嗅觉-视觉一致性对视觉搜索任务表现的影响：一项多感官整合研究

《Scientific Reports》：Visual search performance depends on the congruency of olfactory sensations

本研究针对视觉搜索过程中多感官整合机制尚不明确的问题，开展了关于嗅觉-视觉一致性对视觉搜索任务表现影响的研究。研究人员通过四通道嗅觉测量仪，在参与者执行具有挑战性的水果目标视觉搜索任务时，向其呈现与目标一致、不一致或无气味刺激，发现一致的气味显著提高了搜索准确率和反应速度，且该一致性效应的大小和方向受个体基线视觉搜索能力和嗅觉辨别能力的调节。这项研究为多感官整合在引导注意力方面的作用提供了新证据，表明即使任务无关的嗅觉信息也能通过语义一致性影响视觉认知过程，对理解真实环境（如食品选择）中的多感官交互具有重要意义。

　　

想象一下，你正身处一个熙熙攘攘的市场，寻找你最喜爱的水果。你脑海中关于这种水果颜色和形状的心理意象或许能引导你的视觉搜索。但是，那个水果特有的香气，其同时进行的感官处理，是否也能帮助你在众多色彩缤纷、分散你注意力的水果中找到你的目标呢？视觉搜索，即在一系列干扰项中寻找目标，已成为研究早期视觉处理的主导范式，因为它非常适合用于研究如注意力和工作记忆等高阶认知过程。先前的研究表明，多感官线索可以为视觉搜索任务带来益处。例如，语义一致的声音可以增强空间视听一致性任务中的表现。甚至在多感官线索（如听觉音调）在空间上不提供信息且与任务无关的情况下，它的存在也能有益于视觉搜索。在人类中，嗅觉在选择可食用食物和可口饮料、选择视觉对象、在干扰项中搜索目标、在复杂环境中导航，乃至选择潜在伴侣方面都扮演着关键角色。尽管物体颜色对味觉和嗅觉的影响已得到充分证实，但气味处理对视觉的反向影响却较少被记录。有研究发现，同时处理玫瑰花香会导致参与者在连续闪光抑制范式中报告竞争性视网膜图像（即玫瑰或记号笔）的知觉持续时间时出现偏差，这表明同时进行的气味处理可以影响早期视觉处理。然而，嗅觉处理能在多大程度上影响视觉搜索所需的早期视觉处理，仍有待确定。

为了解决这个问题，来自意大利佛罗伦萨大学、比萨大学以及德国雷根斯堡大学的研究团队在《Scientific Reports》上发表了一项研究，题为“Visual search performance depends on the congruency of olfactory sensations”。该研究旨在探讨并发的嗅觉处理是否会影响视觉搜索任务的表现和反应时间。研究人员假设，即使气味与任务无关，与搜索目标一致的嗅觉刺激（一致性条件）会促进搜索表现，而不一致的嗅觉刺激（不一致条件）则会损害表现。

为了验证这一假设，研究人员开展了一项精巧的行为实验。他们招募了22名健康成年参与者（20名女性，2名男性），所有参与者均无精神或神经系统疾病史，视力正常或矫正至正常，且无嗅觉缺失症病史。实验在一个完全黑暗的房间中进行，参与者头部由下巴托和额托固定。

研究的核心技术方法主要包括：

1. 1.
   嗅觉刺激呈现：使用定制的计算机控制、四通道空气稀释嗅觉测量仪（olfactometer）向参与者呈现三种水果气味（柠檬、苹果、草莓）或中性室内空气（无气味）。气流速率约为8升/分钟，气味呈现时间为5秒，之后有7秒的清洗期以确保气味消散。气味浓度经过预实验调整，以确保在5秒内可被检测，且辨别正确率约为70%。
2. 2.
   视觉搜索任务范式：参与者执行一项提示性视觉搜索任务。每个试验开始时，屏幕中央呈现一个注视点1秒，同时开始气味输送（参与者不知情）。5秒后，一个目标水果图像（柠檬、苹果或草莓中的一种）在中央呈现50毫秒。经过100毫秒的刺激 onset 异步（SOA）后，一个包含8个水果图像的搜索阵列呈现100毫秒。刺激以50%色彩饱和度呈现以增加任务难度。目标始终存在于阵列中，另外7个为干扰项（其他水果）。参与者需用鼠标将光标移动到他们认为包含目标的位置。
3. 3.
   实验条件设计：实验包含四种关键条件：（1）无气味（基线）；（2）目标一致：气味与视觉目标水果一致（如柠檬气味，搜索柠檬）；（3）目标不一致：气味与视觉目标不一致，且与该气味对应的水果不在干扰项中；（4）干扰项一致：气味与视觉目标不一致，但与该气味对应的水果是干扰项之一。
4. 4.
   控制任务与后测：在视觉搜索任务后，参与者还完成了一项气味辨别任务，以评估其辨别三种水果气味的能力。此外，在实验结束后进行了气味识别测试，以评估参与者对所用气味的意识感知程度。
5. 5.
   数据分析：主要测量指标为视觉搜索的正确率（准确率）和正确试验的反应时间（从搜索阵列呈现到鼠标点击目标位置的时间）。使用重复测量方差分析（ANOVA）、事后检验（post-hoc tests）、相关性分析（Pearson correlation）和卡方检验（chi-square test）等统计方法分析气味一致性对行为表现的影响，并探讨个体差异（基线搜索表现、气味辨别能力）与一致性效应的关系。

视觉搜索任务中气味一致性的主效应

研究人员首先分析了气味一致性对视觉搜索表现的主效应。

结果显示，气味一致性对搜索正确率有显著的主效应（F_(3,63) = 11.88, p < 0.001; η2 = 0.36，大效应量）。事后比较发现，目标一致条件下的正确率显著高于无气味条件（虽未在图中所有配对中直接标出，但从图1B趋势和文中描述可知）、目标不一致条件（t = 5.15, p < 0.001, d = 0.89，大效应量）和干扰项一致条件（t = 3.6, p = 0.007, d = 0.6，中等效应量）。目标不一致条件和干扰项一致条件的正确率均显著低于无气味基线（目标不一致: t = 4.5, p < 0.001, d = 0.7；干扰项一致: t = 2.96, p = 0.043, d = 0.5）。在反应时间上，一致性也有显著主效应（F_(3,63) = 4.49, p = 0.006; η2 = 0.18，大效应量）。目标一致条件下的反应时间显著短于无气味条件（t = 3.4, p = 0.007, d = 0.55，中等效应量），而不一致条件与无气味条件无显著差异。错误分析表明，错误选择主要受目标颜色相似性的影响，而非气味。此外，目标在搜索阵列中的位置（象限）对基线条件下的表现或反应时间没有显著影响。

个体差异与一致性效应

深入的分析揭示了关键的个体差异。参与者基线（无气味）视觉搜索表现与一致性效应的大小存在显著的负相关。

具体而言，在目标一致条件下，基线表现较差的参与者（低绩效者）从一致气味中获益最大，而基线表现良好的参与者（高绩效者）则改善甚微或甚至出现下降（r = -0.7, p < 0.001）。相反，在目标不一致和干扰项一致条件下，高绩效者表现出更严重的表现受损（r = -0.56, p = 0.007; r = -0.42, p = 0.047）。反应时间的变化也与基线反应时间相关，在一致条件下，基线反应慢的参与者反应时间减少更多（r = -0.49, p = 0.018）。

嗅觉辨别能力的作用

气味辨别控制任务的结果显示，参与者辨别水果气味的平均正确率为73%，平均反应时间为5.6秒，三种气味之间无显著差异。

重要的是，个体的气味辨别能力与一致性效应相关。辨别能力较差的参与者在视觉搜索任务中从一致气味中获益更多，而辨别能力强的参与者则获益很少甚至出现表现下降（r = -0.64, p = 0.001）。不一致条件的变化与辨别能力无显著相关。后测的气味识别测试表明，参与者对气味的意识识别能力与视觉搜索中的一致性效应无关，提示该效应可能是内隐的。

研究结论与意义

本研究的结果表明，并发的、任务无关的气味处理可以影响个体在速度性视觉搜索任务中的表现。暴露于与视觉搜索目标一致的嗅觉信息能够促进搜索表现（更高的准确率和更快的反应），而不一致的嗅觉信息则会产生干扰。这种一致性效应的幅度和方向高度依赖于个体的特质：视觉搜索效率较低的个体从一致的多感官线索中获益最大，而效率高的个体则最容易受到不一致线索的干扰。此外，个体的嗅觉辨别能力也调节了这种效应，辨别能力较弱的个体从一致气味中获益更多。

这些发现为多感官整合，特别是嗅觉-视觉交互作用提供了重要的证据。它表明，即使是非空间性、任务无关的嗅觉信号，也能通过语义一致性来调节视觉注意力过程，从而影响行为表现。这种内隐的跨通道提示可能通过提高目标物体的显著性或通过激活相关语义表征来引导注意力分配。研究结果强调了在理解感知和认知过程时考虑个体差异的重要性。低绩效者从一致线索中获益的现象可能与信号检测理论中通过增加信噪比来提升表现的观点一致，而高绩效者受不一致线索干扰更甚，可能反映了其注意力系统对冲突信息更敏感。

这项研究的意义在于它将多感官整合的研究扩展到了嗅觉-视觉领域，并揭示了其在复杂认知任务（如视觉搜索）中的作用。这对于理解真实世界场景（例如，在充满各种气味的市场中选择食物）中的行为具有启示意义。个体的感知认知能力差异决定了他们如何利用或受环境中的多感官信息影响。未来的研究可以进一步探索其神经机制，并考察不同气味属性（如愉悦度）、任务难度以及其他感官模态的交互作用。

尽管本研究存在一些局限性，如样本量适中、性别不平衡、以及反应时间包含运动成分等，但其发现为嗅觉在视觉认知中的角色提供了新的见解，强调了跨通道一致性效应在优化或干扰行为表现方面的潜力，特别是在处理具有生态效度的刺激（如食物）时。