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上海应用技术大学柯勤飞教授寇兴然、黄鑫等：EEG揭示评价香气分子愉悦度的关键脑区与指标
气味经嗅觉途径能产生许多健康功效，上海应用技术大学柯勤飞教授团队前期采用人体及小鼠脑电图（EEG）的方法对芳香物质的助眠功效进行了详细研究（点击，阅读）。此外，与味觉、视觉等途径不同，嗅觉是唯一不直接与丘脑相连的感觉。嗅觉信息直接从鼻腔传递到大脑的嗅球，经轴突投射直接作用于海马体和杏仁核，以处理情绪和记忆。香气感知作为日常体验中的重要嗅觉享受，即使在人们没有积极参与香气特性评估的情况下，也能在嗅闻时减轻焦虑并带来放松或充满活力的感受。此外，香气物质具有广泛的接触性、比药物干预情绪更加安全和自然，并且可以根据个体偏好进行个性化调整。因此，香气可能提供一种更为简便、自然的情绪管理方式。
作为情绪的主要维度之一，愉悦度往往是首要的评估因素。为了提供判断愉悦度的客观生理指标并寻找大脑活动水平与愉悦程度的关系，团队采用EEG的方法，招募了45名志愿者，对12种气味化合物的嗅闻愉悦度进行了研究。通过相关性分析发现，受试者大脑左额颞叶（Left frontal-temporal lobe, LFT）处的活动与感官愉悦分数较右额颞叶（Right frontal-temporal lobe, RFT）处的相关性更高。同时，LFT处的α、β与γ频段与感官愉悦分数之间存在更高的相关性。本研究结果证明LFT可以作为评价气味愉悦度的关键脑区，而α、β和γ波段的功率变化则是重要的评价指标。这一方法为香气的感知愉悦和情绪调节作用提供了新的客观评价方法。
近日，该成果以“Unveiling the Neurocognitive Impact of Food Flavor Molecules on Pleasure Perception: Insights from EEG and Key Brain LFT Activation”为题，发表在香料香精权威期刊Flavourand Fragrance Journal上。
PART 1
成果介绍
1、12种气味化合物的筛选与感官评价
为了确定在后续EEG实验中所用的化合物样品浓度，团队首先召集了50名受试者进行了第一轮感官测试。通过文献查询获得了化合物在不同溶剂中的识别阈值，通过将其放大100、1000、10000倍的方法进行了化合物溶液的调配。并按照浓度从小到大的顺序依次对12种化合物进行了评析。受试者须在嗅闻后选出在不引起生理反应状态下（如呕吐、头晕等）最愉悦或最不愉悦的化合物浓度。表一展示了本研究中所选择的12种气味化合物的代表气味标签及经感官评价选定的浓度。
在选定浓度后，团队招募了45名受试者进行EEG测试，并要求受试者对12种气味样品进行第二轮愉悦度评价。图1展示了EEG测试中受试者对12种样品的愉悦分数统计结果。愈创木酚的箱线图面积最大，表明受试者对该样品的喜好差异较大。相对地，癸二烯醛、三甲胺和薄荷醇的箱线图面积较小，显示受试者对其的愉悦评分较为集中。此外，图中显示三甲胺、癸二烯醛、薄荷脑和玫瑰醇的数据中存在异常值，这可能由受试者的偏好或习惯影响。因此，我们手动剔除了这些离群值以便进行后续分析。总体而言，12种化合物的愉悦度中位数范围为1至7，表明选定的化合物能有效反映从低到高的愉悦度变化。
表1. 12种化合物的代表气味和经感官评价结果分析后选定的脑电测试所用浓度
图1. EEG测试中受试者对12种气味样品的愉悦评分统计结果。
2、LFT/RFT处大脑平均活动水平与愉悦分数的相关性分析
图二展示了LFT/RFT处大脑平均活动水平与12种化合物愉悦评分的相关分析结果。其中LFT处的相关性系数为0.0461（r=0.0461, p=0.3112），而RFT处的相关性系数为0.0031（r=0.0031, p=0.9455），两者均表现出微弱的正相关性；LFT处的数值大于RFT说明LFT处的脑电响应较RFT与愉悦评分有更强的线性关系。同时，团队对各被试LFT/RFT处的大脑平均响应再取平均值，并与12个样品的平均愉悦分数进行了相关性分析，结果如图3所示。在LFT处r=0.6014呈现出与愉悦度的中等正相关关系，且p=0.0386，其数值小于0.05证明此相关性具有显著意义，而RFT处r=-0.1748，p=0.5868，反映出LFT处的大脑平均响应与主观愉悦度分数具有更强的线性关系。
图2. LFT/RFT处的大脑平均响应值与个体愉悦度均值的相关分析结果。A为532份样本的散点分布，B为愉悦度与LFT/RFT处平均响应值的相关系数热力图。
图3. 被试间LFT/RFT处的EEG均值响应的平均值与群体愉悦度均值的相关分析结果。A为12份样本的散点分布；B为群体愉悦度与被试间LFT/RFT处均值响应平均值的相关系数热力图。
3、LFT处各波段的功率与愉悦分数的相关性分析
团队计算了12种气味化合物的五个频段在LFT处的功率与个体愉悦评分的Spearman秩相关系数，结果如图4所示。所有波段的相关系数均小于0，表明在LFT处波段的功率与愉悦分数存在负相关性。然而，δ（r=-0.0181, p=0.6825）和θ波(r=0.0293, p=0.5091)的相关系数较小，表示与愉悦分数的线性相关性较弱。而α（r=-0.0485, p=0.2742）、β（r=-0.0517, p=0.2431）和γ（r=-0.0508, p=0.2514）波的相关性系数大于δ和θ波，说明LFT处α、β和γ的功率较δ和θ与愉悦评分有更强的线性关系。
图4. LFT处δ、θ、α、β和γ波段功率值与群体愉悦均分的相关分析结果。A为532份样本的散点分布图，B为五个频段在LFT处的功率与个体愉悦评分的Spearman秩相关热力图。
PART 2
结论
本研究探讨了12种气味化合物与主观愉悦感之间的关系。这些化合物的愉悦度分布较广。团队比较了它们在大脑LFT和RFT的脑电响应水平与愉悦分数的相关性。结果显示，LFT的活动可以作为客观评估气味愉悦度的神经基础。此外，通过研究LFT处特定频带功率与主观愉悦评分之间的相关性，团队发现与δ和θ频带相比，α、β和γ频带与愉悦度的相关性更强。基于这些发现，我们建议将LFT作为愉悦度分析的关键位点，并将α、β和γ频带的功率变化作为评估气味化合物愉悦度的基本指标。这为建立客观评价气味愉悦度的标准提供了创新方法，并在调香中寻找并应用更高愉悦度的气味分子。
目前，气味愉悦度的客观评价仍处于初级阶段。在未来的研究中，为了进一步验证该方法的正确性，将扩大样本量，选择更多的气味化合物，并使用EEG和其他方法进一步研究愉悦度的脑机制。未来的研究还将继续探讨气味化合物结构对大脑愉悦度的影响，进一步理解气味对人类情感和认知的影响，并为香气的情感价值应用提供更深入的理解和研究方向。
原文链接：DOI：10.1002/ffj.3808
研究人员简介
柯勤飞，工学博士，二级教授，博士生导师，上海应用技术大学原校长，现任上海市政协科技和教育委员会副主任，学校第二届学术委员会主任委员，香料香精化妆品省部共建协同创新中心主任，上海“芳香科学与美丽健康”高水平创新团队带头人。兼任教育部高等学校材料教学指导委员会委员、全国食品与营养专业学位研究生教育指导委员会委员、中国香料香精化妆品工业协会副理事长、中国纺织工程学会特邀副理事长、中国高等教育学会常务理事、上海市高等教育学会副会长、国际学术刊物《Research Journal of Textile and Apparel》编委、《香料香精化妆品》编委会副主任。先后担任东华大学校长助理、上海师范大学党委常委、副校长。主编国家重点规划教材、主持国家精品课程，获上海市教学成果奖特等奖2项、一等奖2项、二等奖3项。主要从事功能性芳香新材料、非织造材料和高等教育管理等研究，先后主持参加国家、省部级和企业项目30多项。在《Advanced Functional Materials》《教育发展研究》等重要期刊上发表学术论文130余篇，并获发明专利30余项，主持和参加的科研成果获省部级技术发明奖、科技进步奖一等奖、二等奖多项。作为第一完成人主持完成的《特色花卉香料绿色制备与高值化利用关键技术》成果获2022年度中国轻工业联合会科学技术发明奖一等奖，《聚焦“爱科技” 强化“六融合”：高素质应用创新型人才培养模式的探索实践》获2022年度上海市高等教育优秀教学成果奖特等奖。
寇兴然，上海应用技术大学校聘教授，硕导，香料香精化妆品省部共建协同创新中心主任助理，上海市青年科技启明星、上海市东方英才（青年）。研究主要集中在：（1）构建香料香精智能控释体系，揭示香气控释机制，实现高品质香料香精精准设计；（2）聚焦芳香新材料界面行为，阐明纳微香精与基材互作机理，实现功能性芳香新材料提质增效；（3）挖掘新型香料活性成分，拓展其健康功效应用场景，实现天然香料生物质资源高值化利用。主持国家自然科学基金面上、青年等多项国家和省部级课题；以第一/通讯作者发表SCI论文40余篇，授权发明专利6件，多项成果实现产业化。
黄鑫，上海应用技术大学香料香精化妆品学部校聘副研究员，硕士生导师，上海市高水平地方高校创新团队成员。主持国家自然科学基金青年项目1项，上海市科技创新启明星（扬帆专项）1项，主要研究方向为天然香料物质的生物界面行为、香料的功能挖掘与健康功效评价。相关研究成果发表SCI论文20余篇，授权发明专利6项。
撰稿人：张婧至，上海应用技术大学香料香精与化妆品学部2023级硕士研究生，主要从事功能性香料的功效研究。
协同创新中心 •科研成果
文稿 | 张婧至 硕士研究生
编辑 | 张婧至 硕士研究生
审核 | 黄鑫 校聘副研究员；汪慧 实验师
策划 | 寇兴然 校聘教授
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