基于论文摘要，可拟定中文标题为： **空中触觉刺激强度的神经关联：体感诱发电位的幅度、潜伏期与相位同步调制** 该标题突出了论文核心：使用超声空中触觉刺激（mid-air haptic stimulation）这一非传统触觉技术，通过记录体感诱发电位（SEP）探究刺激强度如何调制皮层神经反应的幅度、潜伏期和相位同步，并揭示了皮层反应与行为知觉辨别的关联。标题保留了英文专有名词并体现研究主题，符合学术专业性要求。

《IEEE Transactions on Haptics》：Neural Correlates of Mid-Air Haptic Stimulation Intensity

　　

本研究探讨了时空调制超声空中触觉刺激（spatiotemporally modulated ultrasonic mid-air haptic stimulation）的强度变化如何调制体感诱发电位（somatosensory evoked potentials，SEPs）的幅度、潜伏期及相位同步，并考察其对行为知觉的影响。研究人员在刺激左手食指和中指的不同强度条件下记录脑电图（electroencephalography，EEG），并实施两间隔迫选（two-interval forced choice，2IFC）行为任务以评估知觉辨别能力。数据显示，在约275 ms处出现负峰（N275）、约450 ms处出现正峰（P450）这两个主要SEP成分，二者的绝对幅度均随刺激强度增高而增大。小波相位同步稳定性（wavelet phase synchronization stability，WPSS）分析进一步表明，较高强度下相位锁定稳定性更强。这些发现表明，空中触觉刺激强度同时调制了皮层反应的幅度和时间相干性。2IFC任务的行为结果与神经数据一致：参与者在SEP幅度具有明显差异的强度水平之间能够可靠辨别，而在SEP幅度相似的强度水平之间辨别表现下降。综合来看，这些结果提示SEP为主观触觉知觉提供了客观的神经关联指标。该研究确认，空中触觉刺激能够诱发强度依赖性的皮层反应，凸显了其在治疗、诊断及交互应用（如虚拟现实和增强现实）中的潜力，尽管其刺激机制属非传统方式。据研究人员所知，这是首次将空中触觉刺激中强度依赖性皮层反应与行为辨别表现进行系统性整合的研究。

**空中触觉刺激强度的神经编码：基于体感诱发电位与行为辨别的系统研究**

**一、研究背景与目的**

随着数字交互不断向虚拟现实、增强现实及无接触界面演进，通过非接触方式传递触觉反馈已成为构建沉浸式数字体验的关键环节。超声空中触觉系统利用聚焦超声在空气中形成可感知的压力焦点（focal point），使用户无需接触任何实体表面即可体验触觉事件，从而避免了传统触觉设备因皮肤-设备耦合不一致或干扰自然运动而引入的刺激条件变异性。在多种调制技术中，时空调制（spatiotemporal modulation，STM）通过快速移动单一焦点沿轨迹运动来生成连续图案，相比幅度调制（amplitude modulation，AM）在生成复杂形状时效率更高且感知更强，因此成为许多空中触觉应用的首选方案。

尽管行为学心理物理方法能够量化主观感知的刺激强度，却无法揭示超声刺激参数的变化如何在皮层水平被编码，这促使研究者采用基于脑电图（EEG）的体感诱发电位（SEPs）测量手段。已有研究表明，AM空中触觉刺激可诱发SEP，且在虚拟现实情境中视觉与触觉失配会进一步调制SEP反应。然而，针对STM刺激的神经反应，及其参数变化如何塑造SEP特征，仍缺乏系统研究，这构成了本研究的直接动因。研究的主要目的是考察施加于手指的时空调制超声刺激如何影响SEP波形，并探究STM刺激强度与SEP形态之间的关系，以识别能够可靠诱发可测量皮层反应的强度范围，为空中触觉在触觉加工诊断评估及沉浸式康复环境中的应用提供初步神经生理学基准。

**二、研究方法与关键技术**

研究包含两个独立实验：实验一为神经生理学评估，纳入19名健康参与者（7名女性，年龄23–29岁，平均26.4岁，标准差1.74），另有7名参与者因前刺激基线噪声过高被排除；实验二为知觉行为评估，纳入25名参与者（11名女性，年龄22–35岁，平均26.44岁，标准差2.88），另有2名参与者因理解或完成任务困难被排除。所有程序均符合赫尔辛基宣言并获得当地伦理委员会批准。

实验采用Ultraleap Stratos Explore超声板递送空中触觉刺激，通过时空调制产生焦点沿0.15 m直线路径以8 m/s速度往复运动的触觉轨迹，刺激持续0.2 s。测试了设备最大输出的五个强度水平（5%、10%、40%、70%、100%），对应的有效声压值分别为676、913、1490、1720和1900 Pa，声强对应0.10876、0.19839、0.52838、0.70409和0.85917 W/cm2。EEG数据以1200 Hz采样率记录，采用国际10–20系统的九个电极（C3、C4、CP3、CP4、FC3、FC4及额极参考和耳垂参考）。主要关键技术包括：小波相位同步稳定性（WPSS）分析，用以识别单次试验SEP中的相位锁定成分，并采用瑞利检验（Rayleigh test）确定具有显著相位同步的时频点；重复测量方差分析（repeated measures ANOVA）用于统计SEP峰幅度随强度的变化；2IFC行为范式用于评估参与者对刺激强度对（10-40、10-70、10-100、40-70、40-100、70-100）的辨别能力，每个强度对以两种顺序各呈现30次，使用弗里德曼检验（Friedman test）和Wilcoxon符号秩检验进行统计分析。

**三、主要研究结果**

**1. SEP波形特征与强度依赖性调制**

研究选取对侧C4电极进行分析，因其对刺激手对侧且位于初级躯体感觉皮层上方。总平均SEP波形在五个刺激强度条件下均显示出两个显著峰：刺激后约275 ms出现的负峰（N275）和约450 ms出现的正峰（P450）。绝对峰幅度总体随刺激强度增高而增大，潜伏期也倾向于随强度增高而缩短，但该效应在不同条件下的一致性较弱。值得注意的是，5%强度水平未诱发任何清晰的SEP峰，提示过低的刺激强度可能无法可靠地诱发躯体感觉反应。同侧电极位点（C3、CP3、FC3）也观察到相似潜伏期的活动，且在较高强度水平下幅度接近对侧水平。

**2. 相位同步稳定性的强度效应**

总平均WPSS分析显示，较高刺激强度诱发了更大面积的显著相位同步区域，而5%和10%强度水平未显示任何显著效应。这一结果表明，躯体感觉反应的相位一致性随刺激强度增加而增强，为SEP幅度分析结果提供了补充证据，说明刺激强度同时调制了皮层反应的幅度和时间相干性。

**3. N275与P450峰幅度的统计分析**

对N275峰，重复测量方差分析显示条件主效应显著，F(4, 72) = 43.22，p < 0.001（Greenhouse–Geisser校正）。Holm校正的事后比较表明，70%和100%强度下的幅度显著大于5%、10%和40%条件下的幅度，而70%与100%之间无显著差异。对P450峰，同样观察到显著的条件主效应，F(4, 72) = 13.40，p < 0.001，事后比较显示70%和100%强度诱发的反应显著大于5%和10%，但40%与较低强度之间、70%与100%之间均无显著差异。这些统计结果与箱线图描述性分布一致，其中70%强度表现出最大的参与者在个体间变异性。

**4. 行为辨别表现与神经数据的对应**

2IFC行为实验的弗里德曼检验显示刺激强度对之间存在显著效应，χ2(5) = 87.94，p < 0.001，Kendall's W = 0.703，表明辨别准确性在不同条件对之间存在差异。事后Wilcoxon符号秩检验显示最大的表现差异出现在较高强度范围内，特别是70-100和40-70两个强度对与其他条件对及彼此之间均存在显著差异，表明参与者最难区分这些强度。二项检验显示，对于70%-100%强度对，25名参与者中有7名表现低于机会水平，提示其反应主要基于猜测；而所有其他刺激对均显示所有参与者表现高于机会水平。行为结果与SEP数据高度一致：SEP幅度在70%与100%之间无显著差异，恰与参与者对这两个强度辨别困难的行为表现相对应；而SEP幅度在40%与70%之间差异显著，也对应了参与者较高的辨别准确性。

**四、讨论与结论**

本研究的SEP结果显示两个主要峰（N275和P450），其潜伏期和波形形态与激光诱发电位中通常观察到的N2-P2顶点复合波（vertex complex）相近。尽管激光诱发电位通常与伤害性刺激相关，但已有研究表明该复合波并非伤害性特异，可由非疼痛性触觉、听觉和视觉刺激诱发。因此，STM空中触觉刺激诱发的N2-P2复合波可被解释为显著性相关（salience-related）的皮层反应。同侧和对侧电极位点均观察到相似形态的活动，此类双侧活动与此前文献中关于双侧皮层处理（包括次级躯体感觉皮层激活）的报道一致。

本研究讨论部分着重指出了以下关键发现：第一，物理声压测量结果为解释神经与行为结果提供了客观基础——70%与100%之间的压差为180 Pa（0.9 dB），对应声强仅增加22%，这可能解释了为何这两个强度水平的SEP峰幅度无显著差异；而40%与70%之间的压差为230 Pa（1.2 dB），对应声强增加33%，与这两个水平间的显著SEP幅度差异相吻合。研究虽未精确确定与声压级相关的SEP调制的最小可觉差（just noticeable difference，JND），但结果提示JND可能位于0.9 dB至1.2 dB之间。第二，70%与100%之间的缺乏分化可能与韦伯定律一致，即最小可觉差随刺激量级增大而增大，也可能反映了知觉饱和。第三，由于行为与EEG测量来自部分不同参与者的池，不支持直接的被试内整合，但行为研究在相似刺激和设置条件下进行，仍可作为SEP记录中所用刺激水平的心理物理学验证。

研究得出结论：空中触觉刺激强度的变化可通过SEP客观检测——不仅通过幅度差异，还可通过相位锁定测量；SEP发现与参与者的行为知觉一致，表明SEP为行为表现提供了可靠的神经关联指标。这一发现凸显了体感诱发电位固有的复杂性，其受刺激模态、感知强度和情感效价等多个交互参数的共同影响。同时，空中触觉与直接接触刺激之间的差异表明，不同模态间的SEP反应不可直接比较，尤其在感知危险或不适等因素可能进一步调制皮层反应的情况下。本研究聚焦于刺激强度维度，其他STM参数（包括调制技术、刺激模式和运动频率）未作系统研究，这主要受限于ERP范式对每种条件足够重复次数的需求。扩大参数空间将显著延长记录时间，增加参与者疲劳和习惯化的风险，因此系统探究这些参数仍是未来研究的重要方向。据研究人员所知，这是首次在空中触觉刺激中将强度依赖性皮层反应与行为辨别表现进行系统性整合的研究，为理解这一独特刺激模态如何被躯体感觉系统编码、超越行为知觉层面提供了初步的神经生理学基础，为其在治疗、诊断及沉浸式交互应用中的进一步整合开辟了路径。