心理物理学工具可用于评估味觉系统的功能,适用于科研和健康评估。本文介绍了一种测定味觉检测阈值的方法,可确定个体(低至6岁儿童)能够尝出的蔗糖、氯化钠或谷氨酸钠的最低浓度。
心理物理学工具可用于评估味觉系统的功能,适用于科研和健康评估。本文介绍了一种测定味觉检测阈值的方法,可确定个体(低至6岁儿童)能够尝出的蔗糖、氯化钠或谷氨酸钠的最低浓度。
本文介绍了一种称为味觉检测阈值(Taste Detection Threshold, TDT)测试的双选强制选择阶梯追踪程序,该方法可从儿童期到成年期可靠地测量甜味、咸味和鲜味的味觉检测阈值。该方法的优点包括适用于儿童和成人的相同实验流程,从而能够确定味觉感知中与年龄相关或个体间的差异(如果存在);任务可在相对较短的时间内完成,不依赖持续注意力,也无需记忆,可控制主观反应偏差,并最大限度减少语言发育水平的影响。在禁食1小时后,向受试者呈现成对的溶液;每对溶液中,一种为水,另一种则含有不同浓度的呈味物质。
采用全口品尝法,受试者依次品尝每种溶液(不吞咽,且每次品尝之间用水漱口),然后指出与水的味道不同或具有味道的溶液。在出现一次错误反应后,下一组刺激溶液的浓度增加;在连续两次正确反应后,浓度则降低。当浓度变化方向发生改变时,即出现一次反转。当完成四次反转,且任意两次连续反转之间最多仅有两次稀释步骤,同时反转序列不呈现持续上升模式时,任务被视为结束。这些附加标准可提高结果的可靠性。味觉检测阈值(TDT)通过计算四次反转时对应浓度的几何平均值来确定。该方法具有实际应用价值,因其提供了一种独立于喜好度的味觉感知维度信息,且该维度会随年龄增长及某些疾病状态而变化,因此是一种有价值的心理物理学检测方法。
味觉起到一种“守门人”的作用,部分决定了个体是拒绝还是接受某种食物或液体进入口腔。味觉心理物理学——研究特定化学刺激与其引发的感觉和知觉之间关系的学科——为了解味觉系统的功能提供了重要信息1。不仅存在多种基本味觉(甜、咸、苦、酸、鲜),而且每种味觉品质均可通过不同的感知维度加以描述,包括个体对化学刺激的察觉敏感度或对其味道的识别能力,以及对味觉感受的喜爱或厌恶程度。
本文介绍了一种心理物理学方法,可用于可靠地测量低至6岁个体的味觉检测阈值 (即能够被感知到的味物质的最低浓度)。从儿童期到成年期,检测阈值已被用于临床评估创伤或疾病状态的影响2,3,以及在基础研究中用于研究饮食、衰老、发育、肥胖和吸烟对味觉系统的影响,以及基因型与味觉表型之间的关系4,5,6,7,8,9,10,11。
本味觉检测阈值 (TDT)测试通常每种刺激物平均需要15分钟完成(范围:4–35分钟;中位数:13分钟),采用一种双选强制选择的阶梯追踪法,用于测定溶液中蔗糖、氯化钠(NaCl)或谷氨酸钠(MSG)能够被感知为味道的最低浓度。如本文所述,受试者将接受成对的溶液测试;每对溶液中,一种为水,另一种则含有不同浓度的呈味物质。采用全口品尝法,受试者品尝每种溶液(不吞咽),然后指出具有味道或与水味道不同的溶液。当受试者出现一次错误反应后,下一对溶液的刺激物浓度将升高;当连续两次正确反应后,浓度则降低。当浓度变化方向发生改变时,即出现一次反转。
当出现四次反转,且连续两次反转之间最多包含两个稀释步骤,同时反转序列不呈现上升模式时,该任务被视为完成。这些附加标准由蒙奈尔-杰斐逊化学感觉临床研究中心的 Cowart 博士及其同事在临床实践中确立2,可提高结果的可靠性,并增强对个体味觉功能测量有效性的信心。已有研究采用该方法测定数百名健康儿童(低至6岁)、青少年和成人对蔗糖、食盐或谷氨酸钠(MSG)的味觉检测阈值4,5,6,7,8,9,10,11,结果表明大多数(>~80%)儿童能够完成该心理物理学任务4,6,7,8,凸显了该方法在儿科人群中的适用性。
1. 一般注意事项
注意:本味觉检测阈值(TDT)测试方案描述了制备味觉溶液以及测定蔗糖、氯化钠或谷氨酸钠味觉检测阈值的步骤,其中以蔗糖为例进行说明。该方法已获得宾夕法尼亚大学监管事务办公室的批准。对于本方案中所述的研究,已从每位成年受试者或儿童受试者的父母/法定监护人处获得知情同意。每位七岁及以上的儿童在参与前也已签署知情同意书。
2. 制备味觉刺激溶液的材料与配方
注意:此处提供了配制蔗糖、NaCl 或 MSG 的储备液(1000 mmol/L;下文简称储备液)以及该储备液的 16 个连续稀释浓度(以四分之一对数为间隔)的详细步骤。表 1 列出了每个稀释步骤的浓度。图 1 展示了从储备液配制至稀释步骤 1–16 的操作流程。所配制溶液的体积足以用于测定至少四名受试者的感知阈值。
| 步骤 | 摩尔浓度 | 蔗糖 (g/L) | 氯化钠 (g/L) | 谷氨酸钠 (g/L) |
| (每步相差 1/4 对数单位) | ||||
| 0 | 1 M | 342.3 | 58.44 | 187.13 |
| 1 | 0.562 M | 192.37 | 32.84 | 105.17 |
| 2 | 0.316 M | 108.17 | 18.47 | 59.13 |
| 3 | 0.178 M | 60.93 | 10.4 | 33.31 |
| 4 | 0.100 M | 34.23 | 5.84 | 18.71 |
| 5 | 0.056 M | 19.17 | 3.27 | 10.48 |
| 6 | 0.032 M | 10.95 | 1.87 | 5.99 |
| 7 | 0.018 M | 6.16 | 1.05 | 3.37 |
| 8 | 0.010 M | 3.42 | 0.58 | 1.87 |
| 9 | 0.0056 M | 1.92 | 0.33 | 1.05 |
| 10 | 0.0032 M | 1.09 | 0.19 | 0.6 |
| 11 | 0.0018 M | 0.62 | 0.11 | 0.337 |
| 12 | 0.0010 M | 0.34 | 0.058 | 0.187 |
| 13 | 0.00056 M | 0.19 | 0.033 | 0.105 |
| 14 | 0.00032 M | 0.11 | 0.019 | 0.059 |
| 15 | 0.00018 M | 0.06 | 0.0105 | 0.034 |
| 16 | 0.00010 M | 0.03 | 0.0058 | 0.019 |
表1:味觉检测阈值(TDT)测试所需蔗糖、氯化钠(NaCl)和谷氨酸钠(MSG)溶液的浓度梯度及相应摩尔浓度。

图1:通过稀释步骤#1-16制备储备液的分步说明。 请点击此处查看该图的放大版本。
3. 心理物理学方法:TDT

图 2:阈值追踪网格。(A)记录味觉检测阈值。(B)一个托盘的设置。请点击此处查看该图的放大版本。
4. 测试前材料的准备
5. 受试者测试前准备

图3:儿童参与味觉阈值检测测试。 两份溶液按应品尝的顺序放置在参与者前方的桌面上。要求参与者将位置1的溶液含于口中5秒,吐出后用dH2O漱口,然后对位置2的溶液重复相同步骤。品尝完两份溶液后,要求参与者指出与水相比有味道或味道不同的溶液。请点击此处查看该图的放大版本。
6. 对参与者的口头指导
7. 研究人员操作说明:味觉检测阈值

图4展示了四位代表性参与者(A-D)的追踪网格结果。反转(即参与者反应方向的改变)用圆圈标出,并按出现顺序编号,以说明何时达到判定标准。反转采用颜色编码,以表明方向变化是从错误转为正确(绿色)还是从正确转为错误(红色)。
图4A展示了某位参与者在前四次反转内达到标准的追踪网格。按发生顺序,该参与者的反转分别出现在第8步、第9步、第8步和第10步。此序列符合标准,原因如下:(a)任意两次连续反转之间的步数不超过两步(第8步与第9步、第9步与第8步、第8步与第10步);(b)存在两组成对情况,即参与者在相同步数(第8步)两次正确识别了T。该参与者的检测阈值由这四次反转对应浓度的几何平均值确定:

几何平均数 = 0.0065 M
图4B 显示了一位蔗糖检测阈值相对较高(敏感性较低)的受试者的追踪网格,其在前四次反转中的反应未达到标准。按发生顺序,前四次反转分别出现在第9步、第10步、第8步和第9步。尽管这些反转之间的步数差异均在两步以内(第9步 与 第10步、第10步 与 第8步、第8步 与 第9步),但并未出现两组连续两次在相同步数上正确识别出目标刺激(T)的情况(第8步 与 第9步)。这些反转呈现出上升趋势;因此,未满足标准,测试继续进行。反转6–9 满足了标准,因为:(a)任意两次连续反转之间的步数差不超过两步(第8步 与 第6步、第6步 与 第7步、第7步 与 第6步);(b)在同一测试步数上获得了两组连续两次正确回答(第6步)。该受试者的检测阈值由这四次反转对应浓度的几何平均值确定:

几何平均数 = 0.021 M
图4C展示了某位蔗糖检测阈值相对较低(敏感性高)的参与者的追踪网格,该参与者在前四次反转中的反应未达到标准。反转发生在第9步、第10步、第9步和第13步。尽管在两对测试中(第3-4对和第7-8对),参与者在同一浓度步骤(第9步)两次正确识别出味觉刺激物,但反转3与反转4之间相差超过两步(第9步 对比 第13步),因此测试继续进行。最后四次反转(第13步、第12步、第13步、第12步)满足标准,原因如下:(a)任意两次连续反转之间的浓度步骤差不超过两步(第13步 对比 第12步);(b)在第17-18对和第20-21对测试中,参与者均正确识别了同一浓度(第12步)。该参与者的检测阈值由这四次反转对应浓度的几何平均值确定:

几何平均数 = 0.00075 M
图 4D 显示了一位蔗糖检测阈值相对较高(敏感性较低)的受试者的追踪网格,其反应在前四次反转内即达到判定标准步骤 6, 7, 5, 8)。任意两次连续反转之间不超过两个步骤(6 与 7, 7 与 5, 5 与 8),且参与者正确识别出相同浓度(步骤6)在提供配对时 7-8 和 13-14该受试者的检测阈值由这四次反转时的浓度几何平均数确定。

几何平均数 = 0.024 M

图 4:追踪网格图。(A–D)四位受试者的代表性数据。请点击此处查看该图的放大版本。
TDT 测试是一种双选强制选择的阶梯式程序,采用严格规则以满足比先前方法更高的标准12,从而确保更稳定的结果测量。根据莫内尔-杰斐逊化学感官临床研究中心建立的标准2,TDT 是一种可靠的漱口吐液方法,可测量个体(低至6岁)能够通过味觉感知的蔗糖、氯化钠或谷氨酸钠溶液的最低浓度。若按照所述方法完成测试,包括要求受试者在每次品尝前后漱口,所得结果可靠且快速,能够提供有关独立于享乐评价的重要味觉维度的深入信息8。
尽管在味觉这一维度的测量中应用心理物理学工具在该领域已有成熟基础,但许多方法尚未在儿童群体中得到验证14。本实验方案包含若干关键步骤,其中部分步骤尤其适用于儿童 [另见参考文献15]。首先,确定阈值的标准不应仅仅依赖于出现任意四次转折点,也不应因受试者年龄不同而有所变化。相反,两次连续转折点之间的稀释步骤最多不得超过两步,且转折点序列不应呈现上升趋势,因为后者可能表明受试者仅在随机猜测或未专注执行任务。这些额外标准基于临床经验建立2,有助于部分评估个体味觉系统的功能,原因在于它们能够控制假阳性结果,尤其是在受试者仅凭猜测作答的情况下16。
第二,该程序为强制选择模式,如果参与者回答"两者都无"或"两者都有"味道,则该答案不被接受,而是要求他们"猜测"。在进行TDT测试时,参与者常常感觉自己是在猜测,但这不应被视为其完全无法感知味觉刺激的证据17。此外,个体对于何种感觉构成味觉体验的内在判断标准可能存在差异,因此他们在声称某溶液有或无味道时的意愿程度也可能不同。第三,由于最近的进食行为会影响味觉感知18,因此标准化参与者在测试前最后一次进食或饮水(除水以外)的时间,对于减少因感觉适应或增强所导致的个体间差异至关重要。第四,本研究中使用的呈味物质具有良好的适口性,并以溶液形式呈现,而非食物基质。当使用食物基质时,可能需要更长的刺激间间隔,以确保食物完全从口中清除。尽管该方法已被用于测量成人对酸味或苦味呈味物质的检测阈值2,11,但在某些年幼儿童中用于测量不适口呈味物质的检测阈值时可能存在困难,原因在于这些儿童对某些苦味物质更为敏感,且可能不愿意继续参与实验19。
通过呈现最多四对浓度递增的苦味溶液与去离子水(dH2O)进行强迫选择的方法,已在儿童群体中取得成功19,20。第五,该方法嵌入于游戏情境中,能够适应儿童在认知和语言方面的局限性,仅要求受试者指出含有味道的杯子。在最近的一项研究中,80%的儿童平均持续注意力达15分钟并达到了判定标准8。此类关于任务完成情况的信息应当予以报告,尤其是在研究儿童群体时。
该方法具有实际应用价值,已被用于评估其他基本味觉(如酸味(柠檬酸)和苦味(奎宁))的检测阈值2,并在不同年龄的成人中得到应用8。由于该方法无需受试者进行语言回应,其操作说明可轻松翻译为其他语言21,使其成为全球科研人员有价值的心理物理学工具。然而,与其他心理物理学方法一样,该方法的应用可能存在一定局限性,尤其是在年幼儿童中。儿童达到实验标准的难度可能高于成人。在一项研究中,有20%的儿童未能达到标准,而成人中仅有5%8。未能完成实验的原因包括注意力不集中、无法理解任务要求,或因疲劳而无法继续进行。
采用该味觉TDT的研究结果已广泛应用于临床味觉无觉(ageusia)的诊断,并加深了人们对味觉敏感度随年龄和健康状况变化的理解。对患者的临床评估显示,当两性蔗糖检测阈值≥ 0.025 M,或男性氯化钠检测阈值≥ 0.012 M、女性≥ 0.010 M时,被视为异常2。在成年人中,对甜、咸、酸、苦味的味觉敏感度呈逐渐下降趋势,并持续至第八个十年22。通常,年轻成年人的味觉检测阈值较低(即更敏感),而年长成年人的阈值较高22,23,24,25。然而,儿童和青少年对蔗糖的味觉阈值较高(即敏感性较低)8,但对丙硫氧嘧啶(propylthiouracil)苦味的阈值则低于成人(即更敏感),成人模式在青春期逐渐形成19,26。
味觉检测阈值已被证明与健康指标相关。例如,盐味检测阈值与正常体重儿童的收缩压呈正相关7,而中心性肥胖儿童对蔗糖的检测阈值较低(即更敏感),相比无中心性肥胖的儿童表现出类似结果4,青少年中也发现了相似的现象27。然而,在成年女性中并未观察到肥胖与蔗糖检测阈值之间的关联,且患有肥胖的成年女性对谷氨酸钠(MSG)鲜味的检测阈值更高(即敏感性更低)9。
尽管关于儿童与成人检测阈值差异的研究较为有限,但已知蔗糖味觉检测阈值无法预测从童年到成年期间对甜味的偏好或高于阈值的强度评分8,28,29,这进一步表明味觉敏感性代表了味觉的一个独立维度,与味觉偏好无关,因而提示其背后存在不同的生理机制。深入理解年龄、饮食习惯、健康状况与味觉系统敏感性之间的复杂相互作用,以及这些相互作用在基本味质之间是否存在差异,是未来研究的重要方向。
作者声明不存在任何竞争性财务利益。
Joseph 博士的研究得到了美国国家酒精滥用与酒精中毒研究所(Z01AA000135)、美国国家护理研究所(NINR)(1ZNR0000035-01)以及美国国立卫生研究院杰出学者基金的资助;Mennella 博士的研究得到了国家耳聋及其他交流障碍研究所(NIDCD)基金 DC016616 和 DC011287 的支持;Cowart 博士在优化 TDT 测试方面的研究工作得到了 NIDCD 基金 P50 DC000214 的资助;Pepino 博士的研究得到了美国糖尿病协会(ADA)基金 1-19-ICTS-092 以及美国农业部国家食品与农业研究所(NIFA)哈奇项目 698-921 的支持。本内容完全由作者负责,不代表 NIH、NINR、NIDCD、ADA 或 USDA NIFA 的官方观点。上述资助机构在研究设计与实施、数据的收集、分析与解释,以及论文的撰写和内容方面均未发挥任何作用。
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| 氯化钠(NaCl) | Morton | NA | |
| 蔗糖,晶体,符合国家处方集标准(NF) | Spectrum Chemical MFG Corp | 57-50-1 | |
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| 容量瓶,1000 mL,带塞(4个) | PYREX | 10-210G | |
| 称量舟 | Sartorius | 13-735-744 |