Аромат и контекст: восприятие запахов в условиях МКС

Восприятие окружающей среды опосредовано нашими органами чувств, каждый из которых отвечает за конкретный тип стимулов. Тем не менее более полная картина среды формируется лишь при взаимодействии нескольких или даже всех этих стимулов. Насколько хорошо мы воспринимаем те или иные стимулы зависит от множества внутренних (физиологических и/или психологических) и внешних факторов. К последним можно отнести выраженность стимула, продолжительность его воздействия на человека и, как ни странно, обстоятельства. К примеру, астронавты, говорят, что еда на МКС на вкус пресная, хотя на Земле она же может обладать ярко выраженным вкусом. Ученые из Мельбурнского королевского технологического университета (Австралия) решили выяснить, в чем секрет столь переменчивого восприятия вкуса и запаха. Как они это делали, и что показали опыты мы узнаем из их доклада.

Основа исследования

Во время потребления пищи важную роль для восприятия вкусовых и ароматических стимулов являются контекстуальные факторы. Утрируя, наслаждаться любимым блюдом всегда приятнее, а вкус его всегда ярче, если этот процесс происходит в приятной для человека обстановке. На МКС обстановка далека от идеальной, какими бы улыбчивыми ни были астронавты на видео. Стресс, которому подвергается организм космонавта, сказывается на его продуктивности работы. А нарушение восприятия вкусовых и ароматических стимулов может лишь усиливать негативные последствия.

Факт изменения вкуса и запаха еды во время космических путешествий первоначально связывают с изменениями жидкости, вызванными микрогравитацией, что потенциально влияет на обонятельные способности. Однако адаптация к космической среде предполагает, что это временно, а скорость восстановления может быть генетически специфичной. Исследования показывают, что люди, находящиеся в контролируемых средах, таких как чистые помещения или антарктические исследовательские станции, предлагающие меньшую сенсорную стимуляцию, также могут испытывать значительно сниженную способность чувствовать запахи. Причина – будь то психологические последствия контролируемых и замкнутых пространств или ухудшение обоняния из-за снижения сенсорного воздействия – остается неясной, но требует изучения. Эти результаты могут указывать на потенциальное влияние такой среды на обонятельную функцию.

Подготовка к опытам

В опытах приняли участие 54 человека (31 мужчина и 23 женщины) со средним возрастом 24.5 ± 3.9.

Опыты проводились в двух средах: нейтральной и VR (виртуальная реальность). «Нейтральная» среда определяется как тихая среда с достаточным пространством, свободная от преднамеренных сенсорных манипуляций. Оценки запаха, проведенные в этом экспериментальном блоке, проводились, сидя за столом в лаборатории университета. В лаборатории размещены иммерсивные инструменты и оборудование в тихом и просторном месте, отвечающем «нейтральным» условиям в рамках данного исследования.

Изображение №1

VR среда МКС была разработана на Unity. Моделирование среды воспроизводило МКС на низкой околоземной орбите (с использованием низкополигональной 3D-графики из Unity Asset Store), включая плавающие объекты, имитирующие эффект микрогравитации, и установленные космические аппараты, вызывающие ощущение беспорядка и ограниченности. Фоновый звук был интегрирован для имитации громких рабочих звуков, о которых сообщалось на МКС. Перед началом фактических опытов участникам было предоставлено 5 минут для ознакомления с виртуальной средой.

В опытах были использованы три коммерчески доступных запаха пищевых продуктов. Каждый запах-стимул наносился на ватный тампон с помощью градуированной одноразовой пипетки объемом 3 мл. Объемы (на ватный шарик) были скорректированы для достижения изоинтенсивности трех стимулов:

• 2 мл ванильного экстракта (Queen Fine Foods, неразбавленный);
• 2 мл экстракта миндаля (Queen Fine Foods, неразбавленный);
• 1 мл эфирного масла лимона (Gumleaf Essentials, неразбавленное).

Эти образцы, выбранные из-за их разнообразных вкусовых характеристик и распространенности, были представлены участникам в пластиковых стаканчиках из полиэтилентерефталата с крышками емкостью 60 мл, маркированных случайно сгенерированными трехзначными кодами.

Процесс оценки запаха начинался с базовой оценки в нейтральной среде, за которой следовала VR среда. Перед наблюдениями участники заполняли анкеты, в которых указывали степень своего знакомства с запахами, которые не использовались в опытах (мед, васаби, розмарин).

Оценка запаха проводилась по последовательному монадическому плану. Образцы ароматов ванили, миндаля и лимона были представлены в рандомизированном порядке с короткими интервалами между ними. Участникам было рекомендовано в эти интервалы нюхать тыльную сторону ладони, чтобы при необходимости нейтрализовать обоняние. Во время оценки запаха исследователь помещал образец на уровень подбородка участника. Участники оценивали интенсивность запаха с помощью онлайн-анкеты, созданной с помощью программного обеспечения Qualtrics.

Изображение №2

Во время опытов в VR образцы были случайным образом представлены аналогичным образом с короткими интервалами для отдыха между каждым заходом. Шкала интенсивности запаха была интегрирована в интерфейс программы (снимок ниже), предлагая участникам выставлять оценки при взаимодействии с виртуальным образцом.

Изображение №3

Адаптированная оценка, состоящая из нескольких проверенных шкал, использовалась для оценки одиночества и вовлеченности в среде VR (таблица №1). Сюда входила адаптированная шкала одиночества Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, которая первоначально состояла из 20 пунктов по 4-балльной шкале («UCLA Loneliness Scale (Version 3): Reliability, Validity, and Factor Structure», Дэниел Уэйн Рассел, 1996). Для данного труда шкалу сократили до 10 пунктов, в которых использовались полные предложения, чтобы прояснить контекст виртуальной реальности при оценке выборки. При этом учитывалось использование формулировок, обеспечивающих соответствие контексту виртуальной реальности и привязкам к шкале, которые были помечены как «категорически не согласен» и «полностью согласен» вместо «никогда» и «часто».

Таблица №1

Более высокие баллы указывали на более высокий уровень одиночества и наоборот (диапазон: 10–40). Адаптированная шкала одиночества достигла коэффициента альфа Кронбаха 0.84, что указывает на относительно высокую внутреннюю согласованность. Кроме того, на основе «Анкеты вовлеченности» из 10 пунктов («Development of the engagement questionnaire (EQ): A tool to measure panelist engagement during sensory and consumer evaluations», Маккензи Ханнум и Кристофер Саймонс, 2020), была адаптирована анкета вовлеченности, в результате чего была создана шкала из 7 пунктов с дополнительными пунктами для оценки вовлеченности участников в контексте виртуальной реальности по 5-балльной шкале от «полностью не согласен» до «полностью согласен». Таким образом, более высокие баллы указывают на большую вовлеченность в контексте виртуальной реальности (диапазон: 7–35).

Воспринимаемая интенсивность запаха оценивалась по 5-балльной шкале Лайкерта от «совсем не интенсивного» (1) до «чрезвычайно интенсивного» (5). Различия в использовании шкалы были рассмотрены с помощью анкеты из 6 пунктов, оцененной по 5-балльной шкале Лайкерта, формирующей индивидуальные коэффициенты для стандартизации оценок интенсивности («A complex relationship among chemical concentration, detection threshold, and suprathreshold intensity of bitter compounds», Рассел Кист и Джессика Ропер, 2007). Примеры из анкеты по стандартизации включают оценку интенсивности «ощущения жжения острого перца чили» и «громкого звука фейерверков», хотя и не связаны с самой оценкой запаха.

Ароматические соединения экстрагировали с использованием волокон DVB/Carbon WR/PDMS длиной 80 лм, кондиционированных при 270 °C в разделенном режиме в течение 30 минут. Аликвоту каждого образца по 2 мл добавляли в стеклянные флаконы емкостью 20 мл и немедленно закупоривали. Волокно твердофазной микроэкстракции (SPME от solid-phase microextraction) подвергалось воздействию над свободным пространством образца, экстрагируя соединения в течение 30 минут при 70 °C. Волокна SPME вводили в инжектор системы газовой хроматографии-масс-спектрометрии (GC–MS от Gas Chromatography–Mass Spectrometry) в течение 2 минут при 250 °С. Затем ароматические соединения анализировали с использованием GC–MS Single Quad, оснащенного колонкой DB-WAX длиной 60 м х 0.25 мм с толщиной пленки 0.25 мкм. Впрыск осуществлялся в безделевом режиме (0.6 мм без деления), температура инжектора составляла 220 °С. В качестве газа-носителя использовали гелий с постоянной начальной скоростью потока 0.7 мл/мин. Температуру печи программировали следующим образом: 35°С в течение 1 минуты, от 5°С/мин до 100°С, от 20°С/мин до конечной температуры 250°С, с конечным временем выдержки 5 минут. Детектор был оснащен источником ионизации электронным ударом, настроенным на температуру 240 °C. Температура квадруполя была установлена на уровне 150°C, а температура линии передачи поддерживалась на уровне 250°C. Идентификация пиков осуществлялась путем сопоставления масс-спектров неизвестных веществ со спектрами из библиотеки MS с минимумом 90% соответствия.

Результаты исследования

Средний балл участников опытов внутри виртуальной реальности составил 26.3 ± 3.0 в диапазоне от 20 до 32, что свидетельствует о высоком уровне вовлеченности. Это указывает на твердую приверженность выполнению задачи по оценке запаха и служит положительным показателем надежности данных. В условиях расширенной реальности погружение способствует вовлечению и имеет важное значение для установления внешней достоверности измерений. Однако важно понимать индивидуальный опыт виртуальной реальности, особенно в нетрадиционных средах, таких как МКС, поскольку это может повлиять на эмоциональную реакцию и последующую оценку.

Изоляция и «чувство одиночества» также представляли интерес из-за их корреляции с замкнутой средой, свойственной космическим миссиям. Иерархическая кластеризация использовалась для установления пороговых значений адаптированной шкалы для классификации уровней одиночества во время опытов в виртуальной реальности. Пороговые значения следующие: отсутствие/низкий уровень одиночества = ≤ 20; умеренное одиночество = 21–27; высокое одиночество = ≥ 28. Участники (n = 44) показали средний балл одиночества 21.7 ± 3.9 (диапазон: 12–33).

Таблица №2

Результаты показывают, что большинство участников (n = 41) не испытывали одиночества или одиночества низкой или умеренной степени в среде VR (таблица №2). Наличие низкого или умеренного уровня одиночества само по себе предполагает, что VR может иметь потенциал быстро вызвать чувство одиночества в среде МКС. Трое участников сообщили о высоком уровне одиночества, что указывает на индивидуальные различия, требующие дальнейшего изучения, чтобы определить, в какой степени это было связано с контекстом виртуальной реальности или личными факторами.

Таблица №3

Основные результаты показывают различия в восприятии запахов некоторых пищевых продуктов в рамках VR-моделирования космического корабля по сравнению с нейтральной средой (таблица №3). Оценки интенсивности запахов ванили (P = 0.009) и миндаля (P = 0.001) значительно различались в контексте VR среды по сравнению с нейтральной, демонстрируя более высокие оценки в контексте VR. Таким образом, во время симуляции МКС участники воспринимали запахи ванили и миндаля как более интенсивные. Однако воспринимаемая интенсивность запаха лимона не имела статистической значимости в разных контекстах, что предполагает единообразное восприятие, несмотря на контекстуальные различия. Значение ванили и миндаля по сравнению с лимоном может быть связано с различиями в классификации запахов, согласно которым ваниль и миндаль попадают в одно и то же обонятельное пространство восприятия, которое отличается от лимона.

Кластеризация участников на основе воспринимаемой интенсивности запаха продемонстрировала различия в чувствительности к запахам: группы, которые низко оценили интенсивность запаха, были отнесены к категории менее чувствительных, тогда как группы с высокой оценкой были отнесены к категории более чувствительных. Средняя оценка интенсивности запаха составила 2.9 ± 0.5 в группе с низкой чувствительностью (n = 37), тогда как в группе с высокой чувствительностью (n = 16) получено среднее значение 4.1 ± 0.4.

Изображение №4

Сравнение между средами не выявило существенных различий в воспринимаемой интенсивности запаха для всех запахов среди группы с высокой чувствительностью (график выше). Однако восприятие интенсивности запаха миндаля значительно различалось в группе с низкой чувствительностью (P = 0.011), при этом средние оценки увеличивались от нейтральной среды (3.0 ± 0.8) до VR (3.4 ± 0.8) (4b).

Таким образом, там, где средние оценки интенсивности миндаля были значительно выше в контексте VR (3.8–1.0) по сравнению с нейтральной средой (3.3–1.0), кластеризация определила, что только группа с низкой чувствительностью демонстрировала эту разницу. И наоборот, хотя средний рейтинг интенсивности указывал на увеличение интенсивности запаха ванили в контексте VR, существенных различий между группами чувствительности обнаружено не было (P > 0.0127). Следовательно, более высокая интенсивность запаха ванили наблюдалась в VR, независимо от группы чувствительности.

Сравнения внутри среды показали, что средние оценки интенсивности всех запахов значительно различались (все P <0.0127) между группами с низкой и высокой чувствительностью, за исключением запаха лимона в VR (P = 0.510) (4c). Таким образом, независимо от чувствительности, запах лимона постоянно воспринимался в виртуальной реальности, возможно, из-за присущих ему химических свойств.

Ученые отмечают, что это исследование является первым, в котором изучаются индивидуальные различия в восприятии интенсивности в среде виртуальной реальности, поскольку предыдущие исследования в основном были сосредоточены на аффективных реакциях. В то время как предыдущие исследования пытались сгруппировать данные о гедонистических и эмоциональных реакциях, чтобы лучше понять индивидуальные различия в выборе продуктов питания и их приемлемости, настоящее исследование, хотя и не касается данных об аффективных реакциях, указывает на то, что восприятие пищи фундаментально меняется в зависимости от контекста, о чем свидетельствуют различия в интенсивности запаха между нейтральной и виртуальной средой.

Далее ученые проанализировали химические данные, необходимые для понимания взаимосвязи между восприятием интенсивности во время погружения в VR и профилями летучести каждого запаха.

Ваниль

Отличительный аромат выдержанной ванили возникает в результате ряда этапов обработки, которые способствуют развитию уникального ароматического профиля, сформированного различными летучими соединениями. Среди них ванилин выделяется как наиболее распространенный. Кроме того, 3-октанол и 4-гексен-1-ол вносят заметный вклад в профиль аромата. Разнообразный спектр монотерпенов и сесквитерпенов, в том числе димонен, L-ментон, изопулегол, D-гермакрен и альфа-карвон, усиливают цветочные и травяные ароматические ноты. Несмотря на преобладание ванилина с его сладким приторным ароматом, в высоких концентрациях также был обнаружен бензальдегид, известный своей миндальной сладостью.

Лимон

В образце лимона было обнаружено несколько монотерпенов, таких как лимонен, камфен, 3-карен, c-терпинен и транс-b-оксимен, а также монотерпеновые спирты, такие как линалоол, терпинен-4-ол и карвеол. Лимонен выступает в качестве основного летучего соединения, c-терпинен был вторым основным свободным летучим соединением и вносил заметный вклад в аромат свежего лимона. Идентифицированные сесквитерпены, включая кариофиллен, гумулен и транс-а-бергамотен, образуют вторую по распространенности химическую группу. Кроме того, были обнаружены изомерные монотерпеновые альдегиды нерал и гераниал, характеризующиеся цитрусовым запахом. Терпеновые спирты, известные своими сладкими, цветочными и фруктовыми нотками, существенно влияют на характерный запах лимона. Были обнаружены такие альдегиды, как нонаналь, деканал и октеналь, что указывает на то, что эти соединения, присутствующие в кожуре, имеют низкий порог запаха и придают сильный сладкий и цветочный аромат.

Несмотря на то, что D-лимонен был заметным, его влияние на запах лимона может быть не таким решающим из-за следовых концентраций. Второстепенные компоненты, такие как транс-b-оксимен, карен и транс-а-бергамотен, присутствовали в низких концентрациях. Однако они могут не ощущаться людьми активно и не оказывать существенного влияния на общий аромат. Обнаружено четыре терпеновых и два бензольных соединения, идентифицированные как связанные летучие соединения. Эти гликозидно-связанные летучие вещества, экстрагированные из кожуры, обладают цветочным, древесным и травянистым мягким запахом.

Миндаль

В профиле летучести миндаля обнаружены основные компоненты, в том числе спирты, альдегиды и гетероциклические соединения. Бензальдегид, продукт распада амигдалина при раздавливании и воздействии воды, оказывается основным источником запаха. Обнаружение основных альдегидов, таких как нонаналь и октаналь, придает фруктовый аромат, возможно, обусловленный автоокислением олеиновой и линолевой кислот. D-лимонен был обнаружен среди монотерпенов, при этом в нескольких исследованиях эти соединения были выявлены в следовых количествах, часто из-за сорта миндаля. Также было отмечено присутствие эвкалиптола, возможно, в результате переработки миндаля. Запах миндаля демонстрирует большую изменчивость летучего состава из-за различных производителей, условий сбора и хранения.

Различия в показателях интенсивности запахов ванили и миндаля в условиях VR и нейтральной среде подчеркивают влияние летучих соединений на восприятие запахов в различных средах. Возможно, ключевые летучие соединения, которые характеризуют общий профиль запаха в каждом образце, могут играть важную роль в восприятии интенсивности запаха, поскольку эти соединения легче обнаруживаются обонятельной системой человека. В случае ванили сложные этапы обработки способствуют созданию уникального профиля запаха. Присутствие ванилина и других соединений, таких как 3-октанол и 4-гексен-1-ол, потенциально может объяснить наблюдаемые изменения интенсивности в среде VR, учитывая их обилие и значительную роль в формировании профиля аромата ванили.

Ароматическая сложность миндаля, приписываемая летучим соединениям, таким как альдегиды, соответствует различиям в интенсивности, наблюдаемым в контексте VR. Интересно, что бензальдегид был сильно обнаружен как в образцах миндаля, так и в ванили, но не в образце лимона. Таким образом, бензальдегид может быть распространенным соединением из-за значительных различий в интенсивности, наблюдаемых между нейтральной и VR средой.

Хотя и ваниль, и миндаль имеют общее соединение бензальдегид, уникальный запах ванили в основном объясняется присутствием ванилина. Поскольку и бензальдегид, и ванилин имеют сладкие запахи, возможно, некоторые летучие соединения, имеющие общий профиль запаха (например, сладкий), с большей вероятностью будут подвержены контекстуальному влиянию по сравнению с другими (например, цитрусовыми). Это подчеркивает роль летучих соединений в различении запахов в разных средах. Отсутствие существенных различий в восприятии интенсивности запаха лимона между нейтральной и VR средой указывает на то, что восприятие интенсивности запаха пищи может быть химически специфичным. Однако доминирование лимонена и c-терпинена, наряду с сесквитерпенами и изомерными монотерпеновыми альдегидами, может играть роль в значительных различиях в интенсивности, наблюдаемых между группами с высокой и низкой чувствительностью в нейтральной среде (4c). Это подчеркивает важность понимания индивидуальных различий в восприятии запаха, поскольку определенные летучие соединения в запахе могут быть более заметны для одних, чем для других.

Также стоит отметить, что могут существовать конкурирующие запахи, отвлекающие факторы или сенсорные раздражители, которые могут повлиять на восприятие запаха. Тем не менее влияние варьируется среди людей. На самом деле большинство пищевых продуктов состоят из сложной смеси летучих соединений, которые формируют общий аромат. Однако понимание основ восприятия запахов с использованием чистых запахов является первым шагом на пути к изучению сложных профилей запахов и адаптации запахов в жилых помещениях, подобных МКС. Признание этих индивидуальных различий имеет решающее значение для развития знаний в смежных областях и создает основу для более всесторонних исследований.

Для более детального ознакомления с нюансами исследования рекомендую заглянуть в доклад ученых.

Эпилог

В рассмотренном нами сегодня труде ученые решили проанализировать восприятие запахов людьми в зависимости от контекста среды, использовав для этого виртуальную среду, имитирующую МКС.

Во время опытов участникам необходимо было оценить интенсивность воспринимаемого запаха ванили, миндаля или лимона. Ученые обнаружили в ароматах ванили и миндаля особое сладкое химическое вещество, называемое бензальдегид, которое может объяснить изменение восприятия в дополнение к чувствительности человека к конкретному запаху.

Также в ходе опытов оценивалось чувство одиночества, испытываемое участниками в виртуальной среде, поскольку данный фактор также может играть важную роль в восприятии запахов.

Данное исследование имеет важное значение в контексте планирования длительных космических путешествий, например, на Марс. Несмотря на тщательно подобранную диету для астронавтов, они все равно не получают полного удовольствия от принимаемой ими пищи. А это может оказывать негативное влияние на психологическое состояние и, как следствие, на продуктивность. Более тонкое понимание того, как человек воспринимает запахи и какие именно вещества играют более важную роль в их выраженности, позволит усовершенствовать подход к формированию питания не только для астронавтов, но и для людей, испытывающих сильное одиночество даже на Земле (в частности, в домах престарелых).

Пища является одной из фундаментальных потребностей для выживания организма человека. Она может быть не особо вкусной, но питательной, чтобы иметь положительный эффект. Однако человек является сложной системой не только с физиологической, но и с психологической стороны вопроса. Следовательно, воспринимаемые вкусы и запахи, а также контекст, присутствующий в ходе потребления пищи, также играют важную роль в поддержании здоровья.

Немного рекламы

Спасибо, что остаётесь с нами. Вам нравятся наши статьи? Хотите видеть больше интересных материалов? Поддержите нас, оформив заказ или порекомендовав знакомым, облачные VPS для разработчиков от $4.99, уникальный аналог entry-level серверов, который был придуман нами для Вас: Вся правда о VPS (KVM) E5-2697 v3 (6 Cores) 10GB DDR4 480GB SSD 1Gbps от $19 или как правильно делить сервер? (доступны варианты с RAID1 и RAID10, до 24 ядер и до 40GB DDR4).

Dell R730xd в 2 раза дешевле в дата-центре Maincubes Tier IV в Амстердаме? Только у нас 2 х Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5-2697v3 2.6GHz 14C 64GB DDR4 4x960GB SSD 1Gbps 100 ТВ от $199 в Нидерландах! Dell R420 — 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB — от $99! Читайте о том Как построить инфраструктуру корп. класса c применением серверов Dell R730xd Е5-2650 v4 стоимостью 9000 евро за копейки?