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記憶是有味道的，為何氣味會(huì)激發(fā)強(qiáng)烈的情感記憶？

近日，來自東京大學(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）。為了研究嗅覺感知如何在人腦的空間和時(shí)間中出現(xiàn)，研究人員對腦電圖的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)。

圖1 研究成果（圖源：[1]）

研究人員通過一種特制的氣味傳遞裝置收集數(shù)據(jù)，并基于機(jī)器學(xué)習(xí)的頭皮腦電圖分析大腦處**味的方式。這種特制的氣味傳遞裝置可以準(zhǔn)確及時(shí)地傳遞10種不同的氣味。通過佩戴非侵入性頭皮記錄腦電圖帽后，評估受試者的愉快程度并記錄大腦內(nèi)部的信號(hào)。接下來，該團(tuán)隊(duì)基于機(jī)器學(xué)習(xí)的計(jì)算機(jī)分析來處理相關(guān)數(shù)據(jù)，以高時(shí)間分辨率查看大腦中處**味范圍的時(shí)間和地點(diǎn)。

研究發(fā)現(xiàn)：

■ 大腦中的氣味信息在處理的早期階段與感知無關(guān)，但當(dāng)感知發(fā)生后，難聞的氣味比令人愉快的氣味處理得更快；

■ 氣味感知問題可能是神經(jīng)退行性**的早期癥狀，因此揭示更多氣味感知的神經(jīng)基礎(chǔ)可能有助于將來更好地了解這些**。

嗅覺*易感知的

是令人愉悅的氣味

人腦通過區(qū)域內(nèi)和跨區(qū)域的動(dòng)態(tài)計(jì)算將感覺輸入迅速轉(zhuǎn)化為感知。例如，在視覺系統(tǒng)中，已經(jīng)證明低級(jí)視覺特征的神經(jīng)表示向感知的轉(zhuǎn)換發(fā)生在圖像呈現(xiàn)后的幾百毫秒內(nèi)，在此期間大腦區(qū)域的不同組合暫時(shí)或持久地展現(xiàn)信息。生理感覺方面出現(xiàn)味覺刺激被迅速激活（包括初級(jí)味覺區(qū)域在內(nèi)的多個(gè)皮層區(qū)域），同時(shí)出現(xiàn)個(gè)人味覺的神經(jīng)表征。然而，嗅覺具有與其他感官不同的多種感知和神經(jīng)特征。與視覺刺激不同，單獨(dú)的氣味很少形成可辨別的物體，而嗅覺感知*突出的方面是令人愉悅的氣味。而且氣味仍然能喚起除愉悅感之外的多種感知，例如果味和花香感知。

目前的研究中，研究人員基于頭皮記錄測試的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處理過程中的時(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言描述符，并將評級(jí)質(zhì)量視為整個(gè)嗅覺感知空間中感知結(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）的感知評級(jí)，并分別評估了這些方面的神經(jīng)表征。通過這種方式，檢查了嗅覺感知的神經(jīng)表征何時(shí)何地出現(xiàn)，以及它們在感知的不同方面有何不同。

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毫秒開始的單極不愉快（中性到不愉快），氣味開始后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，在氣味開始后100到350毫秒時(shí)位于初級(jí)和次級(jí)嗅覺區(qū)域及其周圍。氣味表征隨后擴(kuò)展到與情緒、語義和記憶處理相關(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)。

大腦對難聞氣味的早期感知

是針對潛在**危險(xiǎn)的預(yù)警

在當(dāng)前的研究中，我們在判斷之前評估的神經(jīng)處理階段。測量神經(jīng)和行為延遲的未來研究將導(dǎo)致對嗅覺感知如何展開的更深入了解。當(dāng)在更自然的條件下研究嗅覺加工時(shí)，也可以應(yīng)用這種方法，例如，氣味帶有上下文線索，如氣味來源的知識(shí)，這可能會(huì)改變嗅覺加工的時(shí)間順序。

大腦對氣味的檢測發(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)人加藤教授說道。

“大腦比感知更早判斷出不愉快的味道?！蓖瑯觼碜赞r(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)分開來。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。從氣味開始后的600-850毫秒，大腦中與情感、語義（語言）和記憶處理相關(guān)的重要區(qū)域開始參與*多。

圖5 Masako Okamoto教授對大腦氣味判斷的解釋（圖源：[2]）

對難聞氣味的早期感知可能是針對潛在危險(xiǎn)的預(yù)警系統(tǒng)。“每個(gè)感覺系統(tǒng)**神經(jīng)系統(tǒng)的方式在感覺模式（氣味、光、聲音、味覺、壓力和溫度）上都不同。闡明大腦嗅覺感知出現(xiàn)的時(shí)間和地點(diǎn)有助于我們了解嗅覺是如何產(chǎn)生的?！奔犹俳淌谡f道?！拔覀冞€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評估早在100毫秒時(shí)間段內(nèi)的氣味表現(xiàn)?！?/section>

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。加藤教授說道：“在我們的日常生活中，氣味與視覺等其他??官信息一起被感知，每種感覺都會(huì)影響另一種感覺，雖然我們在目前的研究中單獨(dú)提出了嗅覺刺激，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?！币苍S Smell-O-Vision（嗅覺電視）會(huì)再次卷土重來！

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記憶是有味道的，為何氣味會(huì)激發(fā)強(qiáng)烈的情感記憶？