En tant qu'organe le plus grand et le plus important de notre corps, la peau fournit également l'un de nos liens les plus fondamentaux avec le monde qui nous entoure. A partir du moment où nous sommes nés, il est intimement impliqué dans chaque interaction physique que nous avons.

Bien que les scientifiques aient étudié le sens du toucher, ou haptique, depuis plus d'un siècle, de nombreux aspects de son fonctionnement restent un mystère.

"Le sens du toucher n'est pas entièrement compris, même s'il est au cœur de notre capacité à interagir avec le monde, ", a déclaré Yon Visell, chercheur en haptique à l'UC Santa Barbara. "Tout ce que nous faisons avec nos mains, prendre un verre, signer notre nom ou trouver des clés dans notre sac, rien de tout cela n'est possible sans le sens du toucher. Pourtant, nous ne comprenons pas pleinement la nature des sensations capturées par la peau ou comment elles sont traitées afin de permettre la perception et l'action."

Nous avons de meilleurs modèles sur la façon dont nos autres sens, comme la vision et l'ouïe, travail, mais notre compréhension du fonctionnement du sens du toucher est beaucoup moins complète, il ajouta.

Pour aider à combler cette lacune, Visell et son équipe de recherche, dont Yitian Shao et son collaborateur Vincent Hayward à la Sorbonne, ont étudié la physique de la sensation tactile - comment toucher un objet donne lieu à des signaux dans la peau qui façonnent ce que nous ressentons. Dans une étude (lien) publiée dans la revue Avancées scientifiques , le groupe révèle comment l'élasticité intrinsèque de la peau facilite la détection tactile. Remarquablement, ils montrent que loin d'être un simple matériau de détection, la peau peut également faciliter le traitement des informations tactiles.

Pour comprendre cet aspect important mais méconnu du toucher, Visell pense qu'il est utile de réfléchir à la façon dont l'œil, notre organe visuel, traite les informations optiques.

"La vision humaine repose sur l'optique de l'œil pour concentrer la lumière en une image sur la rétine, " at-il dit. " La rétine contient des récepteurs sensibles à la lumière qui traduisent cette image en informations que notre cerveau utilise pour décomposer et interpréter ce que nous regardons. "

Un processus analogue se déroule lorsque nous touchons une surface avec notre peau, Visell continua. Semblable aux structures telles que la cornée et l'iris qui capturent et concentrent la lumière sur la rétine, l'élasticité de la peau distribue des signaux tactiles aux récepteurs sensoriels dans toute la peau.

S'appuyant sur des travaux antérieurs qui utilisaient un ensemble de minuscules accéléromètres portés à la main pour détecter et cataloguer les modèles spatiaux de vibrations générées par des actions telles que le tapotement, glisser ou saisir, les chercheurs ont utilisé ici une approche similaire pour capturer les modèles spatiaux de vibration qui sont générés lorsque la main ressent l'environnement.

"Nous avons utilisé un appareil sur mesure composé de 30 capteurs à trois axes délicatement collés à la peau, " a expliqué l'auteur principal Shao. " Et puis nous avons demandé à chaque participant à nos expériences d'effectuer de nombreuses interactions tactiles différentes avec leurs mains. " L'équipe de recherche a collecté un ensemble de données de près de 5000 de ces interactions, et analysé ces données pour interpréter comment la transmission des modèles de vibration produits par le toucher qui ont été transmis à travers le contenu des informations en forme de main dans les signaux tactiles. Les modèles de vibration sont nés du couplage élastique au sein de la peau elle-même.

L'équipe a ensuite analysé ces modèles afin de clarifier comment la transmission des vibrations dans la main façonnait l'information dans les signaux tactiles. "Nous avons utilisé un modèle mathématique dans lequel les signaux de grande dimension ressentis dans toute la main étaient représentés comme des combinaisons d'un petit nombre de motifs primitifs, " expliqua Shao. Les motifs primitifs fournissaient un lexique compact, ou dictionnaire, qui compresse la taille de l'information dans les signaux, leur permettant d'être encodés plus efficacement.

Cette analyse a généré une douzaine ou moins de modèles d'ondes primitives - des vibrations de la peau dans toute la main qui pourraient être utilisées pour capturer des informations dans les signaux tactiles ressentis par la main. La caractéristique frappante de ces modèles de vibration primitifs, Visell a dit, est qu'ils reflétaient automatiquement la structure de la main et la physique de la transmission des ondes dans la peau.

"L'élasticité joue cette fonction très basique dans la peau d'engager des milliers de récepteurs sensoriels pour le toucher dans la peau, même lorsque le contact se produit sur une petite zone de la peau, " a-t-il expliqué. " Cela nous permet d'utiliser beaucoup plus de ressources sensorielles que ce qui serait autrement disponible pour interpréter ce que nous touchons. " La découverte remarquable de leurs recherches est que ce processus permet également de capturer plus efficacement l'information. dans les signaux tactiles, dit Visell. Ce type de traitement de l'information est normalement considéré comme effectué par le cerveau, plutôt que la peau.

Le rôle joué par la transmission mécanique dans la peau est à certains égards similaire au rôle de la mécanique de l'oreille interne dans l'audition, dit Visell. En 1961, von Bekesy a reçu le prix Nobel pour son travail montrant comment la mécanique de l'oreille interne facilite le traitement auditif. En diffusant des sons de différentes fréquences vers différents récepteurs sensoriels de l'oreille, ils facilitent l'encodage des sons par le système auditif. Les travaux de l'équipe suggèrent que des processus similaires peuvent sous-tendre le sens du toucher.

Ces découvertes, selon les chercheurs, non seulement contribuer à notre compréhension du cerveau, mais peut également suggérer de nouvelles approches pour l'ingénierie de futurs membres prothétiques pour les amputés qui pourraient être dotés de matériaux élastiques ressemblant à de la peau. Des méthodes similaires pourraient également un jour être utilisées pour améliorer la détection tactile par les robots de nouvelle génération.