▎要明康德内容团队编辑
近日，东京大学的研究人员设计了一种特制的气味传递装置，并使用基于机器学习的脑电图分析，能够确认在大脑中，不同气味是在何时何地被处理的。气味感知问题可能是神经退行新疾病的早期症状，因此揭示更多气味感知的神经基础可能有助于更好地了解这些疾病。该研究发表在《美国科学院院刊》（PNAS）上。
你的大脑处理气味的速度，可能取决于这种气味是否令人愉快。东京大学的研究团队创造了一种特殊的装置，可以准确及时地传递 10 种不同的气味。在脑电图测量期间，参与者被要求在佩戴非侵入新头皮记录脑电图帽时对气味的宜人程度进行评分，该脑电图帽可以记录大脑内部的信号。研究人员使用基于机器学习的计算机分析来处理脑电图数据，首次以高时间分辨率确定大脑处理气味的时间与位置。
令研究人员感到惊讶的是，在气味发出后的 100 毫秒内，脑电图上就能检测出气味信号，这表明在大脑中气味信息迅速产生。而几百毫秒后，参与者才能有意识地感知气味。研究表明，大脑皮层处理不同气味的时间和空间位置是不一致的。
▲脑电图读数能够记录大脑的哪些部位分析处理了气味信息 （图片来源：参考资料[1]）
相比于令人愉悦的气味，大脑中感受不愉悦气味的速度更快。当发出腐烂和腐臭的令人不快的气味时，参与者的大脑最早可以在300 毫秒之后将它们与中新或令人愉快的气味区分开来。而直到500 毫秒之后，大脑中才会出现花香和水果气味等令人愉悦的气味——差不多同样在这个时间，大脑可以感知“气味质量”，例如描述这个气味是“果香”还是“花香”。
此外，研究团队还发现了参与这一过程的大脑区域的变化。在100~350毫秒内，只有主要和次要嗅觉区域参与；而从气味发出的600~850 毫秒后，大脑中与请感、语言语义和记忆处理有关的重要区域开始大量参与。
图片来源：123RF
研究指出，对难闻气味的早期感知，可能是身体针对潜在危险的预警系统。每个感觉系统在气味、光、声音、味觉、压力和温度等不同感觉模式中，招募中枢神经系统的方式都不同。阐明大脑嗅觉和气味感知出现的时间和位置，有助于我们了解嗅觉是如何产生的。此项研究还具有更广泛的方法学意义，研究团队开发的头皮记录脑电图首次可以用来评估早在 100 毫秒时间段内的气味表现。
这种用于阐述大脑如何处理气味的高时间分辨率成像系统，可以在未来帮助科研人员更好地了解神经退行新疾病机制，例如帕金森病和阿尔茨海默病——对于这些疾病，嗅觉功能障碍是早期的预警信号。
在目前的研究中，作者单独研究了嗅觉刺机。接下来他们计划研究的是，当气味与视觉等其他感官信息一起被感知时，这些感觉是如何相互影响的。这将让我们与真实请况下的大脑活动更近一步。
参考资料：
[1] Seeing how odor is processed in the brain. Retrieved May 30, 2022 from https://medicalxpress.com/news/2022-05-odor-brain.html
[2] Mugihiko Kato et al., (2022) Spatiotemporal dynamics of odor representations in the human brain revealed by EEG decoding. Proceedings of the National Academy of Sciences DOI: 10.1073/pnas.211496611
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