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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(xué)報 閱讀：1.1萬
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(xué)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,?！币晃粐H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(xué)環(huán)境的時間極限,。”論文通訊作者周雯對《中國科學(xué)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,。”周雯解釋說,。
“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,?！彼a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?、周雯團隊博士后毋愚力說。
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,?！霸撗芯坎捎玫臍馕冻尸F(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,。”周雯說,，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(xué)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(xué)二級分支學(xué)科基礎(chǔ)心理學(xué)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）