Tuntoaisti

Tuntoaistilla eli kosketustunnolla eli paineaistilla tarkoitetaan aistitoimintoa, jolla aistitaan painetta ja hahmotetaan kosketusta, terävyyttä, pehmeyttä, lämpötilaa, kipua ja kehon asentoja. Tuntoaistimuksen laukaisee solukalvojen mekaaninen painuminen, ja siitä aiheutuva paine aistitaan ihon mekanoreseptorien välityksellä sekä ihon karvaisilla alueilla myös karvatuppien reseptorien välityksellä. Tuntoa aistivia mekanoreseptoreita on paitsi iholla myös lihaksissa, nivelissä ja sisäelimissä. Mekanoreseptoreiden määrä vaihtelee eri kehonosissa. Esimerkiksi selässä tuntosoluja on huomattavasti harvemmassa kuin sormissa. Laajempien ihoalueiden painetta aistitaan puolestaan ihon syvien kerroksien Pacinin keräsillä ja Ruffinin keräsillä. 
Tuntoaistilla hahmottaminen liittyy oleellisesti myös ihmisen kognitiivisiin toimintoihin. Monissa arkisissa tilanteissa ihminen käyttää tuntoaistin välittämää tietoa hyväkseen sitä kuitenkaan erikseen pohtimatta. Esimerkiksi käsiemme välityksellä saadaan automaattisesti ja nopeasti tietoa aineiden (materiaalien) ominaisuuksista kuten kosketuspinnan kovuudesta tai pehmeydestä, lämpimyydestä tai viileydestä, pinnan muodoista ja materiaalin olemuksesta, eli onko materiaali kiinteää, jauhomaista, geelimäistä vai nestemäistä. Tuntoaistia käytetään toisaalta myös tiedostavaan ja tavoitteelliseen tapaan esimerkiksi aistivammaisten tiedonsaannin tekniikoissa ja vuorovaikutusmenetelmissä sekä ihmisen ja koneen vuorovaikutuksen tutkimisessa ja kehittämisessä. Näissä erilaisissa yhteyksissä tuntoaistilla hahmottamisesta käytetään muun muassa termejä ”taktiili” ja ”haptinen hahmotus” sekä ”tuntopalaute”. Näillä kaikilla tarkoitetaan kuitenkin saman aistikanavan kautta hahmottamista, mutta tarkastellaan tapahtumaa hiukan eri näkökulmista tai rajataan tarkastelua hiukan eri tavoin.

Tuntoaistimuksen kulku

Kun käsi osuu ihoon, aistimme sen kosketuksena. Käden paino aiheuttaa mekanoreseptorisolujen solukalvon  painumisen. Solukalvon painuminen aiheuttaa solukalvon pinnalla olevien ionikanavien avautumisen. Ionien pitoisuus solukalvon ulko- ja sisäpuolella muuttuu ja aiheuttaa aktiopotentiaalin. Impulssi kulkee mekanoreseptorista lähteviä hermoja pitkin keskushermostoon ja aistimus välittyy selkäytimessä somatosensorisia ratoja pitkin, risteytyy keskiviivan yli ydinjatkoksessa ja heijastuu lopulta  talamuksen kautta isoaivokuoren tuntoaistimuksia vastaanottavalle alueelle.

Taktiili ja haptinen havaitseminen

Taktiili eli taktiilinen (toisinaan myös taktuaalinen) havaitseminen tarkoittaa yleensä ihon tuntoaistin avulla havaitsemista. Kun ihminen koskettelee erilaisia kohteita itse tai kun jokin kehon ulkopuolinen kohde koskettaa ihmistä, seuraa tästä taktiilinen havainto. Ihon kautta välittyvät aistimukset jäsentyvät ja yhdistyvät lopulta tietoiseksi havainnoksi aivoissa. Taktiilia havaitsemista pidetään ihokosketuksen prosessoinnissa rajallisempana toimintona kuin haptista: taktiili hahmottaminen ymmärretään haptisen havainnoinnin osavaiheeksi – ihminen hahmottelee kohteiden kolmiulotteisuutta haptisesti, mutta niiden pintoja taktiilisti.        
Haptinen on havaintopsykologinen termi, jolla tarkoitetaan kolmiulotteisen kohteen hahmottamisen tapaa koskettelemalla eli tunnustelemalla. Kohdetta hahmotellaan haptisesti etenkin käsien ihon pinta- ja syvätuntoaistimusten sekä käsinivelten liikeaistimusten välityksellä ja/ tai koskettelemalla kohdetta kehon muilla osilla. Esimerkiksi havainnoimme palloa haptisesti, kun pitelemme sitä molempien käsiemme varassa ja ovenkahvaa, kun tartumme siihen kouraisten kiinni. Havainnointimenetelmänä tätä kutsutaan myös termillä haptiikka.
Haptiseen havainnointiin tarvitaan sekä ihokosketus tai -kosketuksia kohteeseen että käden ja/ tai kehon nivelten liikkeitä. Havainnointiin tarvitaan siis sekä taktiilia havaitsemista että koskettelevan kehonosan asentomuutoksia suhteessa kohteeseen. Liikkeiden avulla kosketuksellista havaintokenttää pystytään jäsentämään ja rajamaan sekä yksityiskohdiltaan että kokonaisuutena. Tämä tapahtuu kuitenkin vähittäin, ajallisesti peräkkäin etenevänä eli suksessiivisena hahmotteluna. Siten haptinen hahmotus vaatii aina hieman enemmän aikaa verrattuna esimerkiksi  visuaaliseen hahmottamiseen, sillä visuaalinen hahmotus onnistuu jonkinasteisena myös simultaanisesti eli yhtäaikaisesti; näkönsä avulla ihminen pystyy hahmottamaan useammankin kohteen yhtäaikaisesti vain nopealla vilkaisulla. Esimerkiksi sanomalehden sivuja selatessaan voi yhdellä vilkaisulla havaita, onko sivulla sekä tekstiä että kuvia. Sen sijaan pistekirjoituksen lukeminen sormien päillä ja kohokuvien hahmottaminen pelkästään käsien varassa vaatii aina etenemistä vaihe vaiheelta.

Taktiili tiedonsaanti

Ihminen käyttää taktiilista tietoa hyväkseen monissa arjen tilanteissaan, vaikka ei aina erikseen tiedosta sitä. Esimerkiksi, kun etsii kaapin hyllyltä käsiinsä tuttua villavaatetta, tiedostaa sen oikeaksi juuri villan pinnan pehmeyden ja lämpimyyden hahmottamisen avulla. Ja kun käsi osuu teräspöytään, hahmottaa sen melko nopeastikin teräkseksi, koska tuntee pinnan kylmyyden ja kovuuden. 
Taktiilia tiedonsaantia käyttävät tietoisesti hyväkseen varsinkin näkövammaiset ja kuurosokeat. Esimerkiksi pistekirjoituksen lukeminen sormien päillä tapahtuu taktiilin hahmottamisen kautta: pistetekstin lukija liikuttaa käsiään ja sormiaan pistekirjoitusrivin pinnalla kevyesti ja saa ihon pintatuntoaistin välittämän tiedon rivillä olevien pienten pisteiden muodostamista erilaista ryhmistä. Sormien liike onkin taktiilissa lukemisessa tärkeää, koska juuri liikkeen avulla lukija hahmottaa ja erittelee yksittäiset pistekirjaimet, -numerot ja -välimerkit toisistaan ja tunnistaa niiden muodostamat ryhmät sanoiksi ja lukumääriksi.

Taktiili viittomakieli

Kuurosokeat henkilöt ottavat viittomakieltä vastaan käsiensä tuntoaistimusten ja nivelten liikeaistimusten varassa. Siten  he ottavat viittomakielen vastaan kokonaisvaltaisesti haptisesti hahmottaen, mutta eri viittomakielten tutkimuksissa on yleistynyt käytäntö kutsua tätä ”taktiiliksi vastaanotoksi” ja tällaisessa vuorovaikutuksessa muuttuvaa viittomakielen variaatiota "taktiiliksi viittomakieleksi”. Taktiilissa keskustelussa toinen osapuoli pitää omaa viittovaa kättään siten, että kuurosokea pystyy puolestaan pitämään omaa vastaanottavaa kättään keskustelukumppaninsa viittovan käden päällä. – Viittominen tapahtuu siis kädestä käteen.  Tavallisestihan viittomakieliä otetaan vastaan visuaalis-spatiaalisesti eli näönvaraisesti tilaa ja liikettä hahmottaen.

Taktiilit sormiaakkoset

Viittomakieliset sormiakkoset voidaan tuottaa paitsi kehon edessä olevaan viittomatilaan, myös vastaanottajan kämmenpohjaan. Kansainvälisesti yleistyneen käytännön mukaan näitä kutsutaan taktiileiksi sormiaakkosiksi. Tällaista menetelmää käyttävät erityisesti kuurosokeat henkilöt. Toisaalta sormiaakkosten vastaanotto on myös haptista, mutta sormiaakkosista kertovissa teksteissä on vakiintunut käytäntö kutsua sitä taktiiliksi. Sormiaakkoset sormitetaan (muodostetaan) kuurosokean keskustelukumppanin kämmenpohjaan ja peukalonhankaan, jotta tämä pystyy ottamaan ne vastaan ja hahmottamaan ne useammalta suunnalta. Kuurosokea vastaanottaja pitää omia sormiaan kevyesti koukussa tunnustellakseen koko kämmenellään sormiaakkosten muotoja. Tällöin hänen kämmenpohjansa muodostaa pesämäisen muodon, johon sormittajan on sujuvaa sormitella aakkosia.

Sokean itsenäinen liikkuminen

Monet sokeat ja kuurosokeat henkilöt käyttävät haptiikkaa tietoisesti hyväkseen lähiympäristönsä hahmottamisessa. He esimerkiksi hyödyntävät jalkapohjiensa välittämää tuntoaistitietoa kulkuväylän pintojen muodoista. Valkoisen kepin avulla liikkuva saa sen kautta käteensä niinkin tarkkaa aistitietoa ympäristöstään, että hän kykenee sen avulla orientoitumaan vaihtuvaan ympäristöönsä aivan itsenäisestikin. Valkoisen kepin tärinän laatu ja kepin pään ohjautuminen maapinnan muotojen mukaisesti välittävät keppiä ohjailevaan käteen tietoa kulkuväylän pinnan muodoista ja väylän muuttuvista suunnista.

Keholle kuvailu

Keholle kuvailu on haptiikkaa hyväksi käyttävä kuvailutulkkauksen menetelmä, jota käytetään yleensä näkövammaisten ja kuurosokeiden kanssa, kun heille kerrotaan välittömässä ympäristössä olevista asioista ja tapahtumista. Tällöin näkevä henkilö piirtää sormellaan sanallisen kuvailunsa tueksi ympäristön esineistä ja tilojen rajakohdista pelkistettyjä ääriviivakuvia kuurosokean henkilön kehon ns. neutraalille kosketusalueelle. Sovinnaisiksi neutraaleiksi kosketusalueiksi koetaan yleensä yläselän alue, olkapäät, käsivarsien ulkosyrjät ja käsien selkä- ja kämmenpuolet. Keholle kuvailu tukee hyvin kohteen sanallista kuvailua ja antaa siihen lisäarvoaan. Keholle kuvailua käytetään esimerkiksi näyttelyiden kuvailuun ja uusien tilojen kuvailuun.   
Ks. sanallisesta taiteen kuvailutulkkauksesta viereisen viitteen linkistä .

Haptinen viestintä

Kaikki ihmiset käyttävät haptista viestintää eli kommunikaatiota joko tietoisesti tai tiedostamattaan esimerkiksi halattaessa tai kätellessään toista ihmistä. Kyse on niin sanotuista kosketusviesteistä tai sosiaalisista pikaviesteistä, joilla voidaan korvata tietynlaiset lyhyet sanalliset viestit jopa kokonaan. Tällaisissa viesteissä merkitystä muuttavat muun muassa kosketuksen painon ja keston muutokset sekä kosketuksen nopeusvaihtelut ja kosketusten toistot. Esimerkiksi tuttujen kesken tervehtimiseen käytettävä nopea ja kevyt halaus kertoo halaajan tarkoituksesta ja asennoitumisesta muuta kuin suruun osallistuvan tuttavan pitkä ja intensiivinen halaus. 
Sosiaaliset pikaviestit
Kun yleisluonteisiin, edellä mainitun kaltaisiin kehoviesteihin lisätään keholle viitottuja viittoman osasia tai jopa kokonaisia viittomia, on kyseessä jo sovinnaisempi kehoviestintä, josta käytetään myös nimitystä sosiaalishaptinen kommunikaatio. Aihetta on tutkinut kasvatustieteen näkökulmasta suomalainen Riitta Lahtinen väitöskirjassaan v. 2008: Haptiisit ja hapteemit, tapaustutkimus kuurosokean henkilön kosketukseen perustuvan kommunikaation kehityksestä. Kosketukseen perustuvilla sovinnaisilla kehoviesteillä, haptiiseilla, voi välittää tilanteeseen liittyvää yleistä visuaalista ja auditiivista tietoa – esimerkiksi ryhmätilanteessa muun ryhmän reaktioita, naurua tai hiljaisuutta, jonka normaalisti näkevä ja kuuleva vastaanottaa automaattisesti näkö- ja kuuloaisteillaan. Sovinnaisilla kehoviesteillä voidaan ilmaista myös lyhyitä pyyntöjä ja kehotuksia ja antaa keskusteluun liittyviä lyhyitä palautteita kuten ”kyllä, juuri niin”, ”ei, ei”. Haptiiseja voi hyvin käyttää joko sanallisten viestien lisäksi tai pelkästään. Niitä voidaan tarvittaessa luoda aina uusiakin, kunhan sopii niistä vuorovaikutukseen osallistuvien kesken. Kuurosokeilla henkilöillä tällainen sosiaalishaptinen kommunikaatio saa korostuneen aseman vuorovaikutuksessa etenkin niissä tilanteissa, joissa kuulokojeilla ei kuule hyvin ja näönjäänteiden avulla näkeminen ei lainkaan onnistu.

Tuntopalaute

Tuntopalaute (engl. tactile feedback) tarkoittaa tahallisesti tuotettua ärsykettä, joka havaitaan ihon tuntoaistin välityksellä. Tuntoaisti on näköaistin ja kuuloaistin ohella ihmisen tärkeimpiä aisteja. Tästä huolimatta tuntopalautetta on hyödynnetty nykyisessä tietoyhteiskunnassamme ihmisen ja koneen vuorovaikutuksessa erittäin vähän.
Tuntopalaute on lähes poikkeuksetta hyvin paikallista rajoittuen palautteenantopaikkaan ja sen välittömään läheisyyteen. Tuntopalautetta ei kokonaan voida erottaa voimapalautteesta, joka perustuu kehon liike- ja asentoaisteihin. Nämä kaksi palautemuotoa yhdessä lämpöaistin ja kipuaistin välittämien tuntemusten kanssa muodostavat haptisen palautteen, jota välittää somatosensorinen järjestelmä. Tämä on ihmisen omasta kehosta tulevia tuntoärsykkeitä kuljettava hermorata.
Tuntopalaute eroaa kahdesta muusta pääpalautemodaliteetista, näkö- ja äänipalautteesta, lähinnä kahdella tapaa: tuntoa aistivia reseptoreja on joka puolella kehoa, ja reseptorien vastaanottama informaatio on usein yksityistä, muilta tuntemattomissa. Tämä siksi, että tuntoaisti on mekaaninen aisti, joka vaatii aistittavan kohteen koskettamista.

Tuntopalautteen havaitseminen

Tuntoaistimukset vaihtelevat eri ihoalueiden välillä ihokerroksissa sijaitsevien mekanoreseptorien määrän ja yleisyyden mukaan. Esimerkiksi sormenpäissä mekanoreseptoreita on huomattavasti tiheämmässä kuin selässä ja siten sormenpäiden tilallinen erottelukyky on parempi. Myös esimerkiksi ihon paksuus, ikä ja harjoittelu vaikuttavat tuntoaistimusten havaittavuuteen. Yleisesti ottaen ns. karvattoman ihon alueilla (mm. käden sisäpuoli, jalkapohjat, huulet) mekanoreseptoreita on karvaista ihoa tiheämmässä, jolloin myös ihmisen kyky paikallistaa tuntoärsykkeitä näillä alueilla on suurempi. Ihmisen kehon tuntoherkimpiä alueita ovatkin juuri sormenpäät, huulet ja sukupuolielimet. Etenkin tietokoneen osoitinlaitteissa, esimerkiksi tuntopalautehiirissä, tuntopalaute johdetaankin usein juuri sormenpäihin tai kämmeneen. Joissakin tapauksissa tuntopalaute on kuitenkin parempi suunnata esimerkiksi jalkoihin tai kehoon esimerkiksi tasapainoaistia tai suunnan hahmottamista tukevissa sovelluksissa.

Tuntopalautteen tuottaminen

Mekaanisesti tuntopalautetta tuotetaan esimerkiksi erilaisten ihoa koskettavien toimimoottorien (engl. actuator) avulla, joiden toiminta voi perustua esimerkiksi sähkömoottoreihin, paineilmaan, hydrauliikkaan, pietsosähköiseen ilmiöön tai solenoideihin. Tuntopalaute tuotetaan usein ihokontaktin avulla, mutta myös esimerkiksi kovaa toistetut matalat äänet ja riittävän voimakas ilmavirta aiheuttavat iholla tuntoaistimuksia, joita voidaan hyödyntää myös palautteena.
Yleisimmin tuntopalautteen tuottamiseen käytetään väriseviä toimimoottoreita, jolloin puhutaan värinä- tai tärinäpalautteesta. Ihminen kykenee luotettavasti aistimaan värinää, jonka taajuus on välillä 20-500 hertsiä tuntoherkkyyden ollessa korkeimmillaan taajuusvälillä 200-250 hertsiä . Taajuuden lisäksi värinäpalautteella tuotetaan erilaisia aistimuksia värinän värähdyslaajuutta (amplitudi), rytmiä tai palautteen kestoa muuttamalla. Tuhatta Hertsiä korkemmat taajuudet ihminen aistii erilaisina pintarakenteina.
Värinäpalautteen lisäksi myös muita mekaanisia menetelmiä on yleisesti käytetty tutkimuskäyttöön tarkoitetuissa prototyypeissä. Esimerkiksi erilaisia paineilma- tai hydrauliikkalaitteita ja solenoideja voidaan käyttää tuottamaan paineaistimuksia ihoon. Näiden lisäksi myös sähköisiä eletrodeja on kokeiltu, mutta niiden tuottamaa palautetta ei vielä olla kyetty saamaan riittävän hallituksi johtuen muun muassa yksilöiden välisistä herkkyyseroista sähköärsykkeille.

Tuntopalaute käyttöliittymissä

Löyhästi määriteltynä ensimmäiset tuntopalautekäyttöliittymät syntyivät samalla, kun ensimmäinen kädellä käytettävä ohjainlaite kehitettiin. Tämä sen vuoksi, että esimerkiksi tietokoneen hiiren nappien painamisesta saadaan tuntoaistin kautta erilaista palautetta riippuen siitä mitä nappia kulloinkin painetaan. Tämä palaute kuitenkin kertoo meille ainoastaan syöttölaitteen toiminnasta, ja sitä kutsutaan tahattomaksi tuntopalautteeksi (engl. accidental tactile feedback) . Käyttäjän näin saama palaute ei ole varta vasten tuotettua eikä sen sisältö siten kerro mitään sovelluksen toiminnasta.
Tietokoneiden ja muiden laitteiden käyttöliittymissä tuntopalautetta käytetään useimmiten yhdessä kahden yleisimmän palautemuodon, näkö- ja äänipalautteen, kanssa. Tuntopalautteen avulla voidaankin esimerkiksi auttaa sokeita ja heikkonäköisiä käyttämään heille muuten hankalia graafisia käyttöliittymiä sekä tukea katse-käsi-koordinaatiota erityisen suurta tarkkuutta vaativissa tehtävissä. Tuntopalautetta hyödyntävät käyttöliittymät ovat kuitenkin lähes aina moniaistisia käyttöliittymiä, sillä pelkän tuntoaistin avulla toimiminen on ihmiselle hankalaa.

Tuntopalautteen suunnittelusta

Liiallinen tuntopalautteen käyttö on yhtä lailla häiritsevää ja ärsyttävää kuin liiallinen äänen käyttö ja esimerkiksi liiallisen altistumisen peliohjainten värinäpalautteelle on epäilty aiheuttavan jopa vakavia tuntoaistinhäiriöitä . Tuntopalautteen suunnittelussa pitääkin miettiä tarkkaan, missä tilanteissa palautteesta on hyötyä ja kuinka paljon sitä on tarkoituksenmukaista tuottaa. Tärkeintä tuntopalautteen käytössä ei aina välttämättä ole sen tuomat parannukset suoritusaikoihin ja tarkkuuteen vaan lisääntyneestä palauteinformaatiosta saadut positiiviset käyttäjäkokemukset.
Tuntopalautetta käytettäessä joudumme tavalla tai toisella opettelemaan ja muistamaan erilaisten palautteiden merkitykset - toisin sanoen palaute täytyy aina koodata jollakin tapaa. Yksinkertaisimmillaan tämä on esimerkiksi lukuarvojen esittämistä vastaavalla määrällä yksittäisiä palautteita. Nykyisillä tuntopalautelaitteilla tämä ei kaikilta osin kuitenkaan ole mahdollista, joten tuntopalautteen käyttöön on pyritty laatimaan erilaisia käyttöohjeistoja.