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人類嗅覺時間分辨率測定
2024/10/22 17:26 來源：中國科學報 閱讀：1.4萬
汽車的尾氣、咖啡的香味,、烤肉的煙熏味……走在大街上,，人們能通過不同氣味判斷其所處空間位置的變化，并在不知不覺中產(chǎn)生愉悅或不愉悅的情緒反應(yīng),。
盡管如此,，與視覺、聽覺相比,，嗅覺常被認為是人類反應(yīng)最遲鈍的感官,。其中一部分原因是，氣味是飄忽不定的,，人們通常在吸氣時才能感知氣味,，這使得在實驗中很難高精度地捕捉人類嗅覺的時間分辨能力，從而限制了人們對嗅聞速度和區(qū)分味道能力的準確評估,。
現(xiàn)在,，中國科學院心理研究所研究員周雯團隊開發(fā)了一款高時間精度的“嗅覺儀”,，首次將對人類嗅覺時間分辨率的認識提升至“毫秒級”，并發(fā)現(xiàn)人類嗅覺能感知間隔60毫秒—— 一次眨眼時長的1/3呈現(xiàn)的兩種氣味分子順序上的差異,。日前,，相關(guān)研究成果發(fā)表于《自然-人類行為》。
“這項研究為人類嗅覺的高時間分辨率提供了強有力的證據(jù),，表明嗅覺的時間分辨率甚至可以與視覺相媲美,。”一位國際審稿人評價說,。
巧妙開發(fā)“嗅覺儀”
人類的視覺,、聽覺對時間的分辨能力通常以“毫秒”為尺度來計算，相比之下,，人們對自身嗅覺時間分辨能力的了解則十分有限,。
“對于人與其他哺乳動物來說，嗅覺一般依賴于在吸氣過程中聞到的氣味,。人類的吸氣通常持續(xù)1~3秒,，這曾被認為設(shè)定了嗅覺感知化學環(huán)境的時間極限?！闭撐耐ㄓ嵶髡咧荟Α吨袊茖W報》說,。
在一次吸氣時，人類的鼻子對氣味成分的動態(tài)感知究竟有多敏感,？周雯對此十分好奇,。但回答這個問題，首先要越過過往實驗中的一系列障礙,。例如如何控制飄忽不定的氣味,、如何在一次吸氣中精確控制氣味呈現(xiàn)的時間、如何控制不同氣味呈現(xiàn)的時間間隔和順序等,。
工欲善其事,，必先利其器。周雯團隊經(jīng)過一次次嘗試,，開發(fā)出一種能以高時間精度控制氣味呈現(xiàn)的“嗅覺儀”,，掃除了這些“攔路虎”。該裝置能夠鎖定吸氣的開始時間,，并在一次吸氣中將不同氣味以一定的時間間隔依次呈現(xiàn)于鼻腔,，且時間間隔精度控制在18毫秒內(nèi)。
人眨眼一次用時約180毫秒,，這意味著該裝置的氣味呈遞精度比眨眼快得多,。這是如何做到的,？
“我們的儀器其實很簡單,，它有一個比較巧妙的點——直接用吸氣產(chǎn)生的負壓控制氣流,，進而將氣味傳遞至鼻腔。同時,，我們借助單向閥控制氣味通道的開關(guān),，單向閥的打開源于吸氣產(chǎn)生的壓強差，不吸氣時,，閥門則保持關(guān)閉,，阻止氣味以布朗運動方式彌散?！敝荟┙忉屨f,。
“通過這個裝置，只要控制不同氣味通道的長度,，就能控制兩種氣味在一次吸氣中到達鼻腔的先后和時間間隔,。”她補充說,。
首次評估嗅覺時間分辨率
“利器”在手,，周雯團隊招募了229名受試者參與嗅覺實驗，這些受試者年齡在18~30歲之間,，嗅覺健康,，無吸煙史，無呼吸道疾病,。
研究團隊為受試者呈現(xiàn)不同順序的氣味分子序列——包括類似蘋果,、洋蔥、檸檬,、花香氣味的化合物,，并控制這些氣味分子呈現(xiàn)的相對時間間隔在約20毫秒到400毫秒的范圍內(nèi)變化，以測查受試者的嗅覺時間敏感性,。此外,，他們還請受試者對氣味混合物與單獨氣味的成分相似性進行評分。
研究發(fā)現(xiàn),，當兩種氣味分子呈現(xiàn)間隔僅為60毫秒時,，受試者即可分辨出由兩者組成的氣味序列的異同?！?0毫秒大約是一次眨眼時長的1/3,，接近于視覺對紅綠閃爍的分辨率?！敝荟┱f,，在兩種氣味分子以順序和逆序呈現(xiàn)的背景下，其絕對時間差相當于兩個60毫秒,，即120毫秒,。
研究還發(fā)現(xiàn),，當兩種氣味成分的呈現(xiàn)間隔時間延長到100~200毫秒時，受試者會感覺混合物聞起來更像先呈現(xiàn)的氣味成分,?！斑@表明在對氣味混合物的感知中，先呈現(xiàn)的氣味成分對于氣味整體性的知覺更加重要,?！闭撐牡谝蛔髡摺⒅荟﹫F隊博士后毋愚力說,。
3位國際審稿人對這項研究的創(chuàng)新方法與結(jié)論均給予了高度評價,。“該研究采用的氣味呈現(xiàn)儀器簡單而‘優(yōu)雅’,，達到了令人印象深刻的時間精度,，人類能夠區(qū)分如此短的非同步氣味刺激非常令人驚訝！”一位國際審稿人寫道,。
你的嗅覺比想象的更靈敏
“無論對人還是動物而言,，嗅覺的重要意義都不應(yīng)被低估?！敝荟┱f,，嗅覺在人與動物的情緒調(diào)節(jié)、社交互動,，乃至疾病預(yù)測中都發(fā)揮著至關(guān)重要的作用,。以蜜蜂為例，它們的嗅覺不僅用于尋找食物,、導(dǎo)航,，還在社會交流中扮演重要角色。
有趣的是,，一些嗅覺超群的人,，如蘇格蘭退休護士Joy Milne，甚至能夠辨別出帕金森病患者特有的“麝香”體味,。研究者據(jù)此在帕金森患者皮膚上發(fā)現(xiàn)了一些獨特的化學分子,，可能為帕金森病早期診斷提供新的可能性。
感知覺研究是心理學二級分支學科基礎(chǔ)心理學重要的研究課題,。過去15年,，周雯帶領(lǐng)團隊做出的系列研究表明，人類的嗅覺遠比想象的要敏銳得多,。例如,，嗅覺不僅可以作為空間導(dǎo)航的重要線索，還會影響人們對視覺客體的感知，甚至能根據(jù)不同氣味感知性別,、了解性取向,。
在周雯看來，當前嗅覺研究仍然大有可為,。例如，盡管視覺和聽覺編碼的研究已經(jīng)較為深入,，但“氣味編碼”研究仍是短板,。同時，現(xiàn)代機器人已經(jīng)具備視覺和觸覺,，但尚未完全發(fā)展出嗅覺功能,，未來如果將嗅覺納入機器人的感知系統(tǒng)，可能有助開啟新的應(yīng)用領(lǐng)域,。
她表示,，此次研究為氣味客體的“時間編碼”提供了行為證據(jù)，加深了人們對氣味感知背后的時間維度的理解,，也為設(shè)計電子鼻和嗅覺虛擬現(xiàn)實設(shè)備提供了靈感,。（記者 馮麗妃）