大脑能分辨“尝不出区别”的甜味剂吗？——高密度EEG首次解码阈下味觉感知
我们每天接收的大量感觉信息中，仅极少部分进入意识层面，其余处于“阈下”水平——刺激低于觉察阈限，却仍能被大脑加工并影响行为。在味觉领域，此前仅两项fMRI研究发现：热量型与低热量甜味剂即便主观上无法分辨，其脑激活模式仍存在差异。但受限于fMRI的时间分辨率，阈下味觉区分的精确时程及其与个体感知能力的关系始终未明。来自丹麦奥胡斯大学等多机构的研究团队，利用128通道高密度EEG结合时间分辨多变量模式分析(qEEG)，首次以毫秒级精度解码感知相似味觉的神经表征，并揭示了个体脑电解码与味觉辨别能力的量化关联。
研究发表于Journal of Neuroscience Research。
研究方法
研究分三阶段推进。首先由8名专业评估员确定三种等甜度刺激：10%蔗糖(Suc，热量型)、0.094%阿斯巴甜(Asp，低热量)及阿斯巴甜+安赛蜜混合物(Mix，低热量)，后者口感更接近蔗糖。EEG实验纳入22名健康志愿者，采用128通道脑电系统(eego mylab, ANT Neuro)，通过可编程泵经同一喷嘴将刺激精准递送至舌尖中心，每种刺激约60次，恒温21°C以消除温度差异。行为实验在同批被试中另日进行，采用三角测试评估三种味觉配对的辨别能力。
图1 eego mylab 128通道脑电系统
数据分析采用时间分辨qEEG——逻辑回归分类器对128通道信号进行逐采样点的单试次解码，分别尝试跨被试(留一被试)和个体内(10折交叉验证)两种策略，预处理包括1-30 Hz带通滤波与基线校正。
研究结果
1. 平均电位无法区分，单试次解码却成功辨识三种味觉
三种味觉刺激的全局场功率(GFP)与地形图高度一致，刺激后约70 ms出现中央负偏移，随后转为双侧额颞负偏移，0.15-0.35 s达平台后衰减。基于平均电位的qEEG解码最长持续12 ms即失效——与“相似刺激引发相似脑反应”的直觉一致。然而，个体内单试次解码在0.08-0.18 s期间显著高于机会水平(33.3%)，而跨被试解码完全失败，表明个体间神经表征变异远大于味觉差异本身——每个人的大脑以独特方式编码味觉。
图2 三种味觉刺激的全局场功率(GFP)、地形图与单试次qEEG解码结果
2. EEG解码与行为辨别在配对层面一致，不支持“卡路里检测”假说
三角测试中三种甜味剂在感知层面高度接近：66次测试仅5次(8%)达显著辨别。SA配对(蔗糖vs阿斯巴甜)被辨别最多(4人)，SM配对(蔗糖vs混合物)无人显著辨别。EEG解码的二分类分析同样显示SA最佳、SM次之、AM最差——与行为辨别难度完全对应，首次将“解码-感知相关”规律拓展至阈限附近的味觉差异。
SA与SM解码表现存在差异，不支持“大脑以卡路里检测为主”的假说(若如此二者应同等表现)。大脑更可能依赖阿斯巴甜与蔗糖在其他味觉属性(苦味、金属味、人工化学味等)上的细微差别进行区分。
图3 三种味觉配对的二分类qEEG解码及与行为辨别能力的关联
3. 首次在个体水平建立EEG解码与感知能力的量化关联
按行为辨别能力将被试分为“感知相似”组与“感知相同”组，前者的qEEG解码概率在0.05-0.17 s显著高于后者，且该差异非由极端被试驱动，而是一种普遍趋势——行为辨别力更强的个体，其大脑神经反应也更易被解码。早在刺激后50 ms，两组就已出现分化，且解码窗口持续超过100 ms。
尤为重要的是，即便是“感知相同”的味觉刺激，脑反应仍表现出一定程度的可解码性——解码曲线同样在0.05-0.17 s时段上升，仅幅度低于感知相似组。这提示大脑实际上“知道”这些味觉是不同的，只是差异太小不足以穿透意识阈限。
图4 感知相似组(红)与感知相同组(蓝)的qEEG解码概率对比
结论与讨论
本研究通过精心设计的等甜度刺激与128通道高密度EEG，首次实现感知相似味觉的神经解码。本研究三项核心发现：(1)人脑在无法主观区分甜味剂时，80-180 ms内已产生可被解码的差异化神经响应；(2)个体间神经表征差异远大于味觉反应差异，跨被试解码失败提示未来需个体化建模策略；(3)首次在个体水平证实EEG解码与主观辨别能力的量化关联——辨别力越强者，脑反应越易解码。
该方法为阈下味觉加工研究开辟了低侵入性、高时间精度的新路径，潜在应用包括味觉障碍客观评估、食品工业中消费者“说不出但感觉得到”的味觉差异量化、以及多感觉整合机制探索。研究局限性包括仅纳入味觉正常人群、样本量有限，未来可扩展到不同敏感度群体及结合标准化味觉测试。
Citation: Andersen, C. A., Kring, M. L., Andersen, R. H., Larsen, O. N., Kjær, T. W., Kidmose, U., Møller, S., & Kidmose, P. (2019). EEG discrimination of perceptually similar tastes. Journal of Neuroscience Research, 97, 241–252.
DOI: 10.1002/jnr.24281
通讯作者：Camilla Arndal Andersen, Department of Engineering, Aarhus University
