进入21世纪以来,脑科学蓬勃发展,已成为国际科技竞争的制高点。人脑认知是通过视、听、触、味、嗅觉五种感觉器官获取外部世界的信息。然而,目前人类对触觉脑机制的认识仍然只是冰山一角,由于现阶段触觉刺激装置研制的局限性,使得触觉脑机制研究远远落后于视、听觉脑机制,并且难度大,也更具挑战性,使得触觉脑机制研究成为具有学科交叉和综合特点的前沿科学难题。俗话说“十指连心”,人的手指是最为敏感的触觉感知器官,与大脑的联系最为密切。本课题以手指触觉体积感知能力为基础,以脑电和功能磁共振影像的多模态脑信息处理技术为切入点,攻克高精度核磁兼容手指触觉刺激装置的研制难点,揭示手指触觉失匹配负波与感觉记忆的脑机制,为阿尔茨海默病超早期诊断研究提供理论依据与技术支持。现将主要内容概括如下:首先,本论文在前人粗略手掌触觉空间体积感知研究基础之上,引入加权累积高斯分布函数求解空间体积辨别阈值的计算方法,揭示手指触觉体积感知能力,并结合手指解剖学的生理构造,成功地建立手指触觉感知行为模型,发现了精准手指触觉感知理论和控制策略的根本特点和规律。证实食指远端指节是手指触觉感知最敏感的感知部位,为后续开展手指触觉脑机制研究和阿尔茨海默病超早期诊断研究奠定基础。其次,基于手指触觉感知行为模型,研发巡回手指刺激脑电实验范式,通过时频、复杂脑网络的脑电分析方法,探究手指触觉失匹配负波的脑电学机制。揭示了大脑皮层中央前额区的θ频段在对手指触觉失匹配负波调节中的核心作用,以及全脑皮层的θ和γ频段信息流通对手指触觉失匹配发生过程中的协同影响。并据此提出了手指触觉失匹配负波脑电特征信号提取可靠、有效的新方法,为失匹配负波在多种感觉通道的研究提供了新手段。再次,采用微机构精密加工与非磁性气动反馈控制技术,解决高磁场环境的避磁难题,研发巡回手指刺激核磁实验范式,探索手指触觉感觉记忆脑机制。发现躯体感觉皮质、岛叶皮质和前额皮质是调控手指触觉感觉记忆的核心脑区,并推测感觉记忆的发生是一种注意的转换过程。这对破解感觉记忆脑机制之谜具有重要作用,也可以为老年痴呆等脑神经疾病的超早期诊断提供新途径。最后,本论文将上述研究成果应用到阿尔茨海默病的临床诊断之中,实现手指触觉感知行为和感觉记忆脑功能信号的定量测试,不仅可以揭示认知老化的脑机制,而且有助于进一步探索主观认知下降的生物学标记和阿尔茨海默病的超早期诊断。有望,节约大量医、护开支,并且有助于国家养老保障体系建设。本论文围绕手指触觉体积感知与感觉记忆脑机制的科学问题,在认知行为学、神经电生理学、神经影像学等几个层次上开展系统性和多层面的研究。本论文的研究成果不仅对认识正常情况下手指触觉感知与脑机制有重要意义,同时,以手指触觉感知功能下降为基础的阿尔茨海默病认知模型,将促进脑科学发展与脑神经疾病超早期诊断研究。