本期介紹浙江大學(xué)葉興乾教授團隊（第一作者：程煥）發(fā)表在《中國食品學(xué)報》第25卷第3期特約專欄上的文章《基于腦電圖（EEG）技術(shù)探究大腦對柑橘風味的感知反應(yīng)》。

柑橘風味是食品飲料市場中長期占據(jù)統(tǒng)御地位的風味之一，而相關(guān)研究多采用主觀性調(diào)查形式，對其神經(jīng)感知機制的探索有限。該研究在感官評價的基礎(chǔ)上，采用腦電圖（EEG）技術(shù)探究了大腦對4種柑橘精油【甜橙精油（S-EO）、檸檬精油（L-EO）、佛手柑精油（B-EO）和葡萄柚精油（G-EO）】以及柑橘精油主要組分D-檸檬烯的電生理反應(yīng)。

1 研究方法

1）感官評價

柑橘精油風味描述詞包括果香、甜香、花香、青香、木香、脂香和新鮮。感官描述詞的定義與香氣參考物質(zhì)如表1所示。

表1  柑橘精油感官屬性描述詞與香氣參考標準

2）EEG試驗

試驗開始前，所有受試者需通過兩輪簡單的三角測試，以確認其嗅覺感知正常。正式試驗前，受試者需接受培訓(xùn)以熟悉試驗流程，還需完成預(yù)試驗，以評估在不同條件下的EEG信號。

試驗流程如圖1所示，分為3輪，每輪包括嗅聞5種樣品。

圖1 EEG試驗流程

3）EEG數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理 

試驗人員按照國際10/20電極放置系統(tǒng)佩戴64通道EEG帽，并在電極孔內(nèi)注入導(dǎo)電凝膠，以Reference電極為參考，將所有頭皮電極的阻抗保持在10 Ω以下，從而保證信號的最佳質(zhì)量。

使用MATLAB 2023b軟件中的EEGLAB工具箱對EEG原始數(shù)據(jù)進行預(yù)處理。具體步驟如下：通道定位、刪除無用電極、降低采樣率、片段提取、基線校正、壞導(dǎo)插值、重參考、獨立成分分析（ICA）、偽跡鑒定和移除。通過上述流程確保數(shù)據(jù)預(yù)處理的規(guī)范性與清潔度，為后續(xù)分析提供可靠基礎(chǔ)。

4）EEG數(shù)據(jù)分析

該研究選擇嗅覺刺激后1s的時間窗口進行分析。EEG數(shù)據(jù)分析通過自定義的MATLAB腳本完成，包括時域和頻域的信號分析。

表2 大腦不同區(qū)域的劃分與電極定位

  2  結(jié)果與分析

  1） 感官評價結(jié)果分析

4種柑橘精油及D-檸檬烯的感官屬性輪廓與可接受度的雷達圖如圖2所示。從感官屬性上看，B-EO以突出的木質(zhì)香為特征，L-EO則表現(xiàn)出顯著的新鮮屬性；G-EO的脂香屬性較為明顯，而S-EO的感官屬性輪廓與D-檸檬烯接近。這種風味輪廓的差異可能與柑橘精油中D-檸檬烯的含量有關(guān)。

圖2 柑橘風味屬性輪廓和可接受度雷達圖

2） EEG時域分析

與嗅聞柑橘精油相比，嗅聞D-檸檬烯的過程中大腦不同區(qū)域的電活動較低，而嗅聞S-EO、B-EO和G-EO引發(fā)額葉區(qū)域更強的負電活動；相反，嗅聞L-EO導(dǎo)致額葉后區(qū)、中央?yún)^(qū)、頂葉和枕葉區(qū)域更顯著的正電活動。

圖3 柑橘風味引起不同大腦區(qū)域電活動分布變化的拓撲圖

為進一步探究嗅聞不同柑橘風味引起的腦電活動動態(tài)變化，繪制受試者在嗅聞過程中，每隔500 ms記錄的大腦電活動拓撲地形圖（圖4）。結(jié)果表明，不同刺激下，各時間段腦區(qū)電反應(yīng)趨勢與圖3的整體分布規(guī)律大體一致。然而，不同柑橘風味的動態(tài)響應(yīng)模式在時域信息上存在顯著差異。

圖4  柑橘風味引起大腦不同區(qū)域電活動變化的時間動態(tài)拓撲圖

3） 基于不同腦電節(jié)律的EEG頻域分析

(a) 大腦不同頻率對不同柑橘風味的整體能量反應(yīng)

(b) 不同腦電節(jié)律對不同柑橘風味的電活動能量反應(yīng)

(c) δ節(jié)律對不同柑橘風味的電活動能量反應(yīng)

(d) α節(jié)律對不同柑橘風味的電活動能量反應(yīng)

注：*：P<0.05；**：P<0.01。

圖5  柑橘風味引起不同腦電節(jié)律的能量反應(yīng)

4） 基于不同腦區(qū)的EEG頻域分析

(a) 不同腦區(qū)對柑橘風味的腦電活動反應(yīng)

(b) 額葉區(qū)不同通道對柑橘風味的腦電活動反應(yīng)

注：不同字母表示顯著差異。

圖6  柑橘風味引起大腦特定腦區(qū)的能量反應(yīng)

  3 結(jié)論與討論

該研究基于外顯性自我報告的基礎(chǔ)，采用內(nèi)隱性EEG技術(shù)分析嗅聞不同柑橘風味引起的大腦感知反應(yīng)，主要得出以下結(jié)論：1）大腦對不同柑橘風味展現(xiàn)出不同的感知模式，其中，嗅聞柑橘精油相比于嗅聞D-檸檬烯引發(fā)更強的腦電活動。2）δ節(jié)律和α節(jié)律是大腦對柑橘風味反應(yīng)最靈敏的腦電信號，其能量的提高與個體全身放松和情緒鎮(zhèn)靜密切相關(guān)。3）大腦FR區(qū)和CR區(qū)，特別是前額葉區(qū)，對柑橘風味刺激展現(xiàn)出更顯著的腦電能量響應(yīng)。柑橘風味通過激活大腦的高級認知加工區(qū)域，可能具有潛在的情緒調(diào)節(jié)和認知提升作用。該研究揭示了柑橘風味感知大腦反應(yīng)的神經(jīng)機制，為進一步探索其情緒和認知價值奠定了基礎(chǔ)，同時為開發(fā)基于柑橘風味的功能性食品提供了理論依據(jù)。

原文鏈接：https://link.cnki.net/doi/10.16429/j.1009-7848.2025.03.001