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方法文章

用于测量儿童与成人味觉偏好的心理物理学追踪方法

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DOI：

10.3791/54163

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2016年7月16日

 , 
1Monell Chemical Senses Center

本文内容

摘要

甜味对所有年龄段的人群，尤其是儿童，具有强烈的享乐吸引力。本文介绍了一种可靠且有效的方法，可用于确定最受偏好的甜度水平，使其成为科研人员有价值的心理物理学工具。

摘要

Monell 双系列、强制选择、成对比较追踪法可提供从儿童期到成年期甜味偏好的可靠测量。该方法在儿童、青少年和成人中完全相同，持续时间短（< 15 分钟），不依赖持续注意力，也不对记忆能力提出要求（否则可能产生虚假的年龄差异），并最大限度地减少语言发展的影响，因此适用于儿科人群的认知局限。在此全口品尝方法中，受试者需品尝（不吞咽）不同蔗糖浓度的成对溶液，并指出其更偏好的溶液。每一对后续溶液均包含受试者此前偏好的浓度以及一个相邻的刺激浓度。该过程持续进行，直到受试者在与较高和较低浓度分别配对时均选择某一特定蔗糖浓度，或连续两次选择最高或最低浓度。通过该方法的双系列设计，可防止受试者因位置偏好（如第一或第二位置偏好）而达到反应标准：在两个系列中，每对溶液的呈现顺序相互平衡（在系列1中较弱浓度先呈现，在系列2中后呈现）。系列1和系列2中所选两个蔗糖浓度的几何平均值即为受试者最偏好的蔗糖水平估计值。研究表明，通过该基于实验室的测量方法所确定的蔗糖偏好，与食物和饮料中糖类的偏好、味觉受体基因型、酒精依赖家族史、种族/民族，以及儿科人群中的抑郁症状相关。该方法具有现实应用价值，并已被用于确定其他味觉（e.g., 盐味）的最偏好水平，因此是一种有价值的心理物理学工具。

引言

味觉控制着我们做出的最重要决定之一：是否食用某种食物。从出生起，人类就对甜味表现出强烈的偏好1——这种偏好吸引新生儿吸吮母乳，并提示来自营养密集型食物（例如，水果）的热量存在2。尽管这种先天特质在资源匮乏的环境中有利于生存，但个体对甜味的喜好与当前糖分供应充足的食品环境相结合，导致了甜味食品的过度摄入3。目前估计，儿童总能量摄入的13.1%-17.5%以及成人总能量摄入的11.2%-14.5%来自添加糖4；在这两种情况下，摄入水平均显著高于国家和国际膳食指南的推荐值5,6。

尽管味觉在决定食物选择和摄入量方面具有重要作用，且饮食与健康之间存在密切关联，但目前准确评估味觉偏好的方法仍十分有限，尤其是在儿科人群中的应用尤为不足。7-9最常用于儿童的方法之一是享乐类别的量表法10-12，即从一系列表示偏好程度递增的离散选项中选择一个回应。这些选项通常用笑脸图标表示10 或使用从 "极差" 至 "极好"13，可用于判断儿童是否喜欢某种刺激物的味道。排序法要求受试者根据喜好程度对多种选项进行排序（例如（按喜好程度从高到低排列）也常被使用，旨在传达对刺激物相对喜好的信息13,14尽管这两种方法均可提供关于享乐反应两个独立维度的有价值信息，但均未直接评估味觉偏好，特别是未确定个体感知为最佳适口性的刺激物浓度。本文所述方法专门用于通过直接比较不同浓度的成对刺激物，确定个体对某种呈味物质的最偏爱浓度，从而避免了在心理物理学测试中常采用的、通过依次单独评价刺激物后根据评分推断偏好的做法。

本文详细介绍了用于确定甜味偏好的Monell双系列、强制选择、成对比较追踪技术的实验方案15,16。 该方法最初用于测量盐偏好17,18，随后被改进用于测量蔗糖偏好19,20，并经过信度与效度验证15，最终被美国国立卫生研究院（NIH）神经与行为功能评估工具箱（National Institutes of Health Toolbox Assessment for Neurological and Behavioral Function）选定为评估儿童甜味偏好的首选方法，适用于临床、流行病学及纵向研究16。该方法通常不超过15分钟即可完成，已被用于测量数百名儿童、青少年和成人对蔗糖的最偏好浓度15,19-25。在一项包含949名受试者的研究中，仅5%的356名儿童因注意力不集中或未能理解任务要求而无法完成甜味偏好的两轮测试15，表明该方法适用于儿科人群。

简而言之，在禁食1小时后，知情同意的受试者将接受两轮成对呈现的蔗糖溶液（浓度范围为3%-36%）测试。在第一轮中，每对溶液中浓度较低的溶液首先呈现。受试者品尝每对溶液后，需指出其偏爱的溶液。下一对溶液的呈现将依据受试者在上一对中选择的偏好浓度进行调整。测试持续进行，直至受试者相对于一个较低浓度和一个较高浓度均两次选择同一蔗糖浓度，或连续两次选择最低浓度（3%）或最高浓度（36%）。随后，该方案以相反顺序重复进行，即每对溶液中浓度较高的溶液首先呈现。平均而言，该方法需要呈现7对溶液16。

所述方法特别适用于儿童，因为它考虑了其他心理物理学测试中常被忽视的若干方法学问题：（1）该方法耗时较短，且不需要持续的注意力；（2）采用两种序列的实验设计，其中溶液浓度在序列间进行反向平衡，可控制位置偏差；（3）强制选择程序避免了儿童倾向于肯定回答问题的倾向26；（4）采用全口品尝而非局部品尝的方案，考虑到了舌部生长和大小随年龄变化的差异27；（5）指导儿童指向其最偏好的蔗糖浓度，可消除语言回应的需求，从而应对潜在的认知局限19。

自开发以来，莫内尔双系列强制选择配对比较追踪技术已揭示出甜味偏好的一致差异，这些差异与年龄15,28、种族/民族15,23、味觉受体基因型19,24、酒精依赖家族史20,25以及儿童人群的抑郁症状20相关。此外，通过该方法测量的甜味偏好与个体对食物和饮料中糖分的偏好相关15,19,21,22，这为该方法的效标关联效度提供了证据，并有助于深入了解个体甜味偏好与其膳食糖摄入量之间的关系。

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方案

该方法已获得宾夕法尼亚大学监管事务办公室的批准。对于本文所述的研究，已从每位成年参与者获得知情同意，并从每名七岁及以上的儿童参与者获得知情同意书。

1. 一般注意事项

  1. 在舒适且私密的房间内进行偏好测试，房间最好配备水槽，以便受试者在测试期间吐出溶液。若无水槽，应为受试者提供一个杯子用于吐出溶液。

2. 测试材料

  1. 准备1升容量瓶、1升棕色玻璃瓶和100毫升棕色玻璃瓶，用于溶液的配制、储存和分装。进行测试时需准备以下材料：用于盛放溶液的30毫升一次性药杯；用于试验间漱口的饮水杯；用于监控成对刺激间和系列间间隔的秒表；用于溶液配制和冲洗的蒸馏水；用于吐出溶液的杯子（如果测试室无水槽）；标有数字1和2的纸张，用于表示品尝顺序；以及用于记录数据的追踪表格（图1）。

浓度系列图表；3%-36% w/v 溶液；实验数据记录表。
图1. 记录蔗糖偏好的追踪网格。 每个网格中首先呈现的溶液已加下划线。 请点击此处查看该图的放大版本。

  1. 将所有瓶子在高压灭菌器中清洗并灭菌，并用日期和刺激标签 A、B、C、D、E 进行标记。称取适量蔗糖以配制溶液 A 至 E（表 1）。
  2. 依次配制每种溶液，将相应质量的蔗糖（表 1）加入 1 L 容量瓶中，并用蒸馏水定容至刻度线。搅拌至蔗糖完全溶解。蔗糖溶解后，将溶液转移至相应标记的 1 L 棕色玻璃瓶中。
  3. 将装有溶液的瓶子储存于冰箱（4 °C）中，最多保存一周。重复步骤 2.3 以配制其余四种溶液。这些溶液足以测试约 25–30 名受试者。
  4. 使用 图 1 中提供的模板制作追踪网格以记录受试者数据。为每个网格标注系列编号（1 或 2）及蔗糖溶液浓度，并留出空间记录每一系列的开始和结束时间。在每个网格中设置一列，以便在测试过程中根据需要记录备注。

3. 受试者与测试准备

  1. 指导成人受试者在测试前至少1小时内禁食禁饮，并指导家长在测试前至少1小时内不要给儿童受试者任何食物或饮料。
  2. 测试前2小时，将溶液从冰箱中取出，将每种溶液约100 ml转移至相应标记的100 ml棕色玻璃瓶中，并让溶液平衡至室温（RT）。
  3. 让受试者坐在一张桌子前，桌面上放置标有数字1和2的纸张，让受试者适应测试房间和测试人员至少10分钟。

4. 心理物理学方法

注意：偏好测试是一种双系列、强制选择、成对比较的追踪技术，要求受试者品尝（不吞咽）不同浓度的溶液对，并指出他们更偏好的溶液。以下是测试时向儿科及成年受试者提供的口头引导说明，随后是研究人员执行偏好测试的操作指导。

  1. 对受试者的口头指导
    1. 儿科受试者
      1. 向受试者展示两个杯子，并说：“我们将玩一个品尝东西的游戏。这里有两只杯子。你会先尝第一只杯子里的东西，在嘴里漱一漱，但不要咽下去，我会告诉你什么时候吐到水槽（或杯子里）。然后你会用水漱口，再尝第二只杯子里的东西。我会告诉你什么时候吐出来。接着，请指出你更喜欢哪一个——第一个还是第二个。之后你会再用水漱口两次，然后我们再重复一次这个过程。没有对或错的答案，我们只是想知道你更喜欢哪一个。”
    2. 青少年和成人
      1. 向受试者展示两个杯子，并说：“我们将给你一些溶液进行品尝。这里有两只杯子。你会先尝第一只杯子里的东西，在嘴里漱一漱，但不要咽下去，我会告诉你什么时候吐到水槽（或杯子里）。然后你会用水漱口，再尝第二只杯子里的东西。我会告诉你什么时候吐出来。接着，请指出你更喜欢哪一个——第一个还是第二个。之后你会再用水漱口两次，然后我们再重复一次这个过程。没有对或错的答案，我们只是想知道你更喜欢哪一个。”
  2. 研究者操作指南
    1. 对于系列1，首先在一张标有数字1和2的纸上放置两个杯子，分别装有5 ml溶液B和5 ml溶液D，置于受试者面前：将溶液B放在编号1的位置，供其先品尝；将溶液D放在编号2的位置，供其随后品尝。在系列1中，始终将该对溶液中浓度较低（较弱）的溶液置于编号1位置。根据图1中的表格，划线标记首先呈现的浓度（溶液B）。
    2. 指导受试者通过漱口方式品尝位置1的溶液；5秒后，指示受试者将溶液吐出，然后用水漱口，并再次吐出。
    3. 指导受试者通过漱口方式品尝位置2的溶液，并在5秒后将其吐出。
    4. 询问受试者更喜欢哪一种溶液。如果受试者表示两者都喜欢，请再次指导其指出更偏好的一种。在表格（图1）中圈出对应于受试者偏好的浓度的“X”。
    5. 指导受试者用水漱口两次，并将溶液吐出。使用计时器等待1分钟，再呈现下一对溶液。
    6. 在系列1的第二次比较中，将第一次比较中受试者偏好的浓度与较低的相邻浓度配对。例如，如果受试者在第一对中更偏好溶液D而非溶液B，则在第二对中呈现溶液C和D。将浓度较低的溶液C置于位置1，溶液D置于位置2。在表格中标记“X”以表明所呈现的溶液，并划线标记对应于位置1所呈现溶液的“X”（本例中为溶液C）。
    7. 重复此过程，直到受试者在同时面对较低和较高相邻浓度时选择相同的浓度（例如，当溶液B和D分别与C配对时，受试者均选择C），或当受试者连续两次选择最低浓度（A）或最高浓度（E）为止。
    8. 在表格中记录每位受试者在系列1中的偏好浓度，并在开始系列2前等待3分钟。
    9. 对于系列2，将各5 ml的溶液B和D倒入一次性杯子中，将溶液D置于编号1位置，溶液B置于编号2位置，置于受试者面前。在系列2中，始终将该对溶液中浓度较高（较强）的溶液置于编号1位置。在表格中，划线标记首先呈现的浓度（D）。
    10. 指导受试者按照系列1所规定的流程（步骤4.2.2–4.2.8）品尝并吐出溶液。
    11. 在系列2的第二次比较中，将第一次比较中受试者偏好的浓度与较高的相邻浓度配对。例如，如果受试者在第一对中更偏好溶液D而非溶液B，则在第二对中呈现溶液E和D，并将浓度较高的溶液E置于位置1。
    12. 重复此过程，直到受试者在同时面对较低和较高相邻浓度时选择相同的浓度，或当受试者连续两次选择最低或最高浓度为止。
    13. 在表格中圈出受试者在系列2中偏好的浓度以作记录。
    14. 通过计算两个系列中所选浓度的几何平均值（两个浓度乘积的平方根），确定受试者对蔗糖的偏好浓度：
      几何平均值 = √（系列1偏好浓度）×（系列2偏好浓度）

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结果

图2显示了一名代表性受试者的追踪网格结果。该受试者最偏好的蔗糖浓度（4.2% w/v）是通过计算系列1（6% w/v）和系列2（3% w/v）中所选蔗糖浓度的几何平均值得出的。如果受试者仅完成其中一个系列，则显然无法计算几何平均值。进一步的分析可以分别针对系列1和系列2获得的数据进行15。

图3总结了来自930名年龄在5至55岁之间的个体所收集的数据15。儿童和青少年比成人更偏爱更高浓度的甜味（约19% wt/vol的蔗糖溶液），而成人最偏好的蔗糖浓度接近于普通碳酸饮料的含糖量（约11% wt/vol或39 g/355 ml）。若要使标准355 ml罐装碳酸饮料的甜度接近儿童最偏好的水平，需额外加入28 g（七茶匙）蔗糖。

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讨论

本文详细介绍的Monell双系列、强制选择、成对比较追踪技术已持续用于确定近2000名种族和民族背景多样、年龄低至5岁的受试者的甜味偏好。该偏好测试针对儿童设计为游戏形式，充分考虑了儿童的认知能力限制，填补了适用于儿童人群的心理物理学研究方法的空白。若严格按照本文所述步骤操作，特别注意执行5秒品尝规程、受试者在每对溶液内部及之间均用清水彻底漱口，并严格控制各对之间及各系列之间的时间间隔，则该方法安全、可靠且快速；结果易于解读，可深入揭示甜味感知的重要维度。此外，由于儿童无需口头表达其选择，该方法的指导语可轻松翻译为其他语言，便于开展跨文化研究。

采用所述方法的研究结果极大地增进了当前对甜味偏好的遗传和环境因素之间关系的理解。近十年来对不同受试群体收集的数据始终表明，作为一个群体，儿童对蔗糖的偏好浓度高于成人，这种与年龄相关的差异在过去十年中表现出显著的稳定性28。该方法的应用还揭示了儿童和成人个体间甜味偏好差异的来源，包括味觉受体基因的变异19,23、种族/民族15,23、酒精依赖家族史20,25

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披露

作者声明不存在任何竞争性经济利益。

致谢

本研究由美国耳聋与其他沟通障碍研究所（NIDCD）、美国国立卫生研究院（NIH）[资助号 R01 DC011287] 以及 NIH 博士后培训资助（T32-DC00014）支持。本内容仅由作者负责，不一定代表 NIDCD 或 NIH 的官方观点。资助机构在研究的设计与实施、数据的收集、分析与解释，以及稿件的撰写和内容方面均未参与。

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材料

本文使用的材料清单
姓名公司目录编号评论
蔗糖Spectrum Chemical Mfg CorpSU103
蒸馏水
Corning Pyrex 1000 ml A级容量瓶Spectrum Chemical Mfg Corp988-24433
Boston Round 1000 ml 棕色玻璃瓶Spectrum Chemical Mfg Corp842-17040
Boston Round 125 ml 棕色玻璃瓶Spectrum Chemical Mfg Corp842-17031
Heathrow Scientific 多功能秒表Spectrum Chemical Mfg Corp140-75046
McKesson Medi-Pack 药杯Amazon46941200
Solo 饮用杯AmazonSCCP16RLR

参考文献

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