通过脑电图和标准化低分辨率脑电地形图（sLORETA）揭示的性别依赖性萜烯类嗅觉刺激的皮层反应

《Neuroscience Letters》：Sex-dependent cortical responses to terpene-based olfactory stimulation revealed by EEG and sLORETA

　　

摘要

使用挥发性萜类物质进行嗅觉刺激已与人脑活动的调节相关；然而，萜类衍生香气所引发的性别相关神经生理反应仍不明确。本研究利用脑电图（EEG）节律的相对频谱功率分析和标准化低分辨率电磁断层成像（sLORETA），探讨了橙子类和松木类萜类香气对大脑皮层的影响。使用电子鼻（E-nose）和气相色谱-质谱-嗅觉分析（GC-MS-O）对挥发性及嗅觉活性化合物进行了表征，结果表明两种香气样本均以萜类化合物为主。在香气吸入前、中、后分别进行了EEG记录。观察到了显著的两性相关皮层反应差异。在男性中，橙子香气引起相对β波段和γ波段功率的显著增加，尤其是在颞区和枕区。在女性中，松木香气导致相对β波段功率显著增加，主要分布在额区和枕区。sLORETA分析进一步揭示了与香气类型和性别相关的不同皮层激活模式。这些发现表明，基于萜类的嗅觉刺激对男女皮层EEG反应的调节方式存在差异，为嗅觉刺激的性别依赖性处理提供了神经生理证据。

引言

嗅觉是人类的基本感官之一，香气吸入通过嗅觉刺激显著影响心理和生理状态[1], [2]。特别是，香气已在芳香疗法中被用于促进心理稳定并增强注意力[2]。许多植物种类被用于芳香疗法，植物释放各种挥发性化合物，如萜类[3], [4]。萜类作为各种芳香化合物的前体，具有情绪增强和生物活性特性，因此具有重要的工业潜力[5]。橙子和松木是代表性的植物来源，具有不同的萜类谱[6], [7], [8]。

橙子和松木等植物具有芳香和药用特性，长期以来一直被用于缓解或治疗各种身体和心理症状[9]。橙子含有多种生物活性化合物，据报道能作用于下丘脑和海马等脑区，从而有助于调节疼痛和焦虑[10]。此外，松木的各个部分，包括其针叶和叶片，在亚洲地区传统上被制成茶饮或用于民间疗法，因此在饮料中被广泛消费[11]。松木释放的丰富萜类已知具有情绪增强和生物活性作用[5], [8]。

由植物来源材料香气吸入所引起的心理变化与嗅觉神经系统的调节密切相关。嗅觉球检测到的气味信号被传输至中枢神经系统，从而影响神经活动、自发性脑功能和认知过程。EEG被广泛用于通过头皮电极测量大脑皮层产生的电活动来评估这些变化[12]。基于EEG的分析能够评估化学感觉刺激如何影响神经认知功能[12], [13]。然而，EEG在识别局部神经源方面存在局限性，因为它仅提供二维信息。为了弥补这些局限性，基于蒙特利尔神经研究所（MNI）152脑模板的sLORETA已被应用于估计局部脑活动并提供三维（3D）神经激活信息[12], [13], [14]。

虽然橙子和松木香气表现出不同的萜类特征谱，但关于其吸入对人类EEG节律相对频谱功率影响的研究——尤其是性别差异——仍十分有限。本研究使用E-nose和GC-MS-O分析它们的挥发性化合物，并利用EEG节律的相对频谱功率分析和sLORETA评估吸入所引发的性别相关神经生理效应。这些发现提供了性别特异性EEG反应的基础数据，有助于芳香疗法和神经生理研究的拓展。

章节摘要

实验材料

为减少季节和气候的影响并确保人体安全暴露，使用市售的橙子和松木香精（ES食品公司，大韩民国京畿道），分别用蒸馏水（DW）稀释至1%、3%、5%、7%和9%的浓度。

电子鼻

使用电子鼻（HERACLES Neo, Alpha MOS, 法国）分析挥发性化合物模式，以确定最佳样本稀释比例。样本（顶空瓶中3 mL）在50°C下搅拌孵育10分钟，随后进行顶空分析。

浓度选择

基于E-nose检测到的不同浓度橙子和松木香精的挥发性化合物数据，进行了层次聚类分析（HCA）。这能够识别挥发性化合物的模式，随后选择了用于EEG分析的样本浓度。橙子香精的HCA结果如图1(A, B)所示，而松木香精的结果如图1(C, D)所示。基于蒸馏水（DW）和不同浓度橙子香精的挥发性化合物数据进行的HCA分析

讨论

人类的嗅觉被广泛用于评估食品质量与安全；然而，人类感官评估容易受到个体偏差和外部因素的影响[17], [18]。为了克服这些局限性，基于机器的感官评估被越来越多地采用。其中，模拟人类嗅觉系统的电子鼻（E-nose）能够使用多种化学传感器快速、无损地进行挥发性化合物的模式识别[15], [17], [18], [19], [20], [21]。

意义声明

已知嗅觉刺激会影响人脑活动，但对基于萜类的香气所引发的性别相关神经反应仍知之甚少。本研究利用EEG结合sLORETA表明，橙子类和松木类萜类香气引发了不同且性别特异性的皮层激活模式。橙子香气主要调节了男性中与β波和γ波相关的神经活动，而松木香气则引发了与多个布罗德曼脑区相关的更广泛的激活

CRediT作者贡献声明

Younglan Ban：撰写——初稿，方法论，概念构思。Hyeonjin Park：方法论，形式分析。Se Young Yu：方法论，形式分析。Hee Sung Moon：方法论，形式分析。Su Hyun Kim：方法论，形式分析。Ji Sun Kim：方法论，形式分析。Eui-Ccheol Shin：撰写——审稿与编辑，监督，方法论，资金获取，概念构思。

资金支持

本研究得到了大韩民国教育部资助的国家研究基金会通过基础科学研究计划的支持（NRF-2022R1I1A3066192）。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的相互冲突的财务利益或个人关系可能会影响本文中报告的工作。

致谢

本研究得到了大韩民国教育部资助的国家研究基金会通过基础科学研究计划的支持（NRF-2022R1I1A3066192）。

Younglan Ban|Hyeonjin Park|Se Young Yu|Hee Sung Moon|Su Hyun Kim|Ji Sun Kim|Eui-Cheol Shin