记者 车家竹
与“看得见，摸得着”相比，“闻得到”仿佛在感知中常被忽略，而嗅觉被视作人类反应最“迟钝”的感官。中国科学院心理研究所研究员周雯与团队开发了一款高时间精度的“嗅觉仪”，首次将人们对人类嗅觉时间分辨率的认识提升至“毫秒级”。
“这项研究为人类嗅觉的高时间分辨率提供了强有力的证据，表明嗅觉的时间分辨率甚至可以与视觉相媲美。”该论文一位国际审稿人评价说。
近日，中国科学院心理研究所研究员周雯接受记者采访。
中国科学院心理研究所毋愚力博士（论文一作）和“吸气同步嗅觉仪”。 图源：中国科学院心理研究所人类嗅觉实验室
巧妙开发高时间精度控制的“嗅觉仪”
对于人与其他哺乳动物来说，嗅觉一般依赖于在吸气过程中闻到的气味。人类的吸气通常持续1~3秒，这曾被认为达到了嗅觉感知化学环境的时间极限。
飘忽不定的气味，为何如此之“慢”？周雯解释道：“人们通常在吸气时才能感知气味，这使得实验中很难高精度地捕捉人类嗅觉的时间分辨能力，从而限制了人们对嗅闻速度和区分味道能力的准确评估。”
怎样将气味进行量化？周雯说：“传统嗅觉仪通过气泵驱动气流，用‘吹’的方式将不同的气味溶液送到鼻腔。这个设计可以通过电磁阀控制具体的气流‘吹’向不同气味罐，并且可以在不同气味的通道间切换。”想要什么味道就打开相应气味通道的电磁阀，不使用关闭即可。
然而这个设计中也存在无法避免的问题，当气流不断输送时，此刻的呼吸状态是怎样的？“吸气和呼气的边界没有办法完全被划分开，在这种方式下，无法准确地将气味送到某个特定的相位或时间。”周雯补充道。同时，目前市面上的嗅觉仪基本上只能“粗糙”呈现气味。
周雯和团队研发的这款高时间精度的“嗅觉仪”，能够在一次自然地吸气中将不同气味依序呈现至鼻腔，并对气味间的时间间隔进行高精度控制，时间控制精度达到18毫秒，相当于普通液晶显示屏一帧的时长。
闻得快还是看得快？“一眨眼间”的嗅觉
周雯坦言，在高时间精度的“嗅觉仪”研发的过程中，她和团队采取了不同的思路：将气味瓶装上一个单向阀，就可以利用负压驱动单向阀，只要控制不同气味通道的长度，就能控制两个气味在一次吸气里到达鼻腔的先后和时间间隔。周雯解释说：“人在吸气时胸腔会变大，与外界产生压强差，而负压会导致外界空气进入我们的鼻腔和肺部，这个负压本身的值并不小。”
“直接用吸气产生的负压来控制气流，进而将气味传递至鼻腔。同时，我们借助单向阀来控制气味通道的开关，单向阀的打开也是源于吸气产生的压强差，不吸气时阀门则保持关闭，阻止气味以布朗运动方式弥散。这样就能将气味呈现锁相至一次吸气的不同阶段。”周雯补充说。
之后，研究人员又招募了229名受试者参与嗅觉实验。“我们请这些受试者嗅闻按不同顺序释放的气味分子，并在20—400毫秒的区间内操纵了这些气味分子释放的相对时间间隔，以测查受试者的嗅觉时间敏感性。”周雯说，受试者需分辨呈现的气味序列的异同，组成气味序列的分子共有四种，分别具有苹果、花香、洋葱、柠檬的气味，部分受试者还对气味序列与其成分的相似性作出了评价。
模拟嗅闻时，空气中的微小化学颗粒进入鼻腔，感知到的气味随时间变化。 版权所有：中国科学院心理研究所
研究结果表明，当两种气味分子释放的间隔仅为60毫秒时，受试者即可分辨出由两种气味组成的气味序列的异同。而60毫秒约是一次眨眼所需时间的1/3，接近于视觉对红绿闪烁的分辨率。
科研人员还发现，当两种气味成分的呈现间隔时间延长到100—200毫秒时，受试者会感觉混合物闻起来更像先呈现的气味成分。这表明在对气味混合物的感知中，先呈现的气味成分对于气味整体性的知觉更加重要。“这个时间信息决定了我们闻到的东西是什么样的。”周雯说。
有极大想象空间的嗅觉
有趣的是，一些嗅觉超群的人，如苏格兰退休护士Joy Milne，甚至能够辨别出帕金森病患者特有的“麝香”体味。研究者据此在帕金森患者皮肤上发现了一些独特的化学分子，可能为帕金森病早期诊断提供新的可能性。
嗅觉不仅可以作为空间导航的重要线索，还会影响人们对视觉客体的感知，是人类知觉的重要维度。“对于气味的呈现，与气味分子有关，也与递送的时间序列有关。”周雯举了一个例子说明：“想象一下，在一个虚拟的嗅觉场景内，当一个人行走在大街上，大街的一边是糕点店，另外一边较远的地方有一家咖啡店，当糕点店的气味优先于咖啡店的气味出现时，就能在这个场景中通过气味判断行进方向和位置远近。”
这款高时间精度的“嗅觉仪”会有怎样的应用场景？周雯提到，目前少有机器人具备嗅觉感知，机器人更多在视觉、触觉、听觉等感知信息上处理得比较好，未来如果将嗅觉纳入机器人的感知系统，或有助开启新的应用领域。
感知觉研究是心理学的二级分支学科基础心理学中重要的研究课题。过去15年，周雯带领团队作出的系列研究表明，人类的嗅觉远比我们想象的要敏锐得多。环境中的物理化学信号如何转化为人的感知体验并驱动行为，是周雯及其团队持续努力的方向。
“对于嗅觉不太敏感的个体，我们也希望能够通过嗅觉训练或是电子鼻等，拓展其感知空间，未来，或许也可以通过脑机接口，将化学信息输送给人的嗅觉皮层，或是反过来将人脑想象的气味解码并调配出来。”面对未来，周雯认为嗅觉仍然有极大的想象空间。
