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(guò)不同氣味判斷其所處空間位置的變化，并在不知不覺(jué)中產(chǎn)生愉悅或不愉悅的情緒反應(yīng)。

盡管如此，與視覺(jué)、聽覺(jué)相比，嗅覺(jué)常被認(rèn)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(shí)才能感知?dú)馕叮@使得在實(shí)驗(yàn)中很難高精度地捕捉人類嗅覺(jué)的時(shí)間分辨能力，從而限制了人們對(duì)嗅聞速度和區(qū)分味道能力的準(zhǔn)確評(píng)估。

現(xiàn)在，中國(guó)科學(xué)院心理研究所研究員周雯團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一款高時(shí)間精度的“嗅覺(jué)儀”，首次將對(duì)人類嗅覺(jué)時(shí)間分辨率的認(rèn)識(shí)提升至“毫秒級(jí)”，并發(fā)現(xiàn)人類嗅覺(jué)能感知間隔60毫秒—— 一次眨眼時(shí)長(zhǎng)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(xiàng)研究為人類嗅覺(jué)的高時(shí)間分辨率提供了強(qiáng)有力的證據(jù)，表明嗅覺(jué)的時(shí)間分辨率甚至可以與視覺(jué)相媲美。”一位國(guó)際審稿人評(píng)價(jià)說(shuō)。

巧妙開發(fā)“嗅覺(jué)儀”

人類的視覺(jué)、聽覺(jué)對(duì)時(shí)間的分辨能力通常以“毫秒”為尺度來(lái)計(jì)算，相比之下，人們對(duì)自身嗅覺(jué)時(shí)間分辨能力的了解則十分有限。

“對(duì)于人與其他哺乳動(dòng)物來(lái)說(shuō)，嗅覺(jué)一般依賴于在吸氣過(guò)程中聞到的氣味。人類的吸氣通常持續(xù)1~3秒，這曾被認(rèn)為設(shè)定了嗅覺(jué)感知化學(xué)環(huán)境的時(shí)間極限。”論文通訊作者周雯對(duì)《中國(guó)科學(xué)報(bào)》說(shuō)。

在一次吸氣時(shí)，人類的鼻子對(duì)氣味成分的動(dòng)態(tài)感知究竟有多敏感？周雯對(duì)此十分好奇。但回答這個(gè)問(wèn)題，首先要越過(guò)過(guò)往實(shí)驗(yàn)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(shí)間、如何控制不同氣味呈現(xiàn)的時(shí)間間隔和順序等。

工欲善其事，必先利其器。周雯團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)一次次嘗試，開發(fā)出一種能以高時(shí)間精度控制氣味呈現(xiàn)的“嗅覺(jué)儀”，掃除了這些“攔路虎”。該裝置能夠鎖定吸氣的開始時(shí)間，并在一次吸氣中將不同氣味以一定的時(shí)間間隔依次呈現(xiàn)于鼻腔，且時(shí)間間隔精度控制在18毫秒內(nèi)。

人眨眼一次用時(shí)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(shí)很簡(jiǎn)單，它有一個(gè)比較巧妙的點(diǎn)——直接用吸氣產(chǎn)生的負(fù)壓控制氣流，進(jìn)而將氣味傳遞至鼻腔。同時(shí)，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(qiáng)差，不吸氣時(shí)，閥門則保持關(guān)閉，阻止氣味以布朗運(yùn)動(dòng)方式彌散。”周雯解釋說(shuō)。

“通過(guò)這個(gè)裝置，只要控制不同氣味通道的長(zhǎng)度，就能控制兩種氣味在一次吸氣中到達(dá)鼻腔的先后和時(shí)間間隔。”她補(bǔ)充說(shuō)。

首次評(píng)估嗅覺(jué)時(shí)間分辨率

“利器”在手，周雯團(tuán)隊(duì)招募了229名受試者參與嗅覺(jué)實(shí)驗(yàn)，這些受試者年齡在18~30歲之間，嗅覺(jué)健康，無(wú)吸煙史，無(wú)呼吸道疾病。

研究團(tuán)隊(duì)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(duì)時(shí)間間隔在約20毫秒到400毫秒的范圍內(nèi)變化，以測(cè)查受試者的嗅覺(jué)時(shí)間敏感性。此外，他們還請(qǐng)受試者對(duì)氣味混合物與單獨(dú)氣味的成分相似性進(jìn)行評(píng)分。

研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)兩種氣味分子呈現(xiàn)間隔僅為60毫秒時(shí)，受試者即可分辨出由兩者組成的氣味序列的異同。“60毫秒大約是一次眨眼時(shí)長(zhǎng)的1/3，接近于視覺(jué)對(duì)紅綠閃爍的分辨率。”周雯說(shuō)，在兩種氣味分子以順序和逆序呈現(xiàn)的背景下，其絕對(duì)時(shí)間差相當(dāng)于兩個(gè)60毫秒，即120毫秒。

研究還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)兩種氣味成分的呈現(xiàn)間隔時(shí)間延長(zhǎng)到100~200毫秒時(shí)，受試者會(huì)感覺(jué)混合物聞起來(lái)更像先呈現(xiàn)的氣味成分。“這表明在對(duì)氣味混合物的感知中，先呈現(xiàn)的氣味成分對(duì)于氣味整體性的知覺(jué)更加重要。”論文第一作者、周雯團(tuán)隊(duì)博士后毋愚力說(shuō)。

3位國(guó)際審稿人對(duì)這項(xiàng)研究的創(chuàng)新方法與結(jié)論均給予了高度評(píng)價(jià)。“該研究采用的氣味呈現(xiàn)儀器簡(jiǎn)單而‘優(yōu)雅’，達(dá)到了令人印象深刻的時(shí)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(guó)際審稿人寫道。

你的嗅覺(jué)比想象的更靈敏

“無(wú)論對(duì)人還是動(dòng)物而言，嗅覺(jué)的重要意義都不應(yīng)被低估。”周雯說(shuō)，嗅覺(jué)在人與動(dòng)物的情緒調(diào)節(jié)、社交互動(dòng)，乃至疾病預(yù)測(cè)中都發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。以蜜蜂為例，它們的嗅覺(jué)不僅用于尋找食物、導(dǎo)航，還在社會(huì)交流中扮演重要角色。

有趣的是，一些嗅覺(jué)超群的人，如蘇格蘭退休護(hù)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(dú)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(jué)研究是心理學(xué)二級(jí)分支學(xué)科基礎(chǔ)心理學(xué)重要的研究課題。過(guò)去15年，周雯帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)做出的系列研究表明，人類的嗅覺(jué)遠(yuǎn)比想象的要敏銳得多。例如，嗅覺(jué)不僅可以作為空間導(dǎo)航的重要線索，還會(huì)影響人們對(duì)視覺(jué)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(lái)，當(dāng)前嗅覺(jué)研究仍然大有可為。例如，盡管視覺(jué)和聽覺(jué)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(shí)，現(xiàn)代機(jī)器人已經(jīng)具備視覺(jué)和觸覺(jué)，但尚未完全發(fā)展出嗅覺(jué)功能，未來(lái)如果將嗅覺(jué)納入機(jī)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(shí)間編碼”提供了行為證據(jù)，加深了人們對(duì)氣味感知背后的時(shí)間維度的理解，也為設(shè)計(jì)電子鼻和嗅覺(jué)虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備提供了靈感。

來(lái)源：中國(guó)科學(xué)報(bào)