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 人在水中游 发表于: 2021-5-18 20:14:00|显示全部楼层|阅读模式

[2021年] 嗅觉受损者福音,芝加哥大学研发“数字鼻”,用超级硬件刺激嗅觉感知

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源自:界面新闻
原文标题:嗅觉受损者福音,芝加哥大学研发“数字鼻”,用超级硬件刺激嗅觉感知

  智东西5月17日消息,近日芝加哥大学的研究人员开发出一种“数字鼻(Digital Nose)”,可通过电脉冲使嗅觉受损者闻到特定气味。
  人类是地球上最伟大的生物,当空间里弥漫着不同气味时,人的鼻子可以根据气味的强度来确定来源的方向,就像耳朵能确定声源的位置一样。近年来,科学家们不断地在探寻,通过人工智能的方式,增强人们的感官。如今在视觉、听觉方面的研究都取得了不错的成就,但嗅觉因存在测试困难、样本基数不够大等方面的问题,一直处于起步阶段。

一、嗅球神经和三叉神经控制嗅觉
  芝加哥大学人机集成实验室的研究人员,研发了一种“鼻子硬件(nose-worn hardware,就是前文提到‘数字鼻’的硬件组成部分)”,用来增强人们的嗅觉。它通过微小的脉冲来增强人们的嗅觉感知力,这与人们生理嗅觉系统的工作原理不同。
  从生理上来说,人们在接触到一种新的气味时,处于大脑内的嗅球和连接面部的三叉神经都会受到不同程度的刺激,然后对气味做出反应,同时给大脑传递一个气味信号。像薄荷,它的“清新感”就是来自于三叉神经的感知,还有辣椒的“辣味”、醋的“酸味”等,都是因为三叉神经受到了刺激传递给大脑的信息。
  研究表明,人类的嗅球神经只能有意识地感知气味的大致方向,但并不精确。如果气味触发到三叉神经,那嗅觉便会增强。比如我们可以快速地通过气味,区分薄荷味冰淇淋和普通冰淇淋,但难以区分巧克力味冰淇淋和普通冰淇淋。

二、“鼻子硬件”工作原理:电击刺激、物理感知、闻到味道

  刺激三叉神经的方式,除了通过气味也可以直接用电击的方式。“鼻子硬件”就是基于这种工作原理设计的,它有两个电极板,在使用时需要将它插入鼻孔中,然后通过电极板的电击作用,把刺激信号通过面部神经传递给三叉神经,以此来增强人们的嗅觉感知。
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“鼻子硬件”

  值得注意的是,这个“鼻子硬件”设备是采用无线电池供电,它通过两个小型磁铁固定在鼻孔内测。在操作过程中,只需要改变电极板的电波就可以控制嗅觉增强的大小。同时,设备还能检测出吸入气味的时间,然后使用电极刺激鼻孔隔膜。据了解,设备的测试效果良好,即使是未经训练的人使用,在电极的引导下也能感知虚拟气味的位置。
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“鼻子硬件”工作原理图

三、助力嗅觉受损者,开发“超级嗅探者”
  但这个“鼻子硬件”到底是什么?
  据发表这项技术论文的作者Jas Brooks说:“很难用语言去描述这款设备的性质,它通过‘挠’或‘刺痛’的方式向体验者传输气味的信号,但并没有哪种特定的方式来表明具体某一种气味。我们从一些未受过训练的体验者中得知,有些电极的刺激像是芥末味,有些刺激会带来压力或温暖的感觉。这都再次表明‘鼻子硬件’确实触发了三叉神经。此外,我们兴奋地发现可以通过控制波形来创造气味”。
  这种设备的研发可以帮助那些嗅觉功能受损的人,因为在许多情况下,即使嗅球损伤也会不影响到三叉神。通过电击发来刺激三叉神经,能让嗅觉丧失者重新感受气味。
  研究人员表示,在未来有可能在三叉神经刺激和嗅觉刺激之间绘制地图,这意味着电诱导范围更广的嗅觉。另外,也可以将此设备制造成“超级嗅探者”,不仅可以进行气味方向定位,还能利用外部传感器让人们体验那些无法闻见的味道。例如一氧化碳的味道,一些放射性元素的味道,或者是家的味道。

结语:研发“数字鼻”技术,推动垂直领域的相关应用
  科学家们一直在探索,更接近于人类各种“感官”的人工智能,比如视觉、听觉和嗅觉方面的设备。这次芝加哥大学的研究人员利用电脉冲来刺激三叉神经来增强嗅觉。
  这种技术可以将气味数字化,它可用于精准定位气味方向、分析和识别各类气味,具有识别能力强、灵敏度高、客观准确、应用范围广等突出特点。此外,这种“数字鼻”在医疗、工程等领域都要重大应用,但它还需一段时间来完善这项技术。
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