長期以來，嗅覺被視作是個體遲鈍的、反應(yīng)很慢的感官。近期，中國科學(xué)院心理研究所研究員周雯團(tuán)隊(duì)對這一觀點(diǎn)提出了挑戰(zhàn)，并發(fā)現(xiàn)了人類能夠在一次嗅探過程中感知?dú)馕斗肿泳?xì)的時間動態(tài)變化。
該團(tuán)隊(duì)開發(fā)了獨(dú)特的吸氣同步嗅覺儀。這一嗅覺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，并對氣味間的時間間隔（SOA）進(jìn)行高精度控制。同時，嗅覺儀的控制精度達(dá)到18毫秒，相當(dāng)于普通液晶顯示屏一幀的時長。
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。一次吸氣自動觸發(fā)一個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輸出，即是否產(chǎn)生不同的氣味感知。
在多個實(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)測試了參與者的嗅覺時間敏感性。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，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間的1/3，接近于視覺對紅綠閃爍的分辨率。隨著SOA的增長，參與者對A→B與B→A的分辨能力愈發(fā)精準(zhǔn)。同時，這一能力不依賴于對A和B的先后順序的再認(rèn)。
研究表明，一次1~3秒的吸氣并非是對化學(xué)環(huán)境的一次1~3秒的長曝光拍攝。實(shí)際上，一次吸氣生成的“氣味”中內(nèi)嵌著豐富的時間動態(tài)細(xì)節(jié)，其時間敏感度與我們對色彩的感知相當(dāng)。這為氣味客體的“時間編碼”理論提供了行為證據(jù)，加深了科學(xué)家對氣味感知背后的時間維度的認(rèn)知。同時，該工作提出的高時間精度控制氣味的方法，對電子鼻和嗅覺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。《自然-人類行為》同期在News and Views刊出了題為Timing Matters in Olfaction的述評文章。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、國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院相關(guān)項(xiàng)目、中國博士后科學(xué)基金等的支持。
論文鏈接
a. 吸氣同步嗅覺儀示意圖；b. SOA與管長差和吸氣流速關(guān)系模型；c. 氣味序列分辨流程
