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長(zhǎng)期以來(lái)，嗅覺(jué)被視作是個(gè)體遲鈍的、反應(yīng)很慢的感官。近期，中國(guó)科學(xué)院心理研究所研究員周雯團(tuán)隊(duì)對(duì)這一觀點(diǎn)提出了挑戰(zhàn)，并發(fā)現(xiàn)了人類能夠在一次嗅探過(guò)程中感知?dú)馕斗肿泳?xì)的時(shí)間動(dòng)態(tài)變化。

該團(tuán)隊(duì)開發(fā)了獨(dú)特的吸氣同步嗅覺(jué)儀。這一嗅覺(jué)儀能夠在一次自然的吸氣中將不同氣味依序呈現(xiàn)至鼻腔，并對(duì)氣味間的時(shí)間間隔（SOA）進(jìn)行高精度控制。同時(shí)，嗅覺(jué)儀的控制精度達(dá)到18毫秒，相當(dāng)于普通液晶顯示屏一幀的時(shí)長(zhǎng)。

借助這一裝置，該研究生成了不同的氣味分子序列，如A分子先于B分子（A→B）或B分子先于A分子（B→A），并系統(tǒng)操控了A和B間的SOA。一次吸氣自動(dòng)觸發(fā)一個(gè)氣味分子序列的呈現(xiàn)，吸氣停止，則氣味也自然中止。這使得研究人員得以考察不同的SOA下氣味分子的先后順序是否影響人類的知覺(jué)輸出，即是否產(chǎn)生不同的氣味感知。

在多個(gè)實(shí)驗(yàn)里，科研人員操控SOA在約20毫秒至400毫秒的范圍內(nèi)變化，系統(tǒng)測(cè)試了參與者的嗅覺(jué)時(shí)間敏感性。實(shí)驗(yàn)使用四種氣味分子，分別具有花香、蘋果、檸檬、洋蔥的氣味。結(jié)果顯示，當(dāng)SOA僅為60毫秒時(shí)，參與者便能夠分辨出A→B與B→A的差異。而60毫秒約是一次眨眼所需時(shí)間的1/3，接近于視覺(jué)對(duì)紅綠閃爍的分辨率。隨著SOA的增長(zhǎng)，參與者對(duì)A→B與B→A的分辨能力愈發(fā)精準(zhǔn)。同時(shí)，這一能力不依賴于對(duì)A和B的先后順序的再認(rèn)。

研究表明，一次1~3秒的吸氣并非是對(duì)化學(xué)環(huán)境的一次1~3秒的長(zhǎng)曝光拍攝。實(shí)際上，一次吸氣生成的“氣味”中內(nèi)嵌著豐富的時(shí)間動(dòng)態(tài)細(xì)節(jié)，其時(shí)間敏感度與我們對(duì)色彩的感知相當(dāng)。這為氣味客體的“時(shí)間編碼”理論提供了行為證據(jù)，加深了科學(xué)家對(duì)氣味感知背后的時(shí)間維度的認(rèn)知。同時(shí)，該工作提出的高時(shí)間精度控制氣味的方法，對(duì)電子鼻和嗅覺(jué)VR等的設(shè)計(jì)工作具有啟發(fā)意義。

近期，相關(guān)研究成果在線發(fā)表在《自然-人類行為》（Nature Human Behaviour）上?！蹲匀?人類行為》同期在News and Views刊出了題為Timing Matters in Olfaction的述評(píng)文章。研究工作得到科技創(chuàng)新2030-“腦科學(xué)與類腦研究”重大項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院相關(guān)項(xiàng)目、中國(guó)博士后科學(xué)基金等的支持。

論文鏈接

a. 吸氣同步嗅覺(jué)儀示意圖；b. SOA與管長(zhǎng)差和吸氣流速關(guān)系模型；c. 氣味序列分辨流程