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I.  INTRODUCTION 14

3.   Rôle de la perception haptique pour le déplacement 44

3.1.   Physiologie de l’appareil tactile humain 44

La  peau  est  l’organe  perceptif  le  plus  étendu    avec  une  surface  comprise  entre  1,8  m2  et  2,2m2  pour  

un   adulte.   Elle   possède   une   innervation   afférente   très   riche,   dont   la   densité   varie   beaucoup   d'un   territoire   à   l'autre.   La   face   et   les   extrémités   sont   très   richement   innervées.   Ces   différences   de   densité   en   récepteurs,   appelés   mécanorécepteurs,   sont   à   l'origine   de   la   sensibilité   différentielle   selon  les  différentes  parties  du  corps.  

La   sensibilité   cutanée   est   impliquée   lors   de   la   pression,   du   toucher   (sensibilité   à   la   vitesse),   de   l’étirement   et   de   la   vibration   de   la   peau.   A   cela   s'ajoute   la   perception   de   la   température   issue   de   récepteurs  dits  thermo-­‐algiques.    Ces  récepteurs  sont  localisés  dans  tout  le  corps    sous  la  forme  de   minuscules  corpuscules  bulbaires,  axiaux  ou  cylindriques.    

La  sensibilité  à  la  pression  est  mise  en  jeu  par  des  appuis  importants  sur  le  revêtement  cutané.  Le   sens   tactile   est   au   contraire   le   résultat   d'un   contact   léger   avec   la   peau,   glabre   ou   pileuse.   La   sensibilité  à  la  vibration  répond  à  des  variations  de  pression  dans  une  gamme  de  fréquence  de  30  à   1500  Hz.  Ces  qualités  sont  liées  à  la  présence  de  récepteurs  sensoriels  différents  dans  l'épaisseur  de   la  peau  :  épiderme,  derme,  hypoderme.  On  distingue  cinq  types  de  récepteurs  cutanés  mécaniques,   dont  la  répartition  varie  selon  que  la  peau  est  glabre  ou  pileuse,  et  selon  l'épaisseur  de  la  peau  (voir   Figure  5).    

3.1.1.    Les  mécanorécepteurs  

(1)   Les   corpuscules   de   Meissner  :   situés   immédiatement   sous   l'épiderme   dans   les   papilles   dermiques,   sont   couplés   mécaniquement   au   tissu   environnant   par   de   fins   filaments   de   tissu   conjonctif.     Ces   corpuscules   de   Meissner   sont   des   récepteurs   superficiels   à   adaptation   rapide   particulièrement  sensibles  à  la  vitesse  d'établissement  du  stimulus.  

(2)  Les  disques  de  Merkel  :  à  la  base  de  l'épiderme,  ce  sont  des  formations  particulières  composées   par  les  ramifications  d'une  fibre  myélinisée  dont  chaque  terminaison  se  termine  par  un  disque.  Ces   récepteurs   ou   disques   de   Merkel   sont   des   récepteurs   superficiels,   qui   répondent   à   des   pressions   localisées  (enfoncement  de  la  peau)  et  dont  la  réponse  au  stimulus  est  phasico-­‐tonique  à  adaptation   lente.  Ils  peuvent  ainsi  coder  la  position  et  la  vitesse  du  stimulus.    

(3)  Les  corpuscules  de  Ruffini  :  ces  récepteurs  sont  des  récepteurs  profonds  sensibles  à  la  pression,   toniques   et   à   adaptation   lente.   Ils   sont   sensibles   à   l'étirement   de   la   peau.   Ils   sont   également  

retrouvés  dans  les  articulations,  ancrés  aux  ligaments.  

(4)   Les   corpuscules   de   Pacini  :   ces   récepteurs   profonds   sont   de   type   phasique   et   sont   particulièrement  sensibles  aux  vibrations.  

(5)  Les  terminaisons  nerveuses  libres  :  elles  sont  souvent  épaisses  et  se  développent  autour  de  la   peau  pileuse.  Les  terminaisons  se  situent  sous  les  glandes  sébacées,  tout  autour  de  la  racine  du  poil.   Ces  récepteurs  sont  sensibles  aux  mouvements  des  poils.  

  Figure  5.  Situation  de  différents  types  de  mécanorécepteurs  

3.1.2.   Rôle  de  chaque  mécanorécepteur  dans  la  perception  

Les    mécanorécepteurs  de  Merkel  et  de  Meissner  présentent  des  champs  récepteurs  étroits  et  bien   délimités  tandis  que  les  corpuscules  de  Pacini  et  de  Ruffini  ont  à  l’inverse  des  champs  récepteurs   étendus   avec   des   limites   floues.   Les   disques   de   Meissner   et   de   Merkel   permettent   de   distinguer   deux   stimulations   différentes   et   proches   spatialement.   Ils   permettent   également   de   détecter   avec   finesse  la  texture  des  objets.  Les  corpuscules  de  Ruffini  et  de  Pacini  permettent  de  sentir  de  façon   globale  le  contact  avec  un  objet.  Ils  permettent  également  de  détecter  le  déplacement  d’objets  sur   de  grandes  régions  de  la  peau.    

La  densité  de  la  peau  en  mécanorécepteurs  est  très  variable.  La  paume  de  la  main  possède  environ   17   000   fibres   liées   à   des   mécanorécepteurs.   À   l'extrémité   des   doigts,   la   densité   comme   la   proportion  en  corpuscules  de  Meissner,  récepteurs  du  tact,  sont  particulièrement  importantes  (voir   Figure  6).  

 

Figure  6.Classification  des  mécanorécepteurs  cutanés  selon  leur  adaptation  et  la  taille  de  leur  champ   récepteur.  Illustration  de  la  taille  du  champ  récepteur  des  A  :  corpuscules  de  Meissner  et  B  :  corpuscules  de  

Pacini  au  niveau  de  la  peau  palmaire.  

Une   interface   est   dite   tactile   lorsqu'elle   sollicite   un   ou   plusieurs   de   ces   différents   capteurs   biologiques.  Autrement  dit,  une  interface  tactile  est  une  interface  qui  doit  pouvoir  reproduire  une   ou  plusieurs  modalités  d’excitation  tactiles.    

Chacune   des   modalités   d’excitation   tactile   obéit   à   des   plages   de   fonctionnement   en   terme   de   fréquences  et  d’amplitude  du  signal  d’excitation  (voir  Tableau  1).  

3.1.2.a) Récepteurs  sensibles  à  la  pression  

Les  mécanorécepteurs  à  adaptation  lente  sont  des  récepteurs  de  pression.  Les  disques  de  Merkel   (superficiels)   et   les   corpuscules   de   Ruffini   (profonds)   sont   des   récepteurs   à   adaptation   lente,   qui   codent  l'intensité  de  la  stimulation  par  la  fréquence  de  leurs  potentiels  d'action.  Ils  sont  actifs  dès  le   début  de  la  pression  exercée  sur  le  revêtement  cutané  et  ne  cessent  de  l'être  qu'à  la  fin  de  celle-­‐ci.   Ils   codent   donc   l'intensité   et   la   durée   de   la   pression.   Grâce   à   leur   structure   (ancrage   mécanique   dans  le  derme),  les  corpuscules  de  Ruffini  répondent  également  à  des  étirements  de  la  peau.  Cette   sensibilité   à   l'étirement   est   directionnelle,   ce   qui   permet   à   ces   récepteurs   d'informer   le   système   nerveux   central   sur   les   forces   et   les   directions   des   cisaillements   cutanés   accompagnant   un   mouvement  articulaire.  

3.1.2.b) Récepteurs  sensibles  à  la  vitesse  

Ils  comprennent  deux  types  de  récepteurs.  Les  récepteurs  des  follicules  pileux  qui  sont  à  adaptation   relativement   rapide.   La   fréquence   des   potentiels   d'action   émis   est   proportionnelle   à   la   vitesse   d'inclinaison  des  poils.  Si  l'on  incline  doucement  les  poils  du  dos  de  la  main,  sans  toucher  à  la  peau   elle-­‐même,  et  que  l'on  maintient  les  poils  dans  cette  nouvelle  position,  la  sensation  n'apparaît  que   durant  le  mouvement  d'inclinaison  des  poils.  Les  corpuscules  de  Meissner,  localisés  dans  la  peau   glabre,   qui   détectent   les   variations   de   contact   léger   des   objets   avec   la   peau   et   sont   sensibles   aux   vibrations  pour  des  fréquences  comprises  entre  5  et  200  Hz.    

3.1.2.c) Récepteurs  sensibles  à  la  vibration  

Les   corpuscules   de   Pacini   sont   des   récepteurs   phasiques,   qui   ne   répondent   ni   à   la   vitesse   ni   à   la   durée  de  la  stimulation.  Ils  sont  sensibles  uniquement  aux  variations  rapides  d'intensité  et  donc,  à   l'accélération   de   la   déformation   cutanée.   La   sensibilité   de   ces   récepteurs   est   optimale   pour   des   fréquences  de  vibration  cutanée  de  300  Hz,  mais  ils  répondent  dans  une  gamme  de  fréquence  allant  

de  30  à  1  500  Hz.  Ils  sont  localisés  dans  le  tissu  adipeux  sous-­‐cutané  mais  aussi  dans  les  tendons,   les  articulations,  le  périoste  et  les  muscles  de  la  face.    

Caractéristiques   Corpuscules   de  

Meissner     Corpuscules  Pacini     de   Disques  de  Merkel     Organes  de  Ruffini     Vitesse  

d’adaptation  

Rapide  (i.e.  sensible  à   la  vitesse)  

Rapide   Lente   Lente  

Localisation   Derme  superficiel   Derme  et  sous-­‐cutané   Epiderme  basal   Derme   et   sous-­‐ cutané  

Taille   moyenne   des   champs  récepteurs   13mm

2   101mm2   11mm2   59mm2  

Résolution  spatial   Pauvre   Très  pauvre   Pauvre   Correcte  

Répartition  (%)   43%   13%   25%   19%   Fréquence   de   réponse   10-­‐200  Hz   70-­‐1000Hz   0.4-­‐100Hz   0.4-­‐100Hz   Seuil   40Hz   200-­‐250Hz   50Hz   50Hz   Sensibilité   à   la   température  

Non   Oui   Oui   Pour  >  100Hz  

Sommation  spatiale   Oui   Non   Non   Inconnue  

Sommation  

temporelle   Oui   Non   Non   Oui  

Type   de   paramètre  

physique  ressenti   Stimulation  superficielle   sur   la  

peau   (forme,  

vitesse...)  

Vibration,  

accélération   Pression,  locale   forme   Etirement   de   la  peau,  force  locale  

Tableau  1.  Récapitulatif  des  caractéristiques  des  mécanorécepteurs  (Youngblut,  Johnston,  Nash,  Wienclaw,   Will,  1996).