1. 手のひらは、どうして ゆびさきより かんじにくいの?
1. 同じ手なのに、指先と手のひらで感じ方がちがう
1. 受容器の密度は指先で約241個/cm²、手のひらで約58個/cm²(推定)
つくえに ざらざらの 紙を おいて、目を とじて さわって みます。ゆびさきなら、「ざらざらだ」と すぐ わかります。手のひらでは、ゆびさきよりも ぼんやりして います。
ある けんきゅうでは、手の ひふの 中に ある、さわった ことを つたえる しくみの かずを しらべました。1 へいほうセンチメートルあたり、ゆびさきで 241こ、手のひらで 58こと みつもられて います[3]。手のひらは、ゆびさきの 4ぶんの 1ぐらいです。ただし これは ひふの 中を しらべた みつもりで、ぴったりの かずでは ありません。
ゆびさきには、ごく ちいさな でこぼこや、ものが すべりそうな ようすを つかまえる しくみが、とても たくさん あると せつめいされて います[4]。
では、かんじにくい 手のひらは、いらないのでしょうか。じつは ものを にぎる とき、いちばん いそがしいのは 手のひらです。
目を閉じて、机に置いた紙を指先でなでると、ざらざらかどうかはすぐ分かります。手のひらでなでると、同じ紙でも感じ方がぼんやりします。
手の毛のない皮膚には、触覚を伝える受容器が入っています。その数を調べた1979年の研究では、受容器の密度は手のひらから指先へ向かって高くなっていました。推定された値は、1平方センチメートルあたり指先で約241個、手のひらで約58個です[3]。指先の約241個を、手のひらの約58個で割ると約4.2倍です。手のひらの値は指先の4分の1ほどです。この数は神経の記録から見積もった推定で、決まった値ではありません。
指先では、とても細かなでこぼこや、物が滑りかけるようすを感じ取る受容器が、特に多く集まっていると説明されています[4]。指先は「細かく調べるセンサー」の役を受け持っているわけです。
では、感度の低い手のひらは、手の中で何をしているのでしょうか。答えは、物を握る場面で見えてきます。
机に置いた紙を目を閉じてなでると、指先ではざらつきがはっきり分かるのに、手のひらでは同じ紙でも輪郭がぼやける。この差は、皮膚の中の受容器の密度にも表れる。
ヒトの手の毛のない皮膚では、低閾値の機械受容ユニットの密度が手のひらから指先へ向かって高くなる。推定の絶対密度は、指先で約241個/cm²、手のひらで約58個/cm²で、241÷58≒4.2、つまり手のひらは指先の約4分の1である[3]。ただしこの値は、記録した神経の数から見積もった推定であり、固定した数ではない。
指先の触覚の空間分解能が高いことは、指先に速順応型などの受容器が極めて高い密度で分布することと結びつけて説明される。指でつまんだ物の滑りを検知するのも、この種の受容器だとされる[4]。
とすると、手のひらは「感度の低い、指先の劣化版」なのか。そうは考えにくい。握る動作の分担を見ると、手のひらにはまったく別の仕事がある。
2. ものを ぎゅっと にぎる とき、手のひらは なにを するの?
2. 握るとき、手のひらは「受け止める台」になる
2. 握りの2つの型と、手のひらの溝・アーチ
ものの にぎりかたには、おおきく 2つ あります。ひとつは、ゆびさきで ちいさな ものを つまむ にぎりかた。もうひとつは、ゆびを まげて、ゆびと 手のひらで ものを はさむ にぎりかたです[1]。
ぼうを ぎゅっと にぎるのは、あとの ほうです。おやゆびが 手のひらの ほうから おし かえして、ものを しっかり おさえます[1]。
手のひらの ひふには、ふかい みぞや あさい みぞが はしって います[2]。ゆびを まげたり、ものを つつんだり する とき、この みぞの ところで ひふが おりたたまれます。ノートの とじめのように、まがりやすい ところの しるしだと かんがえると わかりやすいです。ただし これは わかりやすく した たとえで、みぞの やくわりを しらべた けっかでは ありません。
ゆびさきが「くわしく しらべる」係なら、手のひらは「どっしり うけとめる」係です。そして この 手のひらには、もうひとつ ふしぎな はたらきが あります。
物の握り方は、大きく2つに分けられます。1つは、指先と親指の腹で小さな物をつまむ「精密グリップ」。もう1つは、曲げた指と手のひらで物をはさみ、親指が手のひらの面に近い位置から押し返す「パワーグリップ」です。この2つの型は、1956年にナピアが手の動きを分析して整理しました[1]。
金づちや傘の柄を握るのは、パワーグリップです。このとき手のひらは、曲げた指と向かい合う「受け止める台」になります。細かく感じ取る仕事は指先に任せ、手のひらは広い面で物を支えている、と考えると分かりやすくなります。
手のひらの皮膚には、皮脂腺がありません。その代わりに掌紋があり、運動ひだと呼ばれる溝が何本も走っています[2]。手を握るときは、この溝のところで皮膚が折りたたまれます。また、手には横・縦・斜めのアーチがあり、握ったり細かく動かしたりするときに関わるとされています[2]。
形のうえでは、手のひらは握るのに向いています。では、そこから出る「汗」は、握りにどう関わるのでしょうか。
握りの型は、大きく2つに整理される。指先と親指の腹で物をつまむ精密グリップと、曲げた指と手のひらで物をはさみ、親指が手のひらの面に近い位置から押し返すパワーグリップである。この分類は、ナピアが手の動きを解剖学と機能の両面から分析したものにもとづく[1]。
パワーグリップでは、物は指と手のひらの間に押しつけられるので、手のひらは「押し返される面」として働く。一方、精密グリップでは、前章の密度の差が示すとおり、感度の高い指先が主役になる。つまり、同じ手の中で、細かく調べる部分と、広い面で支える部分とが、動作ごとに入れ替わる。
手のひら側の皮膚には皮脂腺がなく、掌紋があり、運動ひだと呼ばれる溝が走る。さらに、親指の対立運動によって把持が成り立つこと、横・縦・斜めの手のアーチが握りと細かな動きに関わることも説明されている[2]。なお、運動ひだが握りやすさを高めているかどうかを直接調べた資料は、今回は使っていない。溝が曲がる位置に対応する、という説明にとどめる。
こうして、手のひらには、握るときに物を支えるアーチや溝がある。ただし握りを左右する条件は形だけではない。手のひらの皮膚の表面にある汗も、握る力に影響するらしい。
3. 手のひらだけ あせが でるのは、どうして?
3. 暑くないのに、手のひらだけ汗をかくのはなぜ
3. 精神性発汗と温熱性発汗 ── 手のひらは前者が出る場所
はっぴょうかいの まえに、手のひらが じっとり したことは ありませんか。さむい 日でも、そう なります。
汗には 2しゅるい あります。あつい とき、からだを ひやす ための 汗と、どきどき した とき でる 汗です。どきどきの 汗は、手のひらや 足の うら、わきに よく でます[5]。あつさの 汗は、手のひらと 足の うら いがいで、おもに でます[5]。
ここで、きに なる ことが あります。どうして 手のひらは、どきどきすると 汗が でるのでしょう。「すべりどめの ため」と はっきり かいた しりょうは、みつかって いません。ただ、手のひらの 汗が 手の はたらきに かんけいして いることは、つぎの けんきゅうで わかって います。
発表会の前や、順番を待つ間に、手のひらがじっとりしたことはないでしょうか。気温は暑くないのに、です。
汗には、大きく2種類あります。暑さに反応して体を冷やす「温熱性発汗」と、緊張で出る「精神性発汗」です。精神性発汗は手のひら、足の裏、わきに限ってみられ、快適な気温でも起こります。体温を調節する汗は、手のひらや足の裏以外の体の表面で主に起こります[5]。
手のひらの汗は、体を冷やす役とは別の場所に出ている、ということになります。それなら何のためなのか。「滑り止めのために進化した」と直接述べた資料は、見つかっていません。ただし、手のひらの汗が手の働きに関わることを示す研究はあります。
人前に出る直前、気温と関係なく手のひらが湿る経験は多い。汗は、体温調節の温熱性発汗と、精神的な緊張で出る精神性発汗に分けられ、精神性発汗は手掌・足底・わきに限ってみられ、快適な温度環境でも起こる。温熱性発汗は、手掌・足底以外の体表で主に起こる[5]。
手のひらは、体を冷やす主役の場所ではないのに、緊張すると汗が出る場所でもある。この対応は、汗の目的についての疑問を生む。ただし、手のひらの汗が滑り止めとして進化したと直接述べる資料は見当たらないため、目的は断定せず、手の働きに関わるかどうかという実験の側から見る。
4. 汗は、おおいほど すべりにくいの?
4. 汗は多すぎても、少なすぎても滑りやすい
4. 摩擦が最大になる「中程度の湿り気」と、汗を減らした実験
汗が ないほうが、きれいに にぎれそうです。ところが、そうでも ないようです。
ゆびと ガラスの あいだの すべりにくさを しらべた けんきゅうでは、さわってから 数十びょうの あいだに、すべりにくさが 10ばいほどに ふえる ことが ありました。汗が ひふの みぞの でぐちを ふさぐ せいだと せつめいされて います[4]。
でも「汗が おおいほど いい」わけでは ありません。ほどよく しめった ときに、いちばん すべりにくい という ほうこくが あります。しめりすぎても、かわきすぎても、にぎる ちからが たくさん いります[4]。
手のひらに 汗が おおい 人 13人が きょうりょくした けんきゅうでは、くすりで 汗を へらすと、にぎる ちからと、ものが ずり おちない ための よゆうが ともに さがり、汗が もどると すこしずつ もとに もどりました[6]。手のひらの 汗は、手の はたらきに かんけいして いるようです。
汗がない乾いた手のほうが、よくつかめそうに思えます。実験の結果は、そう単純ではありません。
指と平らなガラスなどの間の摩擦を調べた研究では、指を当ててから数十秒の間に、摩擦が約10倍に増えることがありました。汗が皮膚の溝の出口をふさぐからだ、と説明されています。一方で、摩擦が最大になるのは中くらいの湿り気のときだという報告もあり、湿りすぎても乾きすぎても、物を支えるのに強い握力が要ります[4]。つまり、「汗が多いほど止まる」わけではありません。
手のひらの汗を薬で減らしたところ、指と滑らかなプラスチックの間の摩擦が有意に下がったという報告もあります。これは別の総説に引用されたものです[7]。
また、手のひらに汗が多い人13人が協力した研究があります。ボツリヌス毒素で汗を減らすと、利き手の握る力と、物が滑り落ちないための余裕が下がり、汗が戻るにつれて少しずつ回復しました[6]。これは汗が多い人たちの結果であり、健康な人の「汗で握力が上がる」ことの証明ではありません。それでも、手のひらの汗が握りの働きに関わるという手がかりにはなります。
ここまでで、手のひらは握る台座、汗はその調整役とみられることが分かりました。もう1つ、指先にある指紋はどうでしょうか。
手が乾いているほうがよく握れそうだが、実験はそう単純ではない。指と平滑面(ガラスなど)の摩擦係数は、接触後の数十秒で約1桁増えることがあり、汗が皮膚の溝の出口をふさぐことで説明される。ところが、摩擦係数が最大になるのは中程度の湿り気のときだという報告もあり、湿りすぎても乾きすぎても、滑り落とさないために必要な握力が増える[4]。「汗が多いほどよく止まる」とは言えない。
では、手のひらの汗を実際に減らしたらどうなるか。ある総説が引用するスミスらの1997年の報告では、スコポラミンの経皮吸収で手の自発的な発汗を抑えると、指と滑らかなプラスチックの摩擦が有意に下がった[7]。この引用は二次的な紹介であり、原論文の条件までは読んでいない。
手のひらの多汗症の患者13人を対象にした研究では、ボツリヌス毒素で汗を減らすと、利き手の握力と握りの安全余裕が下がり、汗が戻るにつれて徐々に回復した[6]。ただし、多汗症の患者での結果なので、健常な人で汗が握力を上げることの証明にはならない。
以上から、手のひらの汗は握りの働きに関わると考えられる。しかし、前章の「目的」を断定するには足りない。ここで残るのが、指先にある指紋の役わりという、もう1つの未解決の問いだ。
5. 指紋は、すべりどめでは ないの?
5. 指紋は摩擦を増やしていない? ── 研究者の見方が分かれる謎
5. 指紋の溝は接触面積を約3分の1減らす ── 摩擦説と触覚増幅説
ゆびさきの 指紋の みぞは、すべりどめだと おもっている 人が おおいかも しれません。
でも、アクリルの いたを つかった じっけんでは、ゆびの すべりにくさは、ものに ふれる ひろさが ひろいほど 大きく なると かんがえられました。指紋の みぞが あるために、ふれる ひろさは、たいらな 皮膚より 3ぶんの 1ほど すくなく なって いました[8]。指紋が すべりどめに なっているとは、いえない かもしれません。ただし、ざらざらの めんや、ぬれた めんでの はたらきは、まだ わかって いません。
べつの けんきゅうでは、指紋の かたちを まねた センサーで ざらざらの めんを なぞると、ゆびの 中の しくみが よく かんじる ふるえが、ふえました[9]。指紋は、かんじる ちからを たかめて いるのかも しれません。
どちらが ほんとうかは、まだ きまって いません。
指先の渦巻き模様である指紋は、「滑り止め」と思われがちです。ところが、アクリル板を使った実験では、指先はゴムのようにふるまい、摩擦は接触面積に比例すると考えられました。指紋の溝があるために、接触面積は平らな皮膚より約3分の1少なくなっていました[8]。この実験は滑らかな面だけを使っているので、粗い面や濡れた面での役わりはまだ分かっていません。「指紋は無意味」と言い切るのは早すぎます。
別の研究は、触覚のほうに目を向けました。指紋を模したセンサーで粗い面をなぞると、振動が、触覚の受容器であるパチニ小体が敏感な周波数帯に集中しました。このことから、指紋は触覚情報を選んで増幅しているかもしれない、と提案されています。実際の指でも、指紋の向きがなぞる向きに垂直なときに、同様のピークが出ました[9]。
摩擦を増やすのか、触覚を高めるのか。どちらも仮説の段階で、決着はついていません。指先は、手のひらのような「台座」でなく、細かく感じ取る側の道具であることが、この謎からも見えてきます。
指紋は滑り止めだという通説に、2009年のワーマンとエノスの研究が疑問を投げた。指先は硬い固体ではなくゴムのようにふるまい、摩擦は接触面積に比例する。指紋の溝のため、アクリル板との接触面積は平らな皮膚より常に約33%少なかった[8]。つまり、滑らかな面では、指紋が摩擦を増やしている可能性は低い。ただし、粗い面や濡れた面での役わりは未検証であり、「指紋は無意味」とは結論できない。
同じ2009年、シャイベールらは別の説を示した。指紋を模したセンサーで粗い面をなぞると、振動がパチニ小体の敏感な周波数帯に集中し、指紋が触覚情報の選択と増幅をしている可能性が提案された。実際の指でも、指紋の向きが走査方向に垂直なとき、同様のピークが出た[9]。
どちらも仮説の段階である。摩擦説は「滑らかな面」という条件が限界で、触覚説はセンサーと実際の指での結果が土台になっている。手のひらが握りの台座として働くのに対し、指先は、指紋の溝も使って細かな違いを感じ取る。
6. 手で さわり くらべて みよう
6. 自分の手で、指先と手のひらを比べてみる
6. 自分の手で、感度と握りやすさの差を観察する
つくえの 上に、ざらざらの 紙と、つるつるの 紙を おきます。目を とじて、まず ゆびさきで さわります。つぎに 同じ 紙を 手のひらで さわります。どちらが わかりやすいか くらべて みましょう。
もうひとつ。ペットボトルを 手のひらで にぎって みます。手を あらって かわかした すぐ あとと、すこし たってからで、にぎりごこちが かわるか みて みましょう。かわらなくても だいじょうぶです。
手の どこが なにを して いるのか、じぶんの 手で たしかめる ことが できます。
家にあるものだけで、2つ試せます。
1つ目は、感じ方の比べ方です。ざらざらの紙とつるつるの紙を机に置き、目を閉じて、指先で違いが分かるか試します。次に、同じ紙を手のひらでなでます。分かりやすさに差が出るか、書いておきます。
2つ目は、握りやすさの観察です。ペットボトルや傘の柄を握り、手を洗って乾かした直後と、しばらくたったあとで、持ち心地が変わるかを比べます。変わらなくても、それが結果です。
研究では、握りの余裕は握る力と摩擦から測っています。家庭の観察は、その入り口にすぎません。論文は英語のものが多いので、まずは出典欄の日本語の資料から、手の皮膚の説明をたどるのもよいでしょう。
家にあるものでできる観察は2つある。1つ目は、紙の触り比べ。ざらざらの紙とつるつるの紙を、目を閉じて指先と手のひらでなで、違いが分かりやすいのはどちらかを記録する。感度の差は第1章の密度の差で説明できるが、個人差があるので、結果が教科書と同じでなくてもよい。
2つ目は、握りやすさの観察。ペットボトルや傘の柄を握り、手洗い直後と時間がたってからで持ち心地が違うかを比べる。条件(室温・手の乾き具合)をそろえないと、比較にならない。
原典は、ナピアの1956年の論文(出典[1])、ヨハンソンとヴァルボの1979年の論文(出典[3])、アダムスらの2013年の総説(出典[4])から入ると、握り・受容器・摩擦の3つの流れが追える。
しらべた もとの じょうほう
参考にした情報源
参考にした情報源と、その使い方
本文で使った資料です。数値は、どれも条件つきの値です。
- Napier JR「The prehensile movements of the human hand」, J Bone Joint Surg Br, 1956。https://boneandjoint.org.uk/Article/10.1302/0301-620X.38B4.902 (握りの2つの型について。一次文献)
- Wikipedia「手」。https://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%89%8B (手のひらの皮膚、溝、アーチについて。百科事典)
- Johansson RS, Vallbo AB「Tactile sensibility in the human hand」, J Physiol 286:283-300, 1979。https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC1281571 (手のひらと指先の受容器の密度の推定について。要旨の内容)
- Adams MJ ほか「Finger pad friction and its role in grip and touch」, J R Soc Interface, 2013。https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC3565724 (指先の触覚と、湿り気と摩擦の関係について。総説)
- カンゴルー「汗の種類」。https://www.kango-roo.com/learning/2301/ (精神性発汗と温熱性発汗について。看護の学習サイト)
- Chalmers Research「多汗症と握力・摩擦の研究」。https://research.chalmers.se/publication/97217 (手のひらの汗を減らしたときの握る力について)
- Smith らの1997年の報告を引用した総説(UCLouvain 研究リポジトリ)。https://research.dial.uclouvain.be/bitstreams/891e20d9-34ed-415e-bb1b-a0438395b62b/download (発汗を薬で減らしたときの摩擦について。引用による紹介)
- Warman PH, Ennos AR「Fingerprints are unlikely to increase the friction of primate fingerpads」, J Exp Biol, 2009。https://doi.org/10.1242/jeb.028977 (指紋と接触面積の実験について。原論文) 紹介記事:ScienceDaily
- Scheibert J ほか「The role of fingerprints in the coding of tactile information」, Science, 2009。https://arxiv.org/pdf/0911.3226 (指紋と触覚の振動について。プレプリント)
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