巫群瑤，唐日新，周仁來

(南京大學(xué)社會學(xué)院心理學(xué)系,南京 210023)

1 引言

手套是比較常見的個人防護設(shè)備，在進行徒步旅行和騎自行車等運動時，一副手套可以幫助手保持溫暖，保護手不受潛在傷害；在射箭、擊劍等運動中，使用合適的手套可以很好地握住器械，吸收沖擊使雙手免受傷害，并減少水泡和擦傷的可能性[1-2]；在工業(yè)領(lǐng)域中可以防止工人的手受到來自創(chuàng)傷(割傷、擦傷)、極端溫度、化學(xué)、電能和振動[3]等的傷害。

盡管手套提高了動作過程中安全性，但手套對手部動作表現(xiàn)的影響也不容忽視。許多研究表明手套可能會對動手能力[4-8]、觸覺敏感性[9-10]，握力[11-12]，肌肉運動和疲勞感[13-14]等產(chǎn)生消極影響。手套厚度是影響手部動作表現(xiàn)的重要因素之一。Muralidhar等人[3]發(fā)現(xiàn)被試戴著2層或者4層的棉質(zhì)手套完成釘板任務(wù)、繩索打結(jié)任務(wù)時，使用4層手套完成任務(wù)的時間較之2層時顯著增大。另外，Krausman和Nussbaum[8]在任務(wù)中使用了4種厚度的手套，發(fā)現(xiàn)戴著最厚手套執(zhí)行文本輸入任務(wù)時所花時間增加了9%，但正確率在幾種手套之間沒有差異。近來也有研究表明[15]手套的材質(zhì)同樣會影響手部動作表現(xiàn)，在使用裸手、丁腈手套、尼龍手套完成釘板任務(wù)，發(fā)現(xiàn)戴丁腈、尼龍手套較之裸手時會顯著增加完成任務(wù)的時間，同時使用丁腈手套時錯誤率最高，研究者認為這是由于戴手套會降低手的觸覺敏感性[16]，當(dāng)觸覺敏感性降低時，手無法獲得必要的觸覺反饋來成功執(zhí)行任務(wù)[17]。

在航天航空領(lǐng)域，航天手套是航天員進行操作活動的重要終端，對航天員在壓力應(yīng)急狀態(tài)下或航天器艙外活動中的工作能力具有重要的影響。保障安全和方便操作是對于航天手套的基本要求。抓握與指點都是指向目標(biāo)的簡單日常行為，動作的速度和準(zhǔn)確性在動作過程中存在權(quán)衡[18-19]，手套對這兩個動作的影響，尤其是會影響動作的準(zhǔn)確性還是速度，目前未見相關(guān)研究。在航天任務(wù)中，航天員需要佩戴手套抓握扶手固定身體，或者拿取工具進行維修，或者按某個按鈕進行操作，這些動作在太空微重力環(huán)境下將變得非常困難。因此，研究手套如何影響抓握和指點動作對于航天手套設(shè)計，航天任務(wù)設(shè)置等方面有一定的參考意義。

2 研究方法

2.1 被試

南京大學(xué) 40 名本科生和研究生(男18女21),一名被試因身體原因退出實驗，均為右利手,年齡在18-25歲之間,所有的被試無神經(jīng)系統(tǒng)及運動系統(tǒng)的疾病史，左右手臂都能自由伸展，視力或矯正視力正常，沒有色盲或者色弱，被試均是自愿參加實驗，且事先不了解實驗?zāi)康?，實驗結(jié)束后會支付所有被試相應(yīng)的報酬。

2.2 方法

2.2.1 實驗設(shè)備和材料

本實驗在室內(nèi)日光燈照射環(huán)境下進行。被試的動作數(shù)據(jù)通過OPTOTRAK Certus 三維運動捕獲系統(tǒng)(Northern Digital,Canada)來進行采集，采樣頻率為200 Hz,即每秒鐘會收集被試200 個運動數(shù)據(jù)。抓握任務(wù)采用寬度不同的兩種木塊，其中大木塊的規(guī)格是:10 cm × 5 cm × 1.5 cm。小木塊的規(guī)格是:10 cm × 2 cm × 1.5 cm。指點任務(wù)采用直徑不同的兩種紙片，其中大紙片的直徑為 5 cm，小紙片的直徑為 2 cm。

實驗處理使用的手套有兩種，如圖1所示，其中薄手套平鋪時長22 cm，掌寬10 cm，純棉材質(zhì)，手掌部有防滑硅膠，厚度約為0.5 mm，適用于日常生活;厚手套平鋪時長 27 cm，掌寬12 cm，材質(zhì)為芳綸+nomex混紡，雙面點硅膠，厚度約為3 mm，用于模擬航天手套(實際艙外航天手套更厚)。

(a)薄手套 (b)厚手套

2.2.2 實驗設(shè)計

實驗采取 的被試內(nèi)設(shè)計，被試分別用左手、右手在3種不同實驗條件下(裸手，戴薄手套，戴厚手套)完成實驗任務(wù)。在抓握任務(wù)中有4個因變量指標(biāo)，為反應(yīng)時、峰值速度、運動時、最大抓握孔徑，但是在指點任務(wù)中只有反應(yīng)時、峰值速度、運動時3個因變量指標(biāo)。研究的因變量由軟件計算，反應(yīng)時為被試手部動作速度達到20 mm/s的時間；運動時間是手部動作的速度大于20 mm/s到速度小于50 mm/s的時間；峰值速度(mm/s)是被試從離開開始按鈕到拿起物品的過程中手腕的最大運動速度；最大抓握孔徑(peak grip aperture,PGA)是被試運動過程中的食指和拇指之間最大的距離。我們把PGA歸為動作準(zhǔn)確性的指標(biāo)，而峰值速度和運動時則歸為動作敏捷性指標(biāo)。

2.2.3 實驗程序

被試坐在桌前，身體與桌子的距離約為10厘米，在實驗過程中被試需要佩戴閉環(huán)設(shè)置(有視覺反饋)的液晶眼鏡，在被試右手的食指上貼上運動傳感器marker 點。以被試身體中心線為基線在正前方設(shè)置起始點，離起始點20厘米或40厘米處會呈現(xiàn)刺激物。被試的右手(左手)在每次運動前，放置于起始點處。主試會告知被試接下來的任務(wù)動作類型(指點/抓握)，要求被試在眼鏡打開獲得視覺反饋后盡可能快而準(zhǔn)確地做出反應(yīng)和完成動作。在抓握任務(wù)中，被試需要完成用食指和拇指抓握木塊的中間部位的動作;在指點任務(wù)中，被試需要完成用食指指點紙片中心紅點的動作。正式實驗之前，先進行練習(xí)實驗，練習(xí)實驗數(shù)據(jù)不用于分析。

實驗有2 × 3共6種實驗條件，在每種實驗條件下，刺激材料隨機呈現(xiàn)，兩種不同尺寸(大/小)的長方體木塊，放在兩個不同位置(遠/近)，每種情況重復(fù)四次，被試需完成2(抓握指點任務(wù)) × 4 (材料情況) × 4(重復(fù)次數(shù))共32個試次。在實驗的每種條件結(jié)束后，被試會獲得 5分鐘的休息時間。整個實驗被試需完成32×6=192個試次。

3 結(jié)果

數(shù)據(jù) (剔除平均數(shù)上下三個標(biāo)準(zhǔn)差以外的數(shù)據(jù)) 采用SPSS 22.0 統(tǒng)計學(xué)軟件分析，抓握任務(wù)的重復(fù)測量方差分析結(jié)果見表1，指點任務(wù)的結(jié)果見表2。

表1 抓握任務(wù)的重復(fù)測量方差分析結(jié)果

表2 指點任務(wù)的重復(fù)測量方差分析結(jié)果

3.1 抓握任務(wù)中的各因變量分析

(1)PGA

對PGA進行2 (左右手) × 3(手套厚度) 兩因素重復(fù)測量方差分析，結(jié)果表明手套厚度的主效應(yīng)顯著，F(xiàn)(2,29) = 27.941,P<0.001,η2= 0.658，事后檢驗發(fā)現(xiàn)裸手下的PGA顯著小于薄手套和厚手套情況下的，薄手套下的PGA也顯著小于厚手套下的(P<0.05)，如圖2所示；左右手的主效應(yīng)不顯著；左右手與手套厚度的交互作用也不顯著。

圖2 抓握任務(wù)下最大抓握孔徑上的均值比較

(2)反應(yīng)時

對反應(yīng)時進行2 (左右手) × 3 (手套厚度) 兩因素重復(fù)測量方差分析，結(jié)果表明左右手、手套厚度的主效應(yīng)均不顯著，左右手與手套厚度的交互作用也不顯著。

(3)峰值速度

對峰值速度進行2 (左右手) × 3(手套厚度) 兩因素重復(fù)測量方差分析，結(jié)果表明左右手、手套厚度的主效應(yīng)均不顯著，左右手與手套厚度的交互作用顯著，F(xiàn)(2,29) = 6.846,P<0.05,η2= 0.321，簡單效應(yīng)分析表明：在薄手套的情況下，右手運動的峰值速度顯著大于左手的(P<0.05)。

(4)運動時間

對峰值速度進行2 (左右手) × 3(手套厚度) 兩因素重復(fù)測量方差分析表明，左右手、手套厚度的主效應(yīng)均不顯著，左右手與手套厚度的交互作用也不顯著。

3.2 指點任務(wù)中的因變量分析

(1)反應(yīng)時

對反應(yīng)時進行2(左右手) ×3(手套厚度) 兩因素重復(fù)測量方差分析表明，左右手、手套厚度的主效應(yīng)均不顯著，左右手與手套厚度的交互作用也不顯著。

(2)峰值速度

對峰值速度進行2(左右手) ×3(手套厚度) 兩因素重復(fù)測量方差分析表明，左右手、手套厚度的主效應(yīng)均不顯著，左右手與手套厚度的交互作用也不顯著。

(3)運動時間

對運動時間進行2 (左右手) ×3 (手套厚度) 兩因素重復(fù)測量方差分析表明，手套厚度的主效應(yīng)顯著，F(xiàn)(2,26) = 3.842,P<0.05,η2= 0.228，事后檢驗發(fā)現(xiàn)裸手和薄手套下的運動時間顯著小于厚手套情況下的(P<0.05)，而裸手和薄手套之間無顯著差異，如圖3所示；左右手的主效應(yīng)不顯著，左右手與手套厚度的交互作用也不顯著。

圖3 指點任務(wù)下運動時間的均值比較

4 討論

航天服手套是航天服的重要組成部分，提供了航天員手部的操作活動能力和必要的防護性能[20]，研究手套厚度對手部動作的影響在航天領(lǐng)域也有一定的現(xiàn)實意義；在目標(biāo)導(dǎo)向運動中，提高動作的準(zhǔn)確性需要以降低速度為代價[18]。那么戴手套是否會對這種相互關(guān)系產(chǎn)生影響呢？因此本研究通過評估在裸手、戴薄手套、厚手套3種情況下完成抓握、指點動作的表現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)在抓握過程中，手套厚度會影響抓握動作的準(zhǔn)確性，但幾乎不影響動作的敏捷性/速度，而在指點動作任務(wù)中，手套厚度會影響完成任務(wù)的運動時間。

(1)手套厚度影響抓握動作的準(zhǔn)確性。當(dāng)指向或者抓握物體時，動作速度快則準(zhǔn)確性降低，而動作更準(zhǔn)確則速度會變慢[18]。最大抓握孔徑是受抓握物對象大小影響的，但當(dāng)面對大小相同的抓握對象，最大抓握孔徑(PGA)越大，說明被試抓握動作越不準(zhǔn)確。實驗結(jié)果表明戴厚手套的情況下的最大抓握孔徑(M=70.290 mm)顯著大于裸手情況下(M=58.452 mm)和戴薄手套(M=61.522 mm)情況下的最大抓握孔徑，戴薄手套情況下的PGA也顯著大于裸手下的，即被試在戴厚手套或者薄手套進行抓握時準(zhǔn)確度下降，說明手套厚度會影響手部動作的準(zhǔn)確性。同時觀察PGA的變化趨勢可以發(fā)現(xiàn)，PGA隨著手套厚度的增加而增大，手套厚度越大，動作的準(zhǔn)確性下降越大。但在反應(yīng)時、運動時間等指標(biāo)上，手套厚度之間無顯著差異，表明戴手套不影響手部動作速度，也就是說手套厚度沒有影響手部動作的敏捷性。

(2)手套厚度影響指點動作的運動時間。裸手和薄手套下的運動時間顯著小于厚手套情況下的，而裸手和薄手套之間無顯著差異。這表明在戴厚手套的情況下，被試在完成指點動作時會花費更多的時間，被試動作的平均速度下降，也就是說手套厚度會影響指點動作的速度。

(3)另外，在對指點任務(wù)中的材料變量進行3(手套厚度)× 2(距離遠近)× 2(材料大小)的重復(fù)測量方差分析后，我們發(fā)現(xiàn)在指點動作中，即使是戴上手套，刺激材料的大小和遠近對運動時間也有顯著影響，這與菲茨定律(Fitts’Law)是一致的，任意一點移動到目標(biāo)中心位置所需的時間，與該點到目標(biāo)的距離和目標(biāo)的大小有關(guān)[21]。本次指點實驗數(shù)據(jù)結(jié)果顯示，紙片距離對左手和右手的運動時間都存在顯著影響(P<0.05)，菲茨定律在被試戴上手套完成任務(wù)時也依舊成立。

本研究表明，戴手套會降低抓握動作中的準(zhǔn)確性，以及降低指點動作的平均速度；按照速度-準(zhǔn)確性權(quán)衡的關(guān)系，準(zhǔn)確性降低時，速度應(yīng)該有所提升，這可能是由于手套厚度的影響，使得這一相互關(guān)系在橫向比較上不成立。宇航員在完成太空作業(yè)，如修復(fù)航天器、組建或維修空間站等需要抓握工具或者按按鈕，從本實驗可以看出手在完成抓握或指點動作時對手套厚度敏感。因此，在航天環(huán)境中，建議增大航天作業(yè)所使用的裝備部件的體積，這樣方便宇航員完成更穩(wěn)定更準(zhǔn)確的抓握，或者在航天手套制作中，盡可能的減少手套厚度，以此增加艙外戴手套的作業(yè)效率。

5 結(jié)論

(1)手套厚度影響抓握動作的準(zhǔn)確性，動作的準(zhǔn)確性隨著手套厚度的增加而下降。

(2)手套厚度影響指點動作的運動時間(速度)。

(3)在戴手套進行指點動作時，其動作規(guī)律也符合菲茨定律。