人們對世界的感知是由一系列的知覺“快照（snapshots）”構建的。快照就像是按下照相機快門的瞬間，這種瞬時數據的影像在時間維度上依次展開，帶給人們連續的主觀時間體驗。快照的形成與神經系統的知覺采樣過程有關，不同的感知覺系統有著迥異的采樣頻率。以視覺為例，人們一般能看清頻率在 20 赫茲以下的不同顏色色塊的交替閃爍，當閃爍頻率加快后知覺就會漸變為一個穩定的融合的色塊。換言之，視知覺對彩色客體的采樣率在 20 赫茲左右。嗅覺的采樣受制于呼吸，相較之下非常緩慢，一般僅為約 0.5 赫茲。在腦內，來自不同通道、有著不同時間分辨率的感知覺信息最終被整合為統一的感知覺表征，跨感覺通道的信息在此過程中交互影響。那么，跨通道信息在交互整合過程中是如何在時間維度上相互協調的？時間精度粗糙的氣味信息會影響視知覺采樣率，進而改變人們對視覺客體的時間體驗嗎？
中國科學院心理研究所周雯研究組采用行為實驗和腦電（EEG）技術對上述問題展開了研究。實驗中，受試者觀看先后呈現的兩個快速閃爍的紅綠刺激序列，其中一個序列包含蘋果或者香蕉的圖形，交替閃爍的刺激圖形配色相反；另一個則為相應的顏色塊（圖 1A）。受試者判斷在哪個序列中可以看到物體圖形。由于所用紅綠顏色在主觀亮度上進行了匹配，當閃爍頻率在受試者的閾限附近時，受試者只能在部分試次中看到圖形，而在其他試次中，看到的是融合的橙色塊。在完成視覺任務的同時，受試者聞取類似蘋果或者香蕉的氣味。實驗結果顯示（圖 1B），嗅覺信息可以促進一致（相對于不一致）的圖形在閾限附近閃爍時的可視度，提高受試者的判斷成績，并提升相應的閃光融合閾限。相應的控制實驗結果顯示，上述效應并不是自上而下的認知控制或語義啟動造成的。
圖 1.（A）2AFC 物體探測任務示意圖。（B）閃光融合閾限附近受試者的成績（左）以及擬合的心理物理曲線和估計的閃光融合閾限（右）。
接下去的實驗采用類似范式并記錄腦電信號以考察氣味調制視覺客體采樣的神經基礎。對腦電信號的時頻分析顯示（圖 2），嗅覺和視覺信息的一致（相對于不一致）增強了視覺圖形呈現后大約 150-300 毫秒間與刺激的閃爍頻率相對應的神經震蕩活動，其分布范圍主要在右側顳葉這一與物體表征緊密相關的腦區。
圖 2.（A）嗅視一致效應（一致與不一致條件下的差值）的頭皮地形分布。（B）T8/TP8/P8 電極平均后的時頻結果圖。（C）對 T8/TP8/P8 平均時頻結果的二維高斯擬合。（D）嗅視一致效應的溯源結果圖。
客體表征相關的神經信號強度被認為是大腦推斷相應時距的依據。由氣味帶來的顳葉客體信號的增強是否伴隨個體對該客體主觀時長的改變？隨后的實驗采用了時長比較的任務；受試者觀看先后呈現的蘋果和香蕉的圖片，并判斷哪一個呈現的時間更長（圖 3A）。其中一個圖片為標準刺激，呈現 500 毫秒；另一個為比較刺激，呈現 300-700 毫秒。受試者在完成時間任務的同時聞取類似蘋果或者香蕉的氣味。實驗結果顯示（圖 3B），嗅覺信息可以調節時間加工所對應的心理物理曲線，增加了一致（相對于不一致）的視覺圖形的主觀時長，并且這種時間“膨脹”效應并不是由自上而下的認知控制或語義啟動導致的。
圖 3.（A）時長比較任務的示意圖。（B）時間任務成績對應的心理物理曲線（左和中）以及估計的主觀相等點（右）。
這項研究清楚地表明，嗅覺信息可以在客體表征一致性的基礎上調節視覺的采樣和主觀時間知覺，從而為我們了解多感知覺通道信息交互整合的時間機制及其神經基礎提供了新的參考。同時，該項研究的結果也進一步揭示人們的時間感知可能在很大程度上受相應神經能量的調控，如同物理的時空受到物質能量的扭曲一樣。
該研究獲國家自然科學基金委項目 (31422023 和 31100735)、中科院戰略性先導專項（XDB02030006 和 XDB02010003），以及中科院前沿科學重點研究項目（QYZDB-SSW-SMC030）的資助。