temporelle, tel qu’attendu, et ce surtout dans les aires 1 et 2. Ces neurones pourraient donc expliquer la capacité des sujets à estimer la vitesse tactile de surfaces texturées.

Les effets de la stimulation électrique transcrânienne à courant direct appliquée au cortex somatosensoriel primaire sur la perception vibrotactile

La stimulation électrique transcrânienne à courant direct (tDCS) est une technique non invasive de neuromodulation qui modifie l’excitabilité corticale via deux grosses électrodes de surface. Les effets dépendent de la polarité du courant, anodique = augmentation de l’excitabilité corticale et cathodique = diminution. Chez l’humain, il n’existe pas de consensus sur des effets de la tDCS appliquée au cortex somatosensoriel primaire (S1) sur la perception somesthésique. Nous avons étudié la perception vibrotactile (20 Hz, amplitudes variées) sur le majeur avant, pendant et après la tDCS appliquée au S1 controlatéral (anodale, a; cathodale, c; sham, s). Notre hypothèse « shift-gain » a prédit une diminution des seuils de détection et de discrimination pour la tDCS-a (déplacement vers la gauche de la courbe stimulus-réponse et une augmentation de sa pente). On attendait les effets opposés avec la tDCS-c, soit une augmentation des seuils (déplacement à droite et diminution de la pente). Chez la majorité des participants, des diminutions des seuils ont été observées pendant et immédiatement suivant la tDCS-a (1 mA, 20 min) en comparaison à la stimulation sham. Les effets n’étaient plus présents 30 min plus tard. Une diminution du seuil de discrimination a également été observée pendant, mais non après la tDCS-c (aucun effet pour détection). Nos résultats supportent notre hypothèse, uniquement pour la tDCS-a. Une suite logique serait d’étudier si des séances répétées de tDCS-a mènent à des améliorations durables sur la perception tactile. Ceci serait bénéfique pour la réadaptation sensorielle (ex. suite à un accident vasculaire cérébral).

Methods of sensory augmentation through electro-tactile stimulation of the tongue

This paper details an investigation into sensory substitution by means of direct electrical stimulation of the tongue for the purpose of information input to the human brain. In particular, a device has been constructed and a series of trials have been performed in order to demonstrate the efficacy and performance of an electro-tactile array mounted onto the tongue surface for the purpose of sensory augmentation. Tests have shown that by using a low resolution array a computer-human feedback loop can be successfully implemented by humans in order to complete tasks such as object tracking, surface shape identification and shape recognition with no training or prior experience with the device. Comparisons of this technique have been made with visual alternatives and these show that the tongue based tactile array can match such methods in convenience and accuracy in performing simple tasks.

Seeing and identifying with a virtual body decreases pain perception

Pain and the conscious mind (or the self) are experienced in our body. Both are intimately linked to the subjective quality of conscious experience. Here, we used virtual reality technology and visuo-tactile conflicts in healthy subjects to test whether experimentally induced changes of bodily self-consciousness (self-location; self-identification) lead to changes in pain perception. We found that visuo-tactile stroking of a virtual body but not of a control object led to increased pressure pain thresholds and self-location. This increase was not modulated by the synchrony of stroking as predicted based on earlier work. This differed for self-identification where we found as predicted that synchrony of stroking increased self-identification with the virtual body (but not a control object), and positively correlated with an increase in pain thresholds. We discuss the functional mechanisms of self-identification, self-location, and the visual perception of human bodies with respect to pain perception.

Tactile sensibility of single-tooth implants and natural teeth

AIM: The purpose of this randomized split-mouth clinical trial was to determine the active tactile sensibility between single-tooth implants and opposing natural teeth and to compare it with the tactile sensibility of pairs of natural teeth on the contralateral side in the same mouth (intraindividual comparison). MATERIAL AND METHODS: The hypothesis was that the active tactile sensibilities of the implant side and control side are equivalent. Sixty two subjects (n=36 from Bonn, n=26 from Bern) with single-tooth implants (22 anterior and 40 posterior dental implants) were asked to bite on narrow copper foil strips varying in thickness (5-200 microm) and to decide whether or not they were able to identify a foreign body between their teeth. Active tactile sensibility was defined as the 50% threshold of correct answers estimated by means of the Weibull distribution. RESULTS: The results obtained for the interocclusal perception sensibility differed between subjects far more than they differed between natural teeth and implants in the same individual [implant/natural tooth: 16.7+/-11.3 microm (0.6-53.1 microm); natural tooth/natural tooth: 14.3+/-10.6 microm (0.5-68.2 microm)]. The intraindividual differences only amounted to a mean value of 2.4+/-9.4 microm (-15.1 to 27.5 microm). The result of our statistical calculations showed that the active tactile sensibility of single-tooth implants, both in the anterior and posterior region of the mouth, in combination with a natural opposing tooth is similar to that of pairs of opposing natural teeth (double t-test, equivalence margin: +/-8 microm, P<0.001, power >80%). Hence, the implants could be integrated in the stomatognathic control circuit.

Being Moved by the Self and Others: Influence of Empathy on Self-Motion Perception

BACKGROUND: The observation of conspecifics influences our bodily perceptions and actions: Contagious yawning, contagious itching, or empathy for pain, are all examples of mechanisms based on resonance between our own body and others. While there is evidence for the involvement of the mirror neuron system in the processing of motor, auditory and tactile information, it has not yet been associated with the perception of self-motion. METHODOLOGY/PRINCIPAL FINDINGS: We investigated whether viewing our own body, the body of another, and an object in motion influences self-motion perception. We found a visual-vestibular congruency effect for self-motion perception when observing self and object motion, and a reduction in this effect when observing someone else's body motion. The congruency effect was correlated with empathy scores, revealing the importance of empathy in mirroring mechanisms. CONCLUSIONS/SIGNIFICANCE: The data show that vestibular perception is modulated by agent-specific mirroring mechanisms. The observation of conspecifics in motion is an essential component of social life, and self-motion perception is crucial for the distinction between the self and the other. Finally, our results hint at the presence of a "vestibular mirror neuron system".

L'interactivité tactile et la compréhension de l'objet virtuel : utilisation potentielle de l'interface haptique en design industriel

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

L'interactivité tactile et la compréhension de l'objet virtuel : utilisation potentielle de l'interface haptique en design industriel

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.