目的
在食品感官科學(xué)中，風(fēng)味刺激強(qiáng)度（如酒精灼燒感）的量化直接影響產(chǎn)品適口性評(píng)價(jià)與工藝優(yōu)化，但傳統(tǒng)感官評(píng)分易受個(gè)體差異與文化背景干擾，缺乏神經(jīng)生理層面的客觀關(guān)聯(lián)證據(jù)。本研究以酒精刺激為模型，建立基于腦電圖（EEG）與機(jī)器學(xué)習(xí)的神經(jīng)解碼路徑，旨在通過(guò)腦電特征預(yù)測(cè)個(gè)體對(duì)酒精刺激的強(qiáng)度評(píng)分，為食品感官評(píng)價(jià)提供神經(jīng)生理學(xué)補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)系統(tǒng)比較解剖學(xué)分區(qū)（10–10體系）與功能網(wǎng)絡(luò)分區(qū)（Yeo-7）對(duì)解碼性能的影響，并在模擬酒精溶液（5%~53% vol）及真實(shí)白酒樣本中驗(yàn)證，最終為食品風(fēng)味評(píng)價(jià)的客觀化、跨樣本可比性及腦區(qū)分區(qū)策略選擇提供實(shí)證依據(jù)。
方法
受試者依次品嘗純水、不同梯度酒精-水溶液（5%，10%，20%，40%，53%）及市售白酒，記錄每次刺激后的感官?gòu)?qiáng)度評(píng)分及EEG信號(hào)數(shù)據(jù)。EEG信號(hào)經(jīng)帶通濾波（0.1~30 Hz）、偽跡剔除及分段預(yù)處理后，按解剖學(xué)分區(qū)（10–10體系）和功能網(wǎng)絡(luò)分區(qū)（Yeo-7）兩種策略提取特征。其中解剖學(xué)分區(qū)（10–10體系）將電極按隸屬區(qū)域聚合功率譜、時(shí)頻能量及相關(guān)統(tǒng)計(jì)量；功能網(wǎng)絡(luò)分區(qū)（Yeo-7）以功能網(wǎng)絡(luò)為單位匯總特征并構(gòu)建區(qū)域級(jí)輸入。在統(tǒng)一的特征工程流程（歸一化、特征篩選/降維）下，訓(xùn)練線性回歸、嶺/套索回歸、支持向量回歸與樹(shù)模型等，并采用交叉驗(yàn)證評(píng)估泛化性能。性能指標(biāo)為決定系數(shù)（R2）與均方根誤差（root mean square error, RMSE）；在相同模型—特征條件下，使用成對(duì)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)比較兩種分區(qū)策略的差異。為檢驗(yàn)穩(wěn)健性，進(jìn)一步開(kāi)展子集驗(yàn)證與外部數(shù)據(jù)子集驗(yàn)證（依據(jù)不同刺激材料及樣本組合），并報(bào)告在不同數(shù)據(jù)劃分下的性能表現(xiàn)。
結(jié)果
本研究的結(jié)果顯示，基于EEG的機(jī)器學(xué)習(xí)模型能夠從單次或多次刺激后的腦電特征中預(yù)測(cè)個(gè)體的刺激感評(píng)分，并在多種模型與交叉驗(yàn)證設(shè)置下取得穩(wěn)定的回歸性能（以R2和RMSE衡量）。在此基礎(chǔ)上比較兩類(lèi)腦區(qū)分區(qū)策略，結(jié)果表明在控制特征類(lèi)型與模型架構(gòu)一致的條件下，采用Yeo-7功能網(wǎng)絡(luò)分區(qū)的模型在R2與RMSE上整體優(yōu)于10–10解剖學(xué)分區(qū)，該差異在不同模型中保持一致。此外，這一趨勢(shì)在不同刺激樣本（包括不同酒精體積分?jǐn)?shù)與真實(shí)白酒樣本）的建模與驗(yàn)證中同樣可觀察。進(jìn)一步的特征貢獻(xiàn)分析顯示，與感覺(jué)整合相關(guān)的功能網(wǎng)絡(luò)在模型解釋中呈較高的重要性或權(quán)重，這表明網(wǎng)絡(luò)級(jí)特征聚合更有利于捕捉與酒精刺激相關(guān)的EEG信號(hào)。總體而言，這些發(fā)現(xiàn)為食品的刺激感客觀化測(cè)量、跨樣品對(duì)比與質(zhì)量一致性研究提供了數(shù)據(jù)支撐與方法學(xué)依據(jù)。
圖1. 不同酒精濃度條件下的感官刺激評(píng)分分布
圖2. 基于Yeo-7分區(qū)的EEG預(yù)測(cè)模型綜合分析
（A）不同分區(qū)方式下各模型的預(yù)測(cè)性能對(duì)比；（B）LR在Yeo-7分區(qū)下的預(yù)測(cè)值與真實(shí)值散點(diǎn)分布；（C）不同分區(qū)方式下各腦區(qū)的特征貢獻(xiàn)度
結(jié)論
本研究在統(tǒng)一的機(jī)器學(xué)習(xí)框架下，驗(yàn)證了腦電特征對(duì)酒精刺激主觀評(píng)分的神經(jīng)解碼可行性。結(jié)果顯示，在控制模型架構(gòu)與特征類(lèi)型的條件下，Yeo-7功能網(wǎng)絡(luò)分區(qū)的解碼性能顯著優(yōu)于傳統(tǒng)解剖學(xué)分區(qū)策略，且該優(yōu)勢(shì)在模擬酒精溶液（5%-53% vol）和真實(shí)白酒樣本中均保持穩(wěn)定。基于此，我們提出了一條與神經(jīng)生理機(jī)制相銜接的刺激感量化路徑，可為食品研究中的風(fēng)味表征客觀化與評(píng)價(jià)流程標(biāo)準(zhǔn)化提供方法學(xué)支撐，并為質(zhì)量一致性量化與跨樣品可比性建立參照框架。但其適用范圍受限于本文樣品體系與建模設(shè)定，未來(lái)需在更復(fù)雜的食品基質(zhì)及獨(dú)立數(shù)據(jù)集上開(kāi)展再訓(xùn)練與遷移驗(yàn)證，以推動(dòng)該路徑在食品工業(yè)的規(guī)模化應(yīng)用。
原文鏈接：https://kns.cnki.net/kcms2/article/abstract?v=JEPDQvKdoqKiP0gkGAEGvDlynf3P3g0kxwP5NwCDzcLJWYTX3p1BUFEa1AgVCaEwzGK9QDmUlgjNxK2YlPR50fr3fh9cFCM76WJMYlzPiQjK4y_rNBWrcj6ld8d3AGosCoiJLyCD-b01zHZsTT_Xd8MgMpJKU-XK05qvGwg4lhfuO8tA5t0QSA==&uniplatform=NZKPT&language=CHS
