基于神经传导机制的嗅-味联觉机理及仿生应用研究

The electronic nose and electronic tongue are single channel bionic instruments, which imitate the sense of smell and taste, but they can not truly reflect the process of human sniffing and taste recognition in food sensory evaluation. The olfactory and taste are closely related, the horn effect, the halo effect, Nasal and posterior nasal effects will affect the olfactory - taste sensory evaluation results, the forming olfactory - taste sensory mixing phenomenon, known as the synergistic effect. In this project, taking the olfactory and taste sensory nerves of the human as the research object to simulate the process and pattern of learning, memory, perception and recognition of olfactory and taste. Through the methods of mathematical modeling and simulation, bionic test, sensory evaluation and so on to study Neural network conduction model, to optimize olfactory neural network K series model, to build olfactory - taste dual channel nerve perception evaluation model, and introduce neural dynamics theory simulation, to achieve digital fuzzy evaluation of olfactory - taste perception by olfactory - taste correlation experiment. And finally reveals the olfactory - tastes synergistic mechanism, which lays the theoretical foundation and application cornerstone for the effective realization of the highly bionic of olfactory - taste Synesthesia.

电子鼻、电子舌是模仿嗅觉和味觉的单通道仿生类仪器，但在食品感官评价应用中并不能真实体现人类的嗅-味识别过程。嗅觉与味觉具有密切相关性，喇叭效应、光环效应、前鼻与后鼻效应等都会影响嗅-味感官评价结果，形成嗅-味的感官混合现象，称为联觉效应。本项目以人体嗅-味感知神经系为研究对象，模拟嗅觉与味觉的学习、记忆、感知、识别的过程和模式，通过数学建模与仿真、仿生检测实验、感官评价实验等方式，研究味觉神经系统传导模型，优化嗅觉神经网络K系列模型，构建嗅-味双通道神经感知鉴评模型，引入神经动力学理论进行仿真，通过风味物质嗅-味关联性实验，实现嗅-味感知模糊评价的数字化表达，最终揭示嗅-味联觉机理，为有效实现嗅-味联觉的高度仿生奠定理论基础和应用基石。

电子鼻、电子舌是模仿嗅觉和味觉的单通道仿生类仪器，但在食品感官评价应用中并不能真实体现人类的嗅-味识别过程。嗅觉与味觉具有密切相关性，喇叭效应、光环效应、前鼻与后鼻效应等都会影响嗅-味感官评价结果，形成嗅-味的感官混合现象，即联觉效应。自Freeman教授对生物嗅觉神经系统建立了K系列模型以后，陆续有众多的学者参与该研究方向，但是在味觉神经传导、嗅觉与味觉联觉机制方面尚缺少深入研究。. 本项目基于味觉神经系统生物学特点和功能，梳理了人体味觉神经传导通路，建立了味觉神经传导生理通道模型并进行了仿真研究；基于人工智能方法结合嗅觉神经传导通道K系列模型，建立了气味强度量化的数字化表征方法，并开发了气味检测仪器；建立了嗅觉与味觉通道联合鉴评神经系统模型，应用神经动力学及人工智能等相关理论进行了模型仿真及参数优化，结合人工感官实验，对嗅觉与味觉协同感知、抑制机理进行了阐述，揭示了前鼻与后鼻效应、光环与喇叭效应，并应用于啤酒、白酒、果汁、茶叶、大米等。. 本项目从人体大脑神经传导机制角度通过模型仿真方法解析了嗅觉与味觉联觉作用，为更好地理解人的嗅觉功能与味觉功能作用提供了数据和结果支持，嗅-味联觉神经传导模型的建立和应用，也为电子鼻、电子舌感官仪器的进一步发展提供了新的研究思路与方向，如电子舌可以融入味觉神经传导通道模型结合模式识别方法进行味觉信息的时空分析，从人体大脑嗅觉神经与味觉神经传导通道模型的角度，对电子鼻仪器和电子舌仪器的输出进行数据整合，模拟人脑处理嗅觉与味觉信息的复杂维度进行高度仿生；基于嗅-味联觉鉴评模型应用于新型嗅-味仿生检测系统的设计开发，可弥补食品感官评价人员无法全面实现感官体验信息获取的缺点，在高度仿生的同时更可应用于食品品质管理、原材料分析、医学诊断、农业生产和环境监测等诸多领域。