Nature Commun：人类味觉皮层中基础味觉的表征研究

///

人类味觉皮层中基础味觉的表征研究：基于多体素模式分析和功能磁共振比较

作者：Junichi Chikazoe, Daniel H. Lee, Nikolaus Kriegeskorte, Adam K. Anderson

探究人类四种基础味觉（酸、甜、苦、咸）在岛叶的具体表征图谱。

本研究分为实验一和实验二，两实验流程相同，如图1所示。

实验的流程如下：

1. 首先进行预实验，依据被试的主观评分结果选出中等浓度的溶液，在正式实验中使用。

2. 正式实验包含5个block分次进行，每个block包含100个trial。

3. 单次trial内，被试根据显示器的提示，依次品尝由塑料导管传送到口中的溶剂和清水，然后对该溶剂进行喜欢和不喜欢程度的评分。

实验一和实验二的区别如下：

1. 实验一在加拿大进行，实验二在日本进行。

2. 实验一使用的味道有酸甜苦咸四种，实验二使用的味道有甜苦两种，但是每种味道都由两种原料配制而成。

3. 实验一单次trial使用的溶剂体积与停留时间都低于实验二。

*图1 实验流程图

实验一和实验二的数据，都以岛叶为感兴趣区（region of interest，ROI）进行了单变量分析（univariate analysis）和多体素分析。

第一部分结果：实验一单变量分析

以所有被试为单位：

1. 不同被试对同一味道的表征不同（见图2第1，2行）。

2. 发现品尝不同味道时，岛叶激活情况不存在显著差异。

3. 相比于静息态的岛叶激活情况，发现品尝不同味道时，岛叶都会显著激活（见图3a）。

4. 相比于品尝清水时岛叶的激活情况，发现只有品尝苦味时，岛叶才会显著激活（见图3b）；如果不控制被试的效价评分，此差异则不显著（见图3c）。

5. 将所有被试的奇数次和偶数次运行分开，以某一味道下偶数次运行的体素激活情况由高到低进行排序。与此同时，发现在奇数次运行中，四种味道的激活情况也呈现与偶数次运行一致的下降趋势。这说明在使用单变量分析时，不同味道的表征不存在特异性。

   
   

*图2 单被试与所有被试的味觉表征图

*图3 所有被试岛叶激活情况的差异性检验

*图4 奇偶次运行的体素排序

第二部分结果：实验一多体素分析

1. 使用线性判别分析（linear discriminant analysis，LDA），并以4mm为半径进行searchlight分析，发现单个被试和所有被试的味觉表征图谱（见图5a），58.7%的分类器表现出所对应的未校正的α=0.05的显著性水平。

2. 将图5a的表征图谱进行叠加形成图5b，发现味觉表征区域主要集中在岛叶的前部（the anterior insula）和中部（the middle insula）。

3. 以味道和效价为组内变量，进行重复测量方差分析，只有味道的主效应显著，这说明岛叶的味觉表征并不会受到被试主观评价的影响。

4. 上述结果都是以岛叶为ROI，现进行全脑的多体素分析，发现上盖（the overlying fronto-parietal operculum）也能够作为味觉表征图谱区分四种基础味道。

*图5 单个被试与所有被试的味觉表征图

*图6 重复测量方差分析（Taste type * Valence type）

*图7 全脑的多体素分析

第三部分结果：实验二单变量分析

在7.0T fMRI中使用单变量分析方法，发现在被试的岛叶内，对一种甜味或苦味敏感的体素，也对另外一种甜味或苦味敏感，但是该敏感表现并不能跨味觉类型，这支持了岛叶味觉表征的特异性。并且同一味道的两种溶液，变化趋势相同，不同味道的溶液，变化趋势不同（见图8）。

*图8 奇偶次运行的体素排序

第四部分结果：实验二多体素分析

在7.0T fMRI中使用多体素分析方法，复制了实验一的结果，即岛叶能够清晰表征不同原料配制的甜味和苦味（见图9）。

*图9 所有被试的味觉表征图

本研究使用多体素模式分析，发现岛叶和上盖能够作为味觉表征图谱，来区分酸甜苦咸四种味道以及它们的联合表征方式。

1. 面对单变量分析的阴性结果，本研究并未给出合理解释。

   
   

2. 文章的讨论中提到，本研究的结果既不能支持味觉表征的标记线性模型（Labeled Line Model），也不能支持跨纤维模式理论（Across Fiber Pattern Theory）。原因是fMRI的分辨率存在问题，达不到大鼠研究中双钙离子成像（two-photon calcium imaging）技术的分辨率。然而，实验一已经在岛叶中表征了味觉图谱，那么实验二中可以使用7.0T fMRI只针对岛叶进行成像和分析，以提高分辨率。

   
   

3. 实验一和实验二中，溶液的体积和停留时间存在差异，作者并未给出为何这样设计的解释。

1. 应该充分发挥7.0T fMRI的优势，更新针对性的实验研究设计，而不是复制3.0T fMRI的实验设计。
   

2. 相比于单变量分析，多体素分析方法的优点更多。

https://www.nature.com/articles/s41467-019-08857-z

主讲&翻译：胡雄

编辑&排版：金书玉、李嘉琳

审校：PHI group

文字：PHI group

///