吃辣上瘾从何而来 南京农业大学王鹏教授用慧创fNIRS 揭示辣味感知的动态脑活动机制
慧创fNIRS
近日，南京农业大学王鹏教授团队在食品科学领域权威期刊《Food Science and Human Wellness》上发表重要研究成果。研究采用慧创近红外脑功能成像系统，探讨了人体在感知辣味过程中前额叶皮层的血流动力学动态演变规律，为理解辣食偏好的神经机制及其潜在成瘾特征提供了影像学证据。
在本研究中，精准捕捉辣味从诱导期到缓解期的大脑激活模式，是揭示辣感调节机制的关键。然而，辣椒素激发的强烈刺激往往伴随面部表情变化或头部轻微挪动，容易产生显著的运动伪迹，对脑功能监测的稳定性提出了严苛挑战。此外，辣味感知涉及触觉、痛觉及复杂的奖赏情绪，需在个体水平实现对前额叶多个亚区的高精度同步监测，以区分不同感知期的脑侧化差异，这对设备的灵敏度、抗干扰能力和脑区覆盖的全面性要求极高。
慧创非常荣幸能为这项研究提供可靠的技术力量，推动食品感官评价与神经科学的深度交叉。慧创fNIRS 系统凭借独特技术优势，成为突破以上瓶颈的关键：系统具备超高的抗运动干扰能力与先进算法，确保信号提取的稳定性，可以捕捉辣椒素诱导及缓解期前额叶血流信号的变化；此外，系统便捷的佩戴方式与自然场景可采集的包容度，使得受试者能在真实的口腔刺激场景下，完成从痛觉产生到奖赏评价的全程脑功能数据采集，为绘制复杂的“辣感认知图谱”提供了坚实的技术支撑。
辣椒是全球消费最广泛的调味品之一，其核心成分辣椒素通过激活TRPV1受体产生独特的“热痛感”，并在大脑皮层产生痛觉信息。适度摄入辣椒素不仅能增强食欲，还具有促进代谢等生理益处，但其诱发的强烈口腔刺激往往持续时间长且具有类似成瘾的偏好机制。目前，针对辣味感知的评价多依赖于主观感官测试，且对其背后的神经机制——尤其是大脑食欲与奖赏系统的动态调节过程，仍缺乏实时、客观的神经影像学证据。 南京农业大学王鹏团队在期刊《Food Science and Human Wellness》发表了题为“Application of functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) for studying the influence of capsaicin stimulation on brain perception”的研究成果。该研究采用慧创近红外脑功能成像设备，通过监测前额叶皮层的血流动力学变化，旨在探索辣味感知从“诱导阶段”到“缓解阶段”的动态神经机制，从而揭示辣食偏好背后的情绪与奖赏处理，为未来食品开发与健康饮食策略提供科学依据。 Food Science and Human Wellness 7.4 01
研究招募16名（10男6女）受试者，并准备食品级天然辣椒素，饮用天然矿泉水，实验开始前需要进行预实验，为了隔绝环境中视觉和声音的干扰，受试者全程闭目且佩戴耳机。实验为block设计，辣椒素口腔刺激设置3个block，每个持续490s，分为基线期10s，刺激期60s（实验员注入溶液，受试者品尝），缓解期120s（吐出溶液）以及休息期5分钟，立即进行量表评分。
02
数据采集基于fNIRS设备（丹阳慧创医疗设备有限公司，中国），检测任务期间大脑前额叶皮层的血流动力学变化，设备采样率为11Hz，共采集48通道数据，为实现精准定位，采用3D定位仪获取各通道坐标，覆盖脑区包括前额叶皮层（PFC）和颞叶（TL）皮层。实验流程及设备配置如图1。
fNIRS数据预处理采用NirSpark软件（慧创，中国）并对结果进行可视化出图。研究采用卷积血流动力学函数的一般线性模型（GLM）计算不同任务阶段的β值，作为脑区激活程度的指标。
图1 fNIRS探头排布及实验范式。
03 行为学结果 本研究通过主观评分记录了受试者对口腔辣椒素刺激的强度与愉悦度感受。 疼痛强度结果显示，受试者在诱导期间的主观疼痛强度显著高于缓解期间。 愉悦度结果显示，尽管不同阶段均伴随辣味刺激，但受试者在缓解期的愉悦度评分显著更高。见图2。 图2 参与者对辣椒素诱导和缓解辣味期间的疼痛强度和愉悦度的评分。 不同感知阶段的脑激活 研究利用Brodmann分区模板进行空间定位，并计算了辣味感知过程的脑激活情况，发现辣味感知过程显著激活了眶额皮层OFC、背外侧前额叶DLPFC和腹外侧前额叶VLPFC。见图3A。 图3 A：不同状态下脑激活图；B：两种状态下激活差异图。 此外探索了脑激活的不对称性，发现诱导期即辣感最强时，前额叶的右脑激活通道更多，而缓解期下辣感消退时，前额叶的左脑激活程度更高。 辣味感知不同阶段的脑激活差异分析 为进一步揭示诱导期与缓解期血流动力学活动的本质差异，研究对两个阶段的β值进行了配对样本t检验。对比诱导期（辣感最强）与缓解期（痛感消退），脑区表现出不同的激活模式。如图3B。具有显著性的通道所在脑区为双侧眶额叶、双侧背外侧前额叶皮层、左侧腹外侧前额叶皮层。 脑区激活与感官评分结果的相关性分析 诱导期左侧脑区活动与主观感受无明显相关；右侧脑区中，疼痛越强右侧VLPFC激活越低，而愉悦度与右侧DLPFC、OFC激活呈正相关。缓解期总体相关性不显著，仅愉悦度与右侧VLPFC仍呈正相关。 04 本研究首次采用fNIRS技术研究了辣味觉感受过程中，人脑前额叶皮层血红蛋白含量的变化：辣椒素刺激引起的脑活动变化主要集中在OFC、DLPFC和VLPFC等食欲、情绪和奖赏相关脑区。 此外，辣味的动态感知在前额叶皮层中表现出偏侧化。右侧PFC在诱发期比左侧PFC激活更强，在缓解期结果相反。总的来说，这些发现从神经科学的角度解析了辣味感知的活动模式，为辛辣食品的研发和感官评价提供了重要的理论依据。
