近日，來(lái)自東京大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)在The Proceedings of the National Academy of Sciences（PNAS）上發(fā)表了一篇題為“Spatiotemporal dynamics of odor representations in the human brain revealed by EEG decoding”的研究（圖1）。為了研究嗅覺(jué)感知如何在人腦的空間和時(shí)間中出現(xiàn)，研究人員對(duì)腦電圖的10種不同感知?dú)馕兜姆磻?yīng)進(jìn)行了時(shí)間分辨多變量模式分析，并將由此產(chǎn)生的解碼精度與感知和源活動(dòng)相關(guān)聯(lián)。

目前的研究中，研究人員基于頭皮記錄測(cè)試的10種具有不同感知質(zhì)量的氣味源活動(dòng)，調(diào)查了人腦中氣味表征的時(shí)空出現(xiàn)（圖2）。使用時(shí)間分辨表征分析在傳感器和源級(jí)別評(píng)估感知和大腦活動(dòng)之間的表征相似性（圖3），研究人員確定了氣味信息在嗅覺(jué)處理過(guò)程中的時(shí)間和地點(diǎn)（圖4）。研究人員為了捕捉所呈現(xiàn)氣味的感知特征使用了大量的語(yǔ)言描述符，并將評(píng)級(jí)質(zhì)量視為整個(gè)嗅覺(jué)感知空間中感知結(jié)構(gòu)的度量，包括從不愉快到愉快的愉快范圍，這是*嗅覺(jué)感知的顯著維度。此外，研究人員還獲得了單極愉快（中性到愉快）和不愉快（中性到不愉快）的感知評(píng)級(jí)，并分別評(píng)估了這些方面的神經(jīng)表征。通過(guò)這種方式，檢查了嗅覺(jué)感知的神經(jīng)表征何時(shí)何地出現(xiàn)，以及它們?cè)诟兄牟煌矫嬗泻尾煌?/section>

 

圖2 人腦中氣味表征的時(shí)空出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)（圖源：[1]）

 

圖3 氣味信息表示的時(shí)間動(dòng)態(tài)（圖源：[1]）

 

圖4 大腦中氣味表征的時(shí)空演化（圖源：[1]）

綜上表明，個(gè)體氣味的神經(jīng)表征在350毫秒時(shí)*大程度地分離。感知表征出現(xiàn)在解碼峰值之后：從300毫秒開(kāi)始的單極不愉快（中性到不愉快），氣味開(kāi)始后500毫秒，所有這些感知表征在600毫秒后達(dá)到*大值。根據(jù)解碼精度計(jì)算，在氣味開(kāi)始后100到350毫秒時(shí)位于初級(jí)和次級(jí)嗅覺(jué)區(qū)域及其周圍。氣味表征隨后擴(kuò)展到與情緒、語(yǔ)義和記憶處理相關(guān)的更大區(qū)域，這些后期區(qū)域的活動(dòng)與感知顯著相關(guān)。

大腦對(duì)難聞氣味的早期感知

是針對(duì)潛在**危險(xiǎn)的預(yù)警

 

在當(dāng)前的研究中，我們?cè)谂袛嘀霸u(píng)估的神經(jīng)處理階段。測(cè)量神經(jīng)和行為延遲的未來(lái)研究將導(dǎo)致對(duì)嗅覺(jué)感知如何展開(kāi)的更深入了解。當(dāng)在更自然的條件下研究嗅覺(jué)加工時(shí)，也可以應(yīng)用這種方法，例如，氣味帶有上下文線索，如氣味來(lái)源的知識(shí)，這可能會(huì)改變嗅覺(jué)加工的時(shí)間順序。

大腦對(duì)氣味的檢測(cè)發(fā)生在參與者有意識(shí)地感知?dú)馕吨埃钡綆装俸撩牒蟛虐l(fā)生。“我們的研究表明，感知的不同方面，特別是宜人的氣味是通過(guò)不同的空間和時(shí)間皮層處理出現(xiàn)的，”研究主導(dǎo)人加藤教授說(shuō)道。

“大腦比感知更早判斷出不愉快的味道。”同樣來(lái)自農(nóng)業(yè)與生命科學(xué)研究生院的項(xiàng)目副教授Masako Okamoto解釋道(圖5) 。當(dāng)發(fā)出令人不快的氣味（如腐爛和腐臭的氣味）時(shí)，參與者的大腦*早可以在氣味出現(xiàn)的300毫秒將它們與中性或令人愉快的氣味區(qū)分開(kāi)來(lái)。然而，直到500毫秒之后，大腦中才會(huì)出現(xiàn)令人愉悅的氣味（例如花香和水果氣味），這與氣味的質(zhì)量也被表征的時(shí)間差不多。從氣味開(kāi)始后的600-850毫秒，大腦中與情感、語(yǔ)義（語(yǔ)言）和記憶處理相關(guān)的重要區(qū)域開(kāi)始參與*多。

圖5 Masako Okamoto教授對(duì)大腦氣味判斷的解釋（圖源：[2]）

對(duì)難聞氣味的早期感知可能是針對(duì)潛在危險(xiǎn)的預(yù)警系統(tǒng)。“每個(gè)感覺(jué)系統(tǒng)**神經(jīng)系統(tǒng)的方式在感覺(jué)模式（氣味、光、聲音、味覺(jué)、壓力和溫度）上都不同。闡明大腦嗅覺(jué)感知出現(xiàn)的時(shí)間和地點(diǎn)有助于我們了解嗅覺(jué)是如何產(chǎn)生的。”加藤教授說(shuō)道。“我們還認(rèn)為我們的研究具有更廣泛的方法學(xué)意義。例如，頭皮記錄的腦電圖可以讓我們?cè)u(píng)估早在100毫秒時(shí)間段內(nèi)的氣味表現(xiàn)。”

這種關(guān)于我們大腦如何處**味的高分辨率成像可能是未來(lái)更好地了解神經(jīng)退行性**機(jī)制的墊腳石，例如帕金森病和阿爾茨海默病，其中嗅覺(jué)功能障礙是早期預(yù)警信號(hào)。該團(tuán)隊(duì)將進(jìn)一步深入探索相關(guān)研究機(jī)制。加藤教授說(shuō)道：“在我們的日常生活中，氣味與視覺(jué)等其他感??信息一起被感知，每種感覺(jué)都會(huì)影響另一種感覺(jué)，雖然我們?cè)谀壳暗难芯恐袉为?dú)提出了嗅覺(jué)刺激，但我們認(rèn)為在更自然的條件下分析大腦活動(dòng)，例如用電影呈現(xiàn)氣味，也是很重要的。”也許 Smell-O-Vision（嗅覺(jué)電視）會(huì)再次卷土重來(lái)！

上一篇：Nature證實(shí)，不是β淀粉樣蛋白導(dǎo)致阿爾茲海默癥！
下一篇：同源還是異源？BMJ超1億人入組研究，探究新冠疫苗有效性