功能磁共振成像技術在織物刺激腦感知中的研究進展

翟淑娜 婁琳 王其才 苑潔

摘 要：針對織物舒適度領域中大腦感知機制尚不明確的問題，功能磁共振成像技術憑借其超高的空間分辨率在織物刺激腦感知表征領域表現(xiàn)出良好的技術優(yōu)勢。根據織物刺激的感知過程以及功能磁共振成像技術的表征原理，總結來自織物觸覺刺激、視覺刺激、視-觸覺跨模式刺激的大腦感知規(guī)律，并提出將此技術深入運用于腦感知表征研究時需要突破的一些難題和方向，期待以其客觀、即時的優(yōu)勢為構建織物舒適度腦感知理論體系和滿足紡織服裝產品設計舒適性要求提供新思路與新方法。

關鍵詞：舒適度；腦感知；功能磁共振成像；觸覺；視覺

中圖分類號：TS941.19

文獻標志碼：A

文章編號：1009-265X（2023）03-0274-11

基金項目：國家自然科學基金項目（52003245）；浙江省自然科學基金項目（LQ18E030007）；先進紡織材料與制備技術教育部重點實驗室和浙江省纖維材料和加工技術研究重點實驗室（浙江理工大學）開放基金項目（2019QN05）；浙江省教育廳一般科研項目項目（113129A4F21075）；浙江理工大學科研啟動基金項目（11313132612042）

作者簡介：翟淑娜（1997—），女，山東臨沂人，碩士研究生，主要從事織物壓力舒適度腦感知方面的研究。

通信作者：苑潔，E-mail：yuanjie@zstu.edu.cn

關于織物舒適度的表征技術，傳統(tǒng)的心理評價雖然簡便易行，但存在個體差異、隨機性、不穩(wěn)定性、不能實現(xiàn)感知評價定量化的缺陷。而以物理機械信號與主觀評價規(guī)律形成對織物舒適度的物理評價，雖以數(shù)據為基礎，但評價的對象卻是織物，而非感知的主體——人體。隨著醫(yī)學生物技術的不斷發(fā)展和跨學科滲透，生理學評價應運而生。在織物多種刺激作用下，對人體的心率［1］、皮膚溫度［2］、血流量［3］、等生理特征與人體舒適度感知的關系進行了大量的研究。其中，腦電圖［4］（Electroencephalography，EEG）、事件相關電位技術［5］（Event-related potentials，ERPs）和功能磁共振成像技術［6］（functional Megnetic resonace imaging，fMRI）均可用于探究在織物舒適度的腦感知研究。EEG的某些節(jié)律可以有效評價人體穿著紡織品的舒適性狀態(tài)，例如α 波比例差值與織物的舒適感知呈正相關［7］，而 β 波、θ波、δ波與大腦的緊張不適感知有關［4，8］。除此之外，基于EEG 技術的絲織物觸感試驗證明，β波越大，織物的接觸冷暖感越強，而θ、α波越大，刺癢感越?。?］。在ERPs技術監(jiān)測下，誘發(fā)電位成分P50、P100、P200、P300可作為腦生理反應指標表征織物輕微觸感刺激［5， 10-13］，P300、N450表征織物接觸壓力刺激［14］，P100、N100、P200、N200、P300表征織物視覺刺激［15-18］。兩種技術在研究中都表現(xiàn)出了百微秒級超高時間分辨率的優(yōu)勢，但由于受限于顱骨不勻且有個體差異、容積導體效應以及腦電源間電場開放性的差異，其空間分辨率均較低，遠不及fMRI技術，只是定性地表達織物舒適程度，尚未實現(xiàn)舒適度表征的定量化。

相較而言，fMRI技術是目前可實現(xiàn)織物舒適度原位表征的最優(yōu)方法。故此，本文以fMRI技術的表征原理為基礎，從織物觸覺刺激、視覺刺激、視覺-觸覺跨刺激3個領域出發(fā)，綜述fMRI技術的織物刺激腦感知研究現(xiàn)狀，提出此技術目前需要突破的方向，期待以其客觀、精準的優(yōu)勢為織物舒適度腦感知理論體系和評價標準的研究突破提供新的契機。

1 fMRI技術表征原理

fMRI技術可以對織物觸覺、視覺、視覺-觸覺跨模式刺激相關的激活腦區(qū)進行有效的實時監(jiān)測，可以精準地捕捉刺激過程中人體產生的心理、生理變化。基于血氧水平依賴信號（Blood oxygenation level dependent，BOLD）的功能磁共振成像技術是以新陳代謝的血液動力學方法為基礎的［19］。大腦在各種不同刺激下某區(qū)域的神經激活時，局部腦組織血流量、血流容積以及血氧消耗均會增加，但大腦中的血氧消耗量僅輕微增加，導致血流量增加程度超出了氧耗量的增加程度，最終導致腦激活功能區(qū)的靜脈血氧濃度升高［20］，所以氧合血紅蛋白（逆磁性物質）含量增加，脫氧血紅蛋白（順磁性物質）相對減少，從而表現(xiàn)為弱信號，其濃度越低，宏觀磁共振信號強度降低幅度越大，而組織的磁共振信號強度則會上升，從而產生BOLD效應，BOLD信號增加，激活腦區(qū)最終在磁共振圖像上呈現(xiàn)為亮信號［21-22］?；趂MRI的織物刺激腦感知表征原理如圖1所示。

首先，常用的fMRI實驗序列由任務刺激狀態(tài)和靜息狀態(tài)兩部分組成，在設計的實驗序列中，人體感官受到織物材料或單纖維的觸覺和視覺單模式以及視-觸覺跨模式這類特定刺激后，各效應器接收刺激信號經脊神經傳入脊髓后到達大腦皮層中的神經細胞，神經系統(tǒng)會對織物材料的各種刺激產生大腦反應的BOLD，由1.5 T至3 T的標準頭顱線圈醫(yī)用磁共振系統(tǒng)監(jiān)測特定磁場中的脈沖信號變化，并采集受試者的腦部結構圖像和功能圖像［21-22］。

其次，在數(shù)據預處理階段，利用以MATLAB為載體的SPM12（Statistical parametric mapping）插件，其可以完成 fMRI 數(shù)據的預處理、統(tǒng)計分析、結果報表及可視化查看、計算大腦特定功能區(qū)的功能連接，以及數(shù)據處理效果檢查等其他功能。MRIConvert可以將原始的 DICOM 格式轉化成SPM 軟件可使用的 NIFTI 格式，DPARSF可以進行數(shù)據預處理的批量操作。具體操作為，首先將采集到的功能成像進行頭動校正，利用最小二乘法原理和六參數(shù)包括三維平移和三維旋轉剛體模型的空間變換，即：先把時間序列內的除第一組全腦圖像之外的其他全腦圖像都通過匹配算法做剛性旋轉到第一組全腦圖像的位置，后用內插算法來對每個像素進行重采樣［23］。其次將經過頭動校正的平均大腦進行標準化，將平均大腦與結構像配準，實現(xiàn)功能圖像與結構圖像的空間對齊，得到校正后的完整大腦成像；考慮到人體大腦的個體差異性，將所有被試的結構大腦均先分割成灰質、白質和腦脊液，生成灰質和白質圖像，過程中將被試的大腦結構空間與標準大腦空間進行對應，得到兩個大腦結構空間相互轉換的矩陣，利用轉化矩陣，將被試的功能圖像再配準到標準空間，轉換成標準大腦，實現(xiàn)功能圖像的標準化以便進行成像比對，為保證結果的準確性，在分割和標準化過程中使用基于李代數(shù)的微分解剖配準方法［24］。最后利用高斯核濾波器對三維的功能圖像卷積，進行空間平滑［25］，抑制生理噪聲，完成腦成像的預處理。在統(tǒng)計分析階段，根據實驗設計的刺激方案建立一般線性模型，如式1所示，對模型中的參數(shù)即回歸系數(shù)β用約束最大似然法進行估計，如果回歸系數(shù)β顯著不為零，則表明此體素的時間序列與該刺激任務顯著相關，將以激活的形式顯示到最終的大腦反應結果圖中。即，用被試在刺激任務階段與靜息階段的BOLD 信號相減，得到被試受刺激時大腦反應的變化情況，給其設定合適的激活閾值，得到最終的大腦激活結果。后推斷與刺激相關的大腦結構和功能區(qū)信息。再對多個被試的數(shù)據結果進行多種方法的統(tǒng)計分析處理，如單樣本t檢驗、雙樣本t檢驗、方差分析、多元回歸分析、全因子分析等，后進行多重比較校驗，其中最常用的就是FDR（False discovery rate）和FWE（Family wise error）［23］。

式中：Y指實驗中利用 fMRI 同步掃描被試的大腦，檢測到的被試真實的BOLD信號；X指根據BOLD原理假設的由于被試在實驗中受到刺激而產生的理想的BOLD信號，是實驗中操作的時間點序列與被試大腦的血液動力學響應函數(shù)進行卷積之后產生的矩陣； ε指誤差。

最后，在數(shù)據可視化階段，可使用直接基于 Windows 操作系統(tǒng)的單獨的軟件程序如：DPABI（Data processing & analysis of brain imaging）、Xjview、Marsbar以及Anatomy 等軟件對大腦成像進行可視化操作，通過探索刺激信號與腦激活信號之間的變化規(guī)律完成織物舒適度的大腦原位感知表征。數(shù)據表達形式多樣化，不僅可通過腦成像激活切片圖、激活切片三視圖（如圖2所示）、三維立體腦圖（如圖1右下角所示）直觀多面顯示觀測，而且還可精確計算大腦響應位置、激活強度、激活占比以及腦區(qū)間功能連接協(xié)作情況［26］等一系列變化。正激活是指執(zhí)行刺激任務時該腦區(qū)內相對于靜息狀態(tài)的局域腦血流升高，局域腦受到神經促進，表達為感覺舒適。刺激作用下的BOLD信號小于靜息狀態(tài)下的BOLD信號，供氧與耗氧不平衡，表現(xiàn)為負激活，代表感覺不舒適。激活強度越大，代表激活腦區(qū)的舒適或不舒適感覺越強；激活占比越大，代表激活腦區(qū)的范圍越大，功能連接越強；功能連接越強，代表激活腦區(qū)之間的聯(lián)系越密切［6］。SPM激活報表法確定激活點峰值強度以及激活體素個數(shù)，自動解剖標記圖譜法（Automated anatomical labeling，AAL）［27-28］顯示各激活點解剖學結構定位，利用DPABI將峰值點坐標輸入，即可顯示該點所在的確切功能腦區(qū)定位，Xjview可以進一步明確該激活團塊所在蒙版腦區(qū)定位，這些軟件均可以具體了解、檢查和修正激活點功能區(qū)位置信息，Marsbar和Anatomy可以進行感興趣區(qū)分析來表征大腦注意力和織物特定刺激之間的相關關系。圖1中右下角圖是以人體腋中線為中線將腦區(qū)分為前側的腹側面和后側的背側面。由上至下由左至右依次分別為左腦外側、腦背側、右腦外側、左腦內側、腦腹側、右腦內側、腦前側、腦后側，實現(xiàn)多維顯示腦區(qū)激活情況。圖2以大腦中前與中正交叉點為坐標原點，從大腦左側向右側延伸為X方向，由大腦后側向前側延伸為Y方向，由大腦下側至上側為Z方向建立三維坐標軸，將人體大腦定位［29］。圖2從左至右依次為從左向右側投射的大腦矢狀圖、從后向前投射的冠狀圖、從上向下投射的橫狀圖，同樣以不同色度代表激活強度，可以從3個方向直觀定位同一腦區(qū)的激活情況［6］。

2 基于fMRI的織物單模式刺激腦感知研究

目前，基于fMRI技術的材料或織物刺激主要涉及觸覺刺激、視覺刺激和視覺-觸覺跨模式刺激3個方面。

2.1 基于fMRI的織物觸覺刺激腦感知研究

根據織物接觸人體皮膚作用面積和作用力的不同，來自織物觸覺的刺激可劃分為輕微觸感刺激和接觸壓力刺激兩類?？椢镙p微觸感舒適度是指皮膚受到外加織物的微力和點作用時，織物表面性能對人體心理生理產生的觸感［30］。織物接觸壓力舒適度是指織物包覆人體局部或整體皮膚面積，在作用時間和壓力后產生的舒適感覺范圍，主要表達對皮膚所涉及的神經系統(tǒng)和血液循環(huán)系統(tǒng)擠、壓、阻礙所產生的不適感［31］。另外基于fMRI的觸覺短時記憶（Tactile short-term memory，TSTM）研究也是探索織物觸覺刺激的一個重要角度。

2.1.1 基于fMRI的織物輕微觸感刺激腦感知研究

基于fMRI的輕微觸感刺激腦感知研究主要涉及粗糙感、黏著感、柔軟感和刺癢感，主要會引起軀體感覺皮層和運動皮層的激活以及腦區(qū)間功能連接的變化。

關于粗糙感，Wang等［27-28］運用SPM12和MRIcro軟件進行數(shù)據預處理，利用AAL和布羅德曼功能圖（Brodmann′s area maps，BA）對手指主動觸摸絲綢和亞麻織物時的激活腦區(qū)進行研究。所謂布羅德曼功能圖，是1909年德國神經學家Korbinian Brodmann使用尼氏細胞染色法得到的以神經元細胞結構組織為基礎的大腦分區(qū)，不同的腦區(qū)對應不同的大腦機能，分別用數(shù)字表示，共劃分為52個腦區(qū)［32］。研究結果表明不同粗糙度的織物接觸刺激會激活不同的腦區(qū)，主要分布在軀體感覺皮層，軀體感覺皮層包括初級感覺皮層（Primary somatosensory cortex，SI）和次級感覺皮層（Secondary somatosensory cortex，SII）。其中，BA3區(qū)、BA1區(qū)、BA2區(qū)、AAL81區(qū)屬于SI，BA40區(qū)、BA43區(qū)、BA48區(qū)、AAL92區(qū)屬于SII。亞麻觸覺刺激引起的AAL81、BA1、BA40區(qū)的最大激活強度均大于絲綢，而絲綢觸覺刺激引起的BA2區(qū)和BA3區(qū)的激活強度和激活占比均大于亞麻，說明前者與接觸粗糙感有關，而后者與接觸光滑感有關。Yuan等［33］運用Marsbar 和Anatomy軟件計算腦區(qū)的信號變化百分比 （Percent signal change， PSC）表征大腦注意力與織物表面粗糙度之間的相關關系，PSC越大，代表該腦區(qū)對該刺激的關注度越。隨著無骨緊身胸衣的表面逐漸由光滑到中等粗糙再轉變?yōu)榇植?，出現(xiàn)最大PSC的腦區(qū)逐漸從SI 中的BA3區(qū)過渡到BA1區(qū)，最終轉移至SII中的深層皮質頂葉島蓋。此外，對天鵝絨的實際觸感和手感錯覺都會激活SI［34］，且BA3區(qū)的激活強度與錯覺強度呈正相關，驗證了SI與光滑感知有關。而觸摸舒適感差的平角紋理會同時引起SI、SII和運動皮層的負激活［11］，說明接觸粗糙感知與SI、SII和運動皮層有關。除了腦區(qū)的激活外，觸覺刺激也會引起腦區(qū)之間功能連接的變化。Rajaei 等［35］運用SPM12和CONN軟件通過心理生理交互作用分析方法發(fā)現(xiàn)觸覺錯覺強度會調節(jié)左側SI中的BA3區(qū)與SII中頂葉蓋、頂上小葉、中央前回、腦島和小腦這類高階體感皮質之間的功能連接。

關于黏著感，文獻［27-28］研究發(fā)現(xiàn)黏著感織物觸覺刺激時，運動皮層中的BA6區(qū)和AAL83區(qū)和感覺皮層中的BA1、BA43、BA48區(qū)會出現(xiàn)不同程度的正激活，而且織物黏著表面接觸刺激會使中央后回、中央前回、頂內溝等軀體感覺皮層和輔助運動腦區(qū)產生一定程度的功能連接［36］。Yeon等［30］發(fā)現(xiàn)黏著感會激活同側背外側前額葉皮層和區(qū)分黏性細微知覺的大腦區(qū)域，主要包括皮質區(qū)域和皮質下區(qū)域，且與黏性強度呈正相關。即，SI中的 BA1區(qū)、SII 中的BA43區(qū)和BA48區(qū)、運動皮層中的BA6和AAL83以及輔助運動區(qū)與黏著感相關。

關于柔軟感，Wang等［37-38］發(fā)現(xiàn)用無毛皮膚主動觸摸柔軟的絲綢時，SI、SII和運動皮層均出現(xiàn)大量激活，且最大激活腦區(qū)位于左腦SI的BA2區(qū)，用有毛皮膚主動觸摸柔軟的絲綢時，最大激活腦區(qū)位于后島葉，這可能與島葉的AAL60反映觸摸皮膚引發(fā)的愉快情緒高度相關［27］。另外Wang等［39］還運用Marsbar 和Anatomy對比研究用手指主動接觸兩種絲綢和亞麻所產生的PSC，發(fā)現(xiàn)了在觸摸絲綢時SI和頂葉島蓋的PSC明顯高于觸摸亞麻的PSC。2019年，Kitada等［40］也發(fā)現(xiàn)頂葉蓋、島葉的激活與材料柔軟度呈正相關，且這些腦區(qū)與SI、頂后小葉和枕葉皮質構成了觸覺柔軟知覺大腦網絡的重要節(jié)點。即，SI、SII產生更多的感官或辨別信息，島葉則處理情感觸摸信息。

關于刺癢感，Wang等［41］在運用單纖維刺激前臂掌側產生刺癢感的研究中發(fā)現(xiàn)，SI、SII、運動皮層、島葉、邊緣葉、視覺皮層、聽覺皮層均有明顯的激活，其中SI、視聽覺皮層中的梭狀回和運動皮層中的小腦激活程度較高，這可能與單纖維刺癢刺激會使受試者回憶痛感并控制身體運動有關。

總結以上研究發(fā)現(xiàn)，SI參與觸覺信息處理，雖與薄感、柔軟感、光滑感、粗糙感、黏著感等都有關，但按特征腦區(qū)激活強度和激活占比的大小，SI更與光滑感、柔軟感緊密相關，另外SI與頂葉蓋、頂上小葉、中央前回、腦島、丘腦、邊緣上回這類高階體感皮質相互作用實現(xiàn)有意識紋理觸覺感知，是材料表面觸感的下方大腦網絡關鍵節(jié)點。SII參與觸覺加工并產生感知或辨別性知覺，SII和運動皮層與粗糙感、黏著感、表面紋理精細感相關。而刺癢感激活軀體感覺皮層、運動皮層、情緒腦區(qū)、視覺聽覺皮層，屬于一種多維觸感。

2.1.2 基于fMRI的織物接觸壓力刺激腦感知研究

基于fMRI的織物接觸壓力刺激腦感知研究主要是探索感知織物漸增壓力的特征腦區(qū)方面。

在感知織物壓力舒適度的特征腦區(qū)方面，Yuan等［42］運用SPM12、DPABI、Xjview軟件分析數(shù)據，對人體腰腹部施加漸增織物壓力刺激時發(fā)現(xiàn)，織物舒適接觸壓力刺激時，右側SII腦血流升高，局域腦受到神經促進，感覺舒適，出現(xiàn)正激活，且腦島與楔前葉的功能連接增強，舒適感知增加；而低于和高于織物舒適壓時，SI和杏仁核腦區(qū)都會產生負激活，不同的是前者耗氧量過大，對SI的神經抑制作用明顯，后者造成供氧量不足，對杏仁核的神經抑制作用更為顯著，即隨壓力增加，負激活強度最大的腦區(qū)從SI轉移到杏仁核，且負激活范圍增加，負激活強度降低。而在腦區(qū)所含神經方面，右側SII抑制疼痛，并且有毛皮膚的舒適感知由A-β傳入神經興奮性在軀體感覺皮層處理；SI反映疼痛，過于輕微的織物觸壓也會在大腦中產生不適感，這種不適感很可能是由織物表面的宏觀幾何特性引起的；杏仁核含有疼痛情緒神經元，參與疼痛感知，SI和SII傷害性信息都在杏仁核處理結束。

總結發(fā)現(xiàn)，右側SII是織物舒適壓力的感知腦區(qū)，SI對面料宏觀表面觸覺感知具有顯著向下調節(jié)作用，杏仁核是與織物壓迫知覺相關的特征腦區(qū)?？傊?，軀體感覺皮層、運動皮層和情緒功能區(qū)相互作用形成觸覺刺激信息。

2.1.3 基于fMRI的織物觸覺短時記憶腦感知研究

TSTM是將感知到的有限數(shù)量的觸覺刺激在短時間內保留下來的一種能力，決定人對一定數(shù)量觸覺信息的準確感知［43］?；趂MRI的織物觸覺短時記憶腦感知研究較少，研究主要集中在探索振動TSTM特性以及短時記憶對觸覺感知的影響。

童新宇等［43］發(fā)現(xiàn)手指振動觸覺記憶容量略高于手腕部振動觸覺記憶容量，但低于視覺記憶容量，振動強度離散間隔越大，則振動觸覺記憶容量越大，振動持續(xù)時間過長或過短都會導致振動記憶容量減少，男性最佳持續(xù)時間為400 ms，女性為 300 ms，振動刺激序列按強度遞增或遞減的順序排列比混亂順序時更容易記憶，振動刺激系列越長，再認正確率越低，反應時間越長。Zhang等［44］采用主觀評價法對11種面料的厚度進行觸覺感官評價序列實驗，發(fā)現(xiàn)在感官評價中存在STM效應，導致幻覺記憶差異，即前一種織物的觸覺感覺會直接影響對下一種織物的感覺，連續(xù)實驗的時間間隔越短，影響越顯著。因此在感官評價中，適當?shù)臅r間間隔可以抵消STM效應。在感知腦區(qū)對服裝壓力的適應性方面，Chung等［45］在觀測服裝壓力刺激持續(xù)時間與感知腦區(qū)反應之間的關系中發(fā)現(xiàn)，對側SI和SII激活程度隨時間呈指數(shù)下降，腦半球間SI和SII、同側SII、對側SI之間的功能連接線性降低，而對側SI中BA3和軀體感覺聯(lián)合皮質中的BA5區(qū)之間的功能連接線性增加。即，在處理有效觸覺信息時，皮層的激活和腦區(qū)間的功能連接會發(fā)生動態(tài)適應性變化。

總結以上研究發(fā)現(xiàn)，刺激部位、性別、振動強度、振動持續(xù)時間、振動刺激序列都對振動觸覺記憶容量有影響，而且SI和SII之間的功能連接程度變化與持續(xù)時間的壓力刺激有關，因此，在刺激過程中，我們掌握并有效控制這些影響因素可實現(xiàn)控制STM效應。

2.2 基于fMRI的織物視覺刺激腦感知研究

基于fMRI的織物視覺刺激腦感研究主要集中于感知材料屬性和判斷材質類別以及有關視覺短時記憶（Visual short-term memory，VSTM）研究。

關于感知材料屬性，視覺材料屬性如光澤、紋理、重量、形狀和硬度等。在光澤方面，與啞光相比，初級視覺皮層、次級視覺皮層和腹側視覺皮層的梭狀回和背側視覺皮層對有光澤的物體反應更敏感。在紋理和形狀方面，腹側視覺皮層內側和外側區(qū)域并行處理材料的自然紋理和形狀信息［46］，進行織物紋理視覺感知時，沿內側腹側視覺皮層的側溝、海馬旁回、海馬旁區(qū)域、舌回，枕內側皮層，頂上葉，內側顳葉，外側前額葉皮層，楔前葉都對紋理信息感知敏感［47］，感知形狀差異的腦區(qū)主要位于外側腹側視覺皮層如枕外側復合區(qū)（Lateral occipital complex，LOC）［48］。其中，LOC的梭狀回可以綜合表示自然紋理、顏色和形狀的信息，其中每一個信息都是圍繞其單獨分析。在硬度方面，感知材料硬度的腦區(qū)主要位于側溝、舌回、雙側枕顳皮層。

關于判斷材質類別，感知不同的視覺材料屬性傾向于每個材料類別聚集。對判斷材料類別已經從早期視覺區(qū)域的圖像表征轉移到梭狀回及其周圍區(qū)域這類高級視覺區(qū)域的知覺表征。Suzuki等［49］發(fā)現(xiàn)一名左腦腹內側枕顳葉皮層受損的患者在匹配和命名材料紋理信息遇到困難，這可能與腹內側枕顳葉皮層中的梭狀回及其周圍區(qū)域，比如舌回、側溝、海馬旁回等，對材料類別的感知較為敏感有關［50］。

關于視覺短時記憶，一些研究也闡明VSTM與材料類別相關的大腦機制。VSTM大約有4個物體的固定容量，Alvarez 等［51］發(fā)現(xiàn)VSTM容量極限是由材料數(shù)量和視覺信息負荷共同決定，頂內溝和枕內溝是VSTM存儲容量的關鍵區(qū)域［52］，兩個區(qū)域中與容量有關的激活主要與VSTM中編碼對象的空間位置密切相關。其中，下頂內溝占72%～87%左右，且隨視覺記憶負荷的增加，右腦下頂內溝反映VSTM負荷，與視野位置無關［53］。Xu等［54］發(fā)現(xiàn)在編碼和記憶維持中材料顏色的VSTM與外側枕葉皮層和上頂內溝有關。Otsuka等［55］利用感興趣區(qū)方法評估材料類別短時記憶的神經反應，并計算上頂內溝和對材料類別感知敏感的梭狀回的平均信號變化，使用基于圖像和基于觸摸的兩種變化檢測任務來測量材料類別的VSTM，使用相關分析和來自主掃描的數(shù)據進行全腦分析來檢驗兩個區(qū)域的腦激活以及與其他大腦區(qū)域之間的關聯(lián)，研究發(fā)現(xiàn)梭狀回的信號變化百分比在視覺刺激和觸覺刺激任務中存在差異，說明梭狀回可能參與不同材質在視覺刺激和觸覺刺激之間差異的VSTM。而最近VSTM在預測理論的背景下被提及，Li等［56］在使用重復抑制范式測量視覺聯(lián)合皮層中梭狀回的BOLD信號時發(fā)現(xiàn)，當VSTM過程中，梭狀回的重復抑制效應顯著減弱，說明VSTM與梭狀回腦區(qū)也存在一定關聯(lián)。

總結以上研究發(fā)現(xiàn)，關于材料的視覺信息主要通過腹側視覺皮層的層次結構來處理和表征。其中，區(qū)分材料圖像信息在初級視覺區(qū)域中表示，而高級視覺區(qū)域反映感知材料屬性和材質類別差異。對于視覺短時記憶，頂內溝和枕內溝是VSTM存儲容量的關鍵區(qū)域，梭狀回參與材料在視覺和觸覺刺激之間差異的VSTM。

2.3 基于fMRI的織物視-觸覺跨模式刺激腦感知研究

視-觸覺跨模式腦感知，是指通過視覺或觸覺兩種感官形式獲得的信息在大腦知覺中緊密聯(lián)系比如感知材料屬性或類別腦區(qū)的多感官表征，視-觸覺信息交互影響等［57］。關于視-觸覺織物的跨模式腦感知研究主要在于感知材料屬性腦區(qū)多感官表征，視-觸覺信息的相互影響和視-觸覺短時記憶3個方面。

在感知材料屬性腦區(qū)的多感官表征方面，如紋理、形狀、硬度等。在紋理、重量和形狀方面，在觸覺感知織物粗糙度時，沿內側腹側視覺皮層的側溝、海馬旁回、海馬旁區(qū)域、舌回，枕內側皮層，頂上葉，內側顳葉，外側前額葉皮層，楔前葉同樣激活，這表明紋理特征識別表征有跨皮質區(qū)域網絡分布，其中外側前額葉皮層和內側顳葉之間有自上而下的功能連接［58］，這表現(xiàn)出頂上葉，內側顳葉，前額葉皮層，楔前葉和腹側視覺皮層大腦網絡具備處理材料特性的多感官表征；而且通過觸摸材料紋理來視覺判斷材料重量屬性時，腹側視覺皮層的側溝激活［59］，這表明腹側視覺皮層通過多感官交叉刺激已經開始代表反映重量這類非視覺屬性。Newman等［60］研究發(fā)現(xiàn)盲人觸摸材料形狀會激活LOC，而且不管盲人曾觸摸還是明視人曾看過材料形狀，左側LOC都激活，這表明該腦區(qū)不僅是形狀選擇區(qū)，同時還與材料屬性的回憶有關。其中，LOC的梭狀回可以綜合表示自然紋理、顏色和形狀的信息。在硬度方面，感知材料硬度的腦區(qū)還包括左側頂內溝，其中觀看左手觸摸材料硬度的鏡面反射激活的雙側枕顳皮質，可能與右手觸覺感知材料硬度時左前頂內溝的輸入信息有關［61］。

在視覺與觸覺信息的相互影響方面，首先視覺刺激對觸覺反應的影響，在觀看不同面料照片時，刺激中存在的表面屬性如顏色梯度、柔軟度、紋理會影響觸覺刺激的大腦匹配方式［62］。剝奪視力2 h后進行視覺感知材料形狀時會顯著改變形狀觸覺知覺的神經加工，紋外視皮層和頂內溝的激活和兩個腦區(qū)間功能連接都降低［63］。其次觸覺刺激對視覺反應的影響，O'callashan等［64］發(fā)現(xiàn)跨模式訓練即先對受試者進行織物紋理的觸覺感知訓練再進行視覺感知紋理測試，左內側枕葉皮質的激活程度比模式內高。Otsuka等［55］在研究材料類別的VSTM中發(fā)現(xiàn)梭狀回的激活與中央前回和中央后回的激活有關，說明梭狀回可能參與的不同材質在視覺刺激和觸覺刺激之間差異的VSTM通過觸覺來調節(jié)。觸覺刺激對雙眼競爭的影響是由視覺和觸覺中常見的原始特征決定的，如：方向和空間頻率［65］。當視-觸覺刺激空間頻率相同時，視-觸覺交互作用最大，但當觸覺刺激物距離視覺刺激物大于30 cm時，觸覺刺激將對雙眼競爭無影響［66］。Ono等［65］考慮原始特征特征條件下，觸摸粗糙織物和光滑大理石并進行雙眼競爭測試時，發(fā)現(xiàn)與視覺圖像一致的觸覺刺激延長該視覺刺激的主導時間，粗糙織物比光滑大理石所占有的主導時間長，表明觸覺刺激對雙眼競爭下的交替視覺感知還可以通過粗糙度來調節(jié)。

在視-觸覺短時記憶方面，織物紋理的STM可被保留并在視覺和觸覺感知之間傳遞，無論是觸覺或視覺感官編碼，以及回憶織物的順序如何，都可以實現(xiàn)織物紋理的跨模式識別［67］，雖然短時記憶中的順序保持與呈現(xiàn)的材料性質無關，但抑制左側緣上回激活會擾亂視覺、觸覺刺激任務中的順序保持［68］。觸覺刺激是評估記憶空間-觸覺聯(lián)系能力的有效刺激，但記憶空間-視覺聯(lián)系的能力占主導地位［69］。Dehghan等［70］在研究向手指施加壓力刺激對視覺WM的跨模式交互作用時發(fā)現(xiàn)，視覺WM表現(xiàn)不會受到觸覺壓力刺激的影響。

總結以上研究發(fā)現(xiàn)，感知材料屬性的激活腦區(qū)的識別表征通常在多感覺區(qū)域交叉模式整合，腹側視覺皮層大腦網絡具備處理材料特性的多感官表征。視覺信息和觸覺信息在腦區(qū)激活中是相互反應影響的，而且織物紋理的STM也可跨模式識別，視覺刺激占主導。

3 結論與展望

綜上所述，fMRI技術在織物刺激腦感知的研究領域主要涉及輕微觸覺刺激、接觸壓力刺激、視覺刺激、視-觸覺跨模式刺激，目前尚處于探索響應織物刺激的激活腦區(qū)階段，研究腦區(qū)主要聚焦于軀體感覺皮層、運動皮層、腹側視覺皮層，表征指標主要為激活強度和激活占比。但基于fMRI織物刺激腦感知研究仍存在一些問題，主要有如下：

a）雖然fMRI在觸覺刺激和視覺刺激均有了較大突破，但在織物熱濕刺激領域尚待進一步探索和挖掘。

b） 觸覺短時記憶主要研究集中在探索振動觸覺刺激和觸覺空間刺激的特性，并且織物屬性的短時記憶研究較少，材料類別的視覺短時記憶大腦機制尚不清楚，應進一步探索織物感知、認知和記憶的潛在機制以及短時記憶在預測重復抑制中的作用。

c）織物刺激信息在特征激活腦區(qū)的流動過程和有效連接以及長時間刺激作用下，腦區(qū)的動態(tài)適應調節(jié)機制尚未明確認知。

d）腦區(qū)的干擾因素眾多，如何排除各類生理干擾、心理干擾、外部環(huán)境干擾、實驗因素對腦區(qū)舒適度表征的影響，或者發(fā)現(xiàn)各類干擾因素對特征感知腦區(qū)的影響規(guī)律并有效消除，對進一步實現(xiàn)織物舒適度的大腦原位表征具有重大意義。

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Abstract： At present， the brain perception mechanism in the field of fabric comfort is not clear， and the existing characterization technology of fabric comfort has not been quantified. Functional magnetic resonance imaging technology has shown good technical advantages in the field of fabric stimulation brain perception representation with its high spatial resolution， which is of great significance for exploring the brain perception mechanism of fabric comfort.

By exploring the changes between stimulation signals and brain activation signals， fMRI technology can effectively and accurately identify the relevant brain regions under fabric stimulation， and complete the brain in situ perception representation of fabric comfort. This paper reviews the research status of brain perception of fabric stimulation based on fMRI technology from the three fields of tactile stimulation， visual stimulation， and visual-tactile cross-stimulation. Among them， the somatosensory cortex， motor cortex and ventral visual cortex are the relevant response brain regions for tactile stimulation， visual stimulation and visual-tactile cross-stimulation. The characteristic indicators are mainly activation intensity and activation proportion.

At present， the study of brain perception of fabric stimulation based on fMRI technology has become a popular research topic. It has been confirmed that the activation point coordinates， activation intensity， activation proportion， functional connectivity and other information of relevant brain regions under fabric stimulation can effectively represent the brain perception of fabric stimulation， which provides great potential for in situ representation of fabric stimulation.

Based on the principle of brain perception representation of fMRI technology， this paper summarizes the research status of brain perception of fMRI technology in fabric slight touch stimulation， contact pressure stimulation， visual stimulation， and visual-tactile cross-stimulation. It is concluded that SI， SII and motor cortex in the somatosensory cortex are related to slight touch stimulation and contact pressure stimulation of fabrics. Among them， SI is related to smoothness and softness， and SI， SII and motor cortex are related to roughness， adhesion and itching. On the right side， SII is the fabric comfortable pressure perception brain area， SI and amygdala are the fabric uncomfortable pressure perception brain area， while amygdala is the fabric compression pressure perception brain area. The changes of functional connectivity between SI and SII are related to the duration of stress stimulation. The ventral visual cortex brain network is not only a relevant brain area for the perception of fabric visual stimuli， but also a multi-sensory representation brain area for material properties. The fusiform gyrus is not only sensitive to material category perception， but also related to visual short-term memory. In the future fabric stimulation process based on fMRI technology， it is important to master and control or eliminate interference factors for fabric comfort representation research. However， in the field of thermal and wet stimulation of fabrics， the brain mechanism of short-term memory of fabric properties， the flow process and effective connection of characteristic activated brain regions， and the dynamic adaptation and regulation mechanism of brain regions under long-term stimulation need to be further explored.

Keywords： comfort; brain perception; functional magnetic resonance imaging; tactile perception; vision perception