嗅觉情境依赖性记忆：气味剂的直接呈现

摘要

使用嗅觉仪直接呈现气味分子为嗅觉记忆研究者开辟了令人兴奋的研究机遇。本文讨论了与该方法相关的问题，这些问题涉及先前发表的一项关于嗅觉情境依赖性记忆的实验。

摘要

当信息提取时所处的情境与信息最初编码时的情境相同时，信息能够更有效地被提取出来。这种现象被称为情境依赖性记忆（CDM）。已有研究表明，气味是能够有效引发CDM效应的一类线索。然而，目前尚不清楚这种CDM效应的边界条件是什么。特别是，鉴于嗅觉常被称为一种内隐的感觉，气味可能仅在作为背景刺激呈现时才具有有效的记忆提示作用。这一观点似乎更具说服力，因为先前的研究已表明，在成对联想记忆测试中，当气味作为注意力焦点、用作其他信息的记忆线索时，其提示效果较差。为了确定气味是否仅在未处于观察者注意中心时才作为有效的背景记忆线索，本研究开展了一项嗅觉CDM实验，其中气味以直接方式而非环境弥散方式呈现。直接呈现通过嗅觉刺激仪（olfactometer）实现。该仪器不仅支持气味的直接递送，还具备其他方法学优势，包括允许逐次试验调节气味呈现，以及实现特定时间点的气味释放。结果表明，无论气味是以环境弥散方式还是直接方式呈现，只要在编码和提取阶段出现相同的气味，记忆表现均得到增强。该发现可为未来利用直接呈现优势的嗅觉CDM研究提供基础。

引言

当提取信息时所处的情境与编码时的情境相同时，记忆提取效果会得到增强^1,2；这一现象被称为情境依赖性记忆（context dependent memory, CDM）。已有研究表明，多种刺激均可作为有效的情境线索以增强记忆提取³。与此类研究一致，研究发现，在相同气味存在下进行学习和提取的信息，其记忆效果优于在不同气味存在下提取的信息⁴，也优于既未在特定气味环境中学习、也未在该环境中提取的信息⁵；这一现象被称为嗅觉情境依赖性记忆（olfactory context dependent memory, OCDM）。

利用气味作为情境性记忆线索，为研究者探索与情景依赖记忆（CDM）及嗅觉加工相关的各种问题提供了新的机会。事实上，嗅觉与记忆之间的关系已被证明具有独特性^6,7,8。相较于其他刺激的记忆，气味记忆似乎更不易被遗忘⁶（尽管这一结论并非在所有研究中均能重复⁹）。此外，由气味诱发的自传体记忆在主观体验上不同于由其他刺激诱发的自传体记忆⁷。

嗅觉与其他感觉之间还存在其他一些有趣的差异 "主要的" (即， 视觉和听觉）感官。例如，当人类看到或听到刺激时，通常能够明确识别它们，并经常有意识地根据这些刺激所提供的信息调整自身行为。然而，我们通常无法识别气味¹⁰此外，尽管人类始终处于有气味物质的包围之中，但我们并不总是能有意识地感知到气味的存在。因此，有人提出嗅觉是一种内隐的感觉，且气味主要在我们无意识感知时影响自身行为¹¹.

如果嗅觉确实是一种内隐的感觉，这就引发了一个问题：气味是否必须处于意识关注范围之外，才能有效发挥情境性记忆线索的作用。一些证据表明情况确实如此，因为在配对联想范式中，气味作为线索的效果已显示出不如其他刺激^12,13。迄今为止，所有证明气味依赖性情境记忆（OCDM）现象的研究均采用了环境式气味呈现方式，即气味在背景中呈现，而受试者学习的是其他目标信息^4,14。通常情况下，受试者从未被明确告知有关气味的存在。

到目前为止，对环境气味呈现的关注是合乎逻辑的，因为气味通常作为体验背景中的组成部分存在，但很少成为我们注意力的中心。然而，环境气味呈现意味着研究人员必然放弃对某些可能重要因素的控制，其中最重要的是时间因素。在环境呈现条件下，气味必须长时间存在，研究者无法控制气味呈现的具体时刻或受试者感知气味的时间点。相比之下，通过嗅觉仪等设备直接呈现气味，可使研究者精确调控气味呈现的时间，使其与其他刺激的起始时间建立明确的时间关系。此外，直接呈现方式还提供了更多控制维度，包括在单次实验过程中交替呈现两种或多种气味、向单侧或双侧鼻孔呈现气味，以及控制气味的呈现 "无气味" 试验，甚至能够调节气味强度/气味剂浓度。简而言之，环境气味呈现方式限制了研究者只能进行被试间或区块式的操纵，而直接气味呈现方式则允许在每一试次基础上进行气味操纵。

本文介绍了利用嗅觉仪通过直接呈现气味物质来测试气味-颜色联觉（OCDM）方法的基本原理¹⁵。嗅觉仪是一种可在精确时间点（例如，与视觉刺激呈现开始同步）以及在特定持续时间内（e.g., 持续2秒的气流刺激）呈现气味物质的设备。此外，嗅觉仪还可将气味定向输送至鼻孔下方、单侧鼻孔或双侧鼻孔。嗅觉仪长期以来已被广泛应用于记忆研究领域^16,17。本实验方案在既往研究基础上发展而来，并将其应用于OCDM研究领域。

方案

原始实验中的所有数据采集¹⁵ 遵循美国心理学会的伦理准则以及世界医学协会的《赫尔辛基宣言》。实验事先获得了当地伦理委员会（Ethik-Kommission，相当于机构审查委员会）的批准。所有受试者均被告知其参与为自愿性质，可在任何时候无任何顾虑地退出，且不会受到处罚。所有受试者均签署了知情同意书。

1. 受试者招募与研究前指导

1. 受试者招募：
   1. 招募母语者（以确保对指导语的理解具有一致性，且对目标信息的加工具有可比性），并具有正常或矫正至正常的视力。此外，可采取以下任一方式：a) 排除自述嗅觉能力低于平均水平者或吸烟者，或 b) 收集有关吸烟习惯和嗅觉能力的信息，用于后续分析。
   2. 此外，鉴于嗅觉研究中常发现性别差异¹⁸，可采取以下任一策略：a) 招募数量相等的男性和女性受试者，以便进行比较；b) 按性别分别进行数据分析，以确保无显著差异；或 c) 仅聚焦于单一性别。最后，考虑到嗅觉表现具有年龄依赖性¹⁹，可采取以下任一方式：a) 从同一队列中招募所有受试者，或 b) 明确将年龄作为感兴趣的变量纳入分析。
      注：本研究最终样本包括60名受试者（56名女性，M_age = 22.05岁，SD = 4.86），均来自希尔德斯海姆大学，以部分课程学分作为参与报酬。有关样本的更多详细信息可参见我们之前发表的文章¹⁵。
2. 向受试者提供具体的实验前指导说明：1) 受试者在实验开始前24小时内不得吸烟；2) 受试者在实验开始前至少一小时内不得进食或刷牙。
3. 当受试者到达实验室时，需确认其已遵守实验前指导说明。最佳方式是由实验负责人明确询问受试者是否已遵照执行。
4. 若受试者已遵守规定，则向其介绍研究内容及相关伦理事项，并要求其签署知情同意书。
5. 将受试者安置于实验室内。
   注：在本实验中，受试者首先被安置在一个配备显示器的隔间内，显示器放置于桌面上。
   1. 让受试者坐在可调节的舒适座椅上，并根据需要自行调整。指导受试者将下巴置于下颌托上（气味呈现导管即位于此处）。调节下颌托的高度，以确保受试者坐姿舒适。
   2. 也可采用其他呈现方式，例如将导管直接插入受试者鼻孔，或将导管末端连接至面罩，以确保气味物质在鼻部周围保持较高浓度。

2. 实验设计

注意：本实验（对应于原始文献¹⁵中的实验1）旨在确定在编码和提取阶段均存在气味情境时，是否比两个阶段均无额外气味情境的条件下记忆效果更佳⁵。这是情境依赖记忆（CDM）效应的一种，称为情境增强记忆。原始实验包含更多独立变量（气味效价和词汇效价），但这些变量与本报告无关。有关原始实验的详细信息以及所用言语材料的具体内容，请参见原始文献的补充材料¹⁵。该实验分为三个不同阶段（详见表1概览）。

预研究阶段	编码阶段	保持间隔	提取阶段
1. 确保已遵循预研究指导说明	1. 逐个呈现单词	1. 5分钟休息时间，受试者在此期间绘制曼陀罗图案	1. 逐个呈现单词
2. 让受试者签署知情同意书	2. 受试者完成抽象/具体分类任务		2. 受试者完成新/旧识别测试
3. 将受试者安置于实验室内	3. 在每次试验中呈现气味物质		3. 在每次试验中呈现气味物质
4. 进行练习性吸入试验

表1：实验步骤概述。

1. 在第一阶段，即编码阶段，让受试者在背景材料（气味）存在的情况下对目标材料（词语）进行编码。
   1. 在屏幕上向受试者呈现词语（每次一个），要求其将词语分类为抽象或具体。学习过程为偶然性学习，因受试者未被告知后续将进行记忆测试。
   2. 让受试者对总共90个词语进行分类。
   3. 每次试验均遵循相同的模式。
      1. 每次试验开始时给予一股气流刺激。该气流是否含有气味物质取决于实验分组。
      2. 将吹气刺激与计算机屏幕上十字图像的呈现配对，使吹气刺激与十字图像同时持续2,000 ms。
      3. 将十字替换为目标词，并持续显示 2,000 ms。对每位受试者随机呈现词语顺序。
      4. 在词语消失后，要求受试者通过按键将词语分类为抽象或具体。受试者的反应将触发下一个试验的立即开始。在编码阶段的全部90次试验中，均呈现相同的气味剂。
   4. 气味呈现。
      1. 利用嗅觉仪实现气味物质的直接呈递。嗅觉仪有多种不同类型。研究人员可根据实验目标购买或自行构建最合适的嗅觉仪²⁵.
      2. 确保嗅觉仪的设计符合研究问题的要求。
      3. 将管子切割至适当长度，并确保其固定到位且连接紧密。
         注意：管子的长度会影响信号起始与即， 程序发出释放气味信号与气味物质实际到达鼻腔之间存在延迟。研究人员应了解信号与实际呈现时间之间的延迟，该延迟因不同个体的嗅觉仪而异。此信息通常可在销售商提供的资料或新建嗅觉仪的制作说明中找到。
      4. 注意气味呈现过程中可能存在的问题。
         1. 确保刺激间间隔（ISI；即气味刺激呈现之间的时间长度）适合研究问题。目前尚无适用于所有气味实验的标准化或推荐ISI。应通过预实验确定适用于特定实验的ISI。
         2. 控制触觉刺激。将导管置于支撑下巴托架的金属杆内部，使导管末端位于鼻孔下方约2 cm处。用滤膜覆盖金属杆的顶部例如， 组织）。每位受试者更换一次滤膜。
         3. 控制听觉刺激。让受试者在隔音舱内佩戴耳机进行实验。将嗅觉仪本身存放于置于实验舱外的隔音容器装置中。
   5. 用于呈现控制，使用标准的实验控制软件程序（参见 材料表用于控制嗅觉仪的气味呈现。
   6. 呼吸指导说明。
      注意：使用嗅觉仪时，受试者进行嗅闻可能是至关重要的即， 在适当时机采集嗅觉样本。这一点在各次试验间气味刺激物发生变化的实验中尤为重要。
      1. 为确保受试者在适当时间采样气味刺激，应在气流脉冲开始的同时呈现视觉提示（注视十字）。此外，应确保气流脉冲持续时间足够长，以使受试者能够感知视觉提示并启动吸气（2,000 ms）。需要注意的是，吸气指令可能构成第二项任务，从而可能与感兴趣的任务产生交互作用。
      2. 或者，采用多种其他方法之一，以确保受试者在适当时间闻嗅气味物质：
         1. 向受试者展示倒计时，使其能够在倒计时结束时做好吸气准备
         2. 向受试者呈现初始提示，提醒其呼气，随后呈现第二个提示，提醒其吸气
         3. 如果将嗅管直接置于鼻孔内，并使用离散式嗅觉仪，应指导受试者在鼻腔内感受到触觉刺激时随时吸气。
      3. 无论采用哪种方法，在正式实验开始前，均应让受试者完成吸气练习试验。
      4. 练习试验中，指导受试者在看到注视十字出现时即进行吸气。每次试验中呈现注视十字和气流刺激，持续2,000毫秒。让受试者完成10次练习试验。
   7. 时间。
      1. 在视觉呈现词语开始前2秒呈现气味物质，以确保在视觉感知期间存在嗅觉背景。
      2. 其他研究问题可能需要同时进行感知。从刺激开始到产生感知，嗅觉感知所需的时间比视觉和听觉感知更长。²⁰，至少通过检测任务的反应时间来衡量是如此²¹因此，根据具体操作的不同，研究人员必须确保选择合适的刺激间间隔（ISIs）。需注意，这一点还取决于所用嗅觉仪的具体参数（见4.1节）。
2. 第二阶段，使用一个保持间隔，在此期间受试者完成一项与实际记忆任务无关的任务。
   1. 让受试者离开测试舱，转移到远离有气味材料的不同区域。这一步骤至关重要，以确保环境背景的 恢复 在提取阶段。
   2. 在保持间隔期间，使用通风机或风扇对测试舱进行通风。
   3. 让受试者用5分钟时间为曼陀罗图案涂色。
      注意：OCDM 实验经常但并非总是¹⁴采用较长的保持间隔以避免适应和习惯化问题。直接呈现离散气流刺激的一个潜在优势在于，与环境呈现方式相比，其可能更不易产生习惯化。
   4. 可在保持间隔中采用不同的干扰任务以实现不同的目标。
3. 在第三阶段，即提取阶段，让受试者回忆并提取目标信息。
   1. 让受试者返回实验舱。再次让受试者坐下，并将下巴置于下巴托上。
   2. 让受试者完成一项包含总共180个试次（90个旧项目/90个新项目）的旧/新再认测验。
   3. 每次试验均遵循相同的模式。
      1. 每次试验开始时均呈现一阵气流。根据实验分组不同，该气流中可能含有气味物质，也可能不含。由于本实验为情境增强实验，所呈现的气味剂始终与编码阶段所使用的相同。
      2. 将气流刺激与计算机屏幕上十字图像的呈现同步，使气流刺激与十字图像同时持续2,000 ms。
      3. 用一个词语替换十字标记，让受试者通过按键反应判断该词语是先前出现过的（旧词）还是新出现的（新词）。词语将持续显示，直至受试者做出反应。每个受试者的词语呈现顺序均为随机确定。
      4. 让受试者的反应触发下一试验的立即开始。在提取阶段没有时间限制。

3. 刺激材料的选择

1. 目标刺激
   1. 选择最符合具体研究问题或实验者计划实施的记忆测试类型的刺激材料。对于最基本的设计，应选择来自非嗅觉模态的刺激例如， （词语）。有关本实验所用目标刺激的更多信息，请参见原始文章¹⁵.
2. 情境性刺激
   1. 选择最符合具体研究问题的气味剂。需要考虑的重要属性包括：1）效价，2）唤醒度，3）强度，4）熟悉度，以及 5）可识别性。
   2. 选择合适气味物质时可采用多种方法。
      1. 在一种方法中，可根据预实验研究选择气味物质。在此情况下，让外部受试者（不参与主实验的受试者）对多种潜在气味物质的若干属性进行评分。根据评分结果，选取最符合实验问题需求的气味物质。原始实验中采用直接呈现法和OCDM时即使用了该方法（有关所选气味物质的详细信息，请参见原始文献）¹⁵.
      2. 或者，可根据包含评分的现有数据库选择气味剂²²由于不同文化在气味感知上可能存在显著差异，使用此方法时需谨慎²³.
      3. 最后，在某些情况下，应根据受试者个体化的气味评分来选择刺激物²⁴.
   3. 选择最适合所用嗅觉仪的有气味材料。
      1. 确定使用液体或固体材料——某些嗅觉仪仅允许使用液体材料，而另一些则允许使用液体或固体材料。
      2. 从商业供应商处获取有气味的物质，可选择专门生产用于科研目的的气味剂和化学品的公司，或生产相关产品的公司例如， 精油，香水，香薰蜡烛 等等。供公众使用。
      3. 或者，在嗅觉仪允许的情况下，从周围来源收集有气味的物质（例如， 松针、汗湿的T恤、水果 等等。）。该方法可能适用于某些研究问题；但需谨慎使用，因其会使标准化（以及与其他研究项目的比较）变得困难。

结果

本实验的主要目的之一是确定当嗅觉情境直接呈现而非环境式呈现时，是否仍能观察到OCDM效应。实验有三个主要因变量（符合常见的信号检测理论分析²⁶）：击中率、虚报率，以及一个称为d'的校正准确率得分。鉴于本研究的关注重点，将原始实验¹⁵中两种气味组（正性气味和负性气味）的数据合并，并与无气味组进行比较。将这两组数据合并，可对嗅觉情境增强效应进行最纯粹的检验。

如表2所示，嗅觉情境组在准确性方面优于无气味组，表现为更多的正确识别次数、显著更少的虚报次数以及显著更高的d'值。这一结果明确表明，气味物质的直接呈现同样可引发气味关联的记忆扭曲效应（OCDM），这与先前关于环境式呈现的研究结果一致^4,

讨论

本文所述方法利用嗅觉仪将气味物质直接作为情境刺激呈现，拓展了嗅觉仪在嗅觉记忆研究中的应用^16,17。具体而言，该方法扩展了气味-情境依赖性记忆（OCDM）研究的范围。先前研究表明，气味确实可作为有效的情境记忆线索^4,14，但迄今为止的所有研究均采用环境扩散方式呈现气味。通过采用本文所述方法，研究证实即使通过嗅觉仪直接呈现气味物质，同样可观察到气味-情境依赖性记忆效应¹⁵。

该方法经过适当改进后，相较于环境暴露呈现具有多项优势。首先，直接呈现法可在特定时间精确递送气味分子，有助于研究人员解答多个问题，例如确定气味是否必须与目标材料同时存在才能形成关联，并最终作为有效的背景情境记忆线索。另一项优势在于，直接呈现法允许在每次试验中对气味呈现进行独立调控，这有助于研究人员探究气味是否与其他刺激类似，在试验间快速...

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
嗅觉仪	Burghart Messtechnik	OG001	离散式气味呈现嗅觉仪
气味材料_洋葱	Burghart Messtechnik	LA-13-00236	用于嗅觉仪中产生洋葱气味的液体
气味材料_桃子	Burghart Messtechnik	LA-13-00245	用于嗅觉仪中产生桃子气味的液体
E-Prime 2.0	Psychology Software Tools		实验控制软件