当餐厅或公司设计和推出新食品时，消费者的意见对他们至关重要。食物的感官愉悦决定了消费者对食物的选择，所谓的颜色、香味和味道的食物往往受到大多数消费者的青睐。
味觉被归类为食物风味的感觉之一。由于味觉感知中的代谢物和激素控制过程非常丰富，它在影响人们对食物的整体偏好方面也起着最关键的作用。感官对食物的行为/满意度将以神经信号的形式反映在我们的大脑中。获得消费者满意度反馈的传统手段往往是以问卷调查和感官面板分析的形式进行的，但事实上，消费者的自我报告和感官表现并不能完全真正反映消费者第一时间的味觉感知，而商家和经营者必须更倾向于获得消费者对食品味觉的潜意识反应。如何获得这种潜意识反应？当人们品尝食物时，对味觉的感知会在体内引起一系列的生理变化。这些变化可以识别为生物信号，如脑电信号、面部表情、心率等。消费者可以通过分类分析识别结果来获得潜在的反应。因此，生物计量方法可以作为了解消费者对新食品口味接受度的工具。
当我们的舌头感受到味觉刺激时，味觉信号通过丘脑传递到脑岛区的味觉皮层；同时，大脑奖励系统从额叶皮层接收到想吃的信号。这些通信过程是由大脑中的神经元驱动的。它们以特定电脉冲的形式与其他神经元通信。这个过程产生的信号可以是脑血管血流、血氧和EEG检测到的形式。如今，随着神经科学对人类行为解释的逐步完善和神经活动检测技术的发展，有可能收集大脑活动区域的空信息。我们熟知的脑电图(EEG)、脑磁图(MEG)、静息态成像(fMRI)、功能超声(fUS)和正电子发射断层成像(PET)等技术都可以检测到大脑中的神经活动。而特定食物刺激(酸、甜、苦、咸、鲜)的大脑责任区是稳定的，所以使用脑界面(BCI)该系统可以从神经信号中解码味觉信息。
当一个装置能够利用大脑对各种味觉刺激的反应信号时，BCI该系统可用于根据我们的味觉反应检索数据。神经活动信号测量有两种类型；一种是基于电生物测量，如脑电图(EEG)、脑磁图(MEG);另一种基于神经活动生理过程的成像技术，如MRI、fMRI、CT扫描、fUS、热成像和PET。对于味觉生成过程，信号获取往往需要更高的时空分辨率和更灵活的检测装置。因此，检测神经活动过程的主要技术是EEG、fMRI和MEG等。
脑电波的分类及其特点
从低到高的脑电信号分布频段δ、θ、α、β和γ不同波段对应大脑不同状态的神经活动，舌感受器对不同口味刺激的特异性反应也是神经活动之一。我们的味觉细胞分布在口腔的不同部位，对舌、咽、软腭、喉、会厌等各种味觉刺激做出反应。这些味觉细胞以味蕾的形式存在，每个味蕾中大约有60-100个感受器细胞。味觉乳头结构携带这些味蕾，它们以不同的形式不均匀地分布在舌头表面。当我们品尝食物时，味觉细胞通过味蕾的孔结构暴露微绒毛，通过神经将信号输入含味觉受体的细胞，最后在大脑对应的皮层产生味觉。
人类味觉感受器的结构：（A）乳突和味蕾. (B)感知不同口味的细胞
根据形态、信号转导特性和蛋白质表达，含有味蕾的神经上皮细胞可分为四类。I型细胞只用于检测咸味，II型细胞作为探测器传递甜味、苦味和鲜味，III型细胞只传递酸味，而型细胞只传递酸味IV型细胞是祖细胞。
在五种基本口味中，甜味和美味让人觉得食物营养丰富，而盐中的钠会引起欲望和食欲。酸味和苦味使人觉得食物酸性和有毒，从而引起蔑视和厌恶的味觉反应。每种味道都是由特定的味觉细胞检测出来的，对应于不同的大脑区域，而一些相似的味道会分享它们的受体，产生另一种味道，如酸辣、糖醋、甜咸等烹饪方法往往深受一些人的喜爱。
在收集过程中，受试者通常直接坐在椅子上记录味觉任务EEG信号。电极放置采用国际标准10-20电极系统，由味觉刺激引起的脑电位称为事件相关电位(ERP)，头皮区域需要记录尽可能多的电极，以获得不同的大脑区域EEG缩短记录系统的电路，可有效避免电气噪声。原始EEG兴奋性突触后的电流(EPSP)、抑制突触后的电流(IPSP)伪影噪声(需要去除)。电极通道越多，分析产生的误差就越小通常至少需要16个通道才能获得分类信息EEG。目前大多数用64电极系统甚至更多电极通道来提高信号记录效率并降低系统噪声。一般需要足够数量的参与者和重复测试次数，以确保结果的可重复性和信噪比(SNR)。EEG时域、频域或时频域可用于提取味觉信息。
10/20电极系统的电极位置
在10/20电极系统中，电极按标签F、C、T、PO分别放置在额叶、中央、颞叶、后叶和枕叶区域，参考电极一般放置在耳后乳突骨或耳垂。使用计算机辅助软件应用程序来改进记录ERP为了获得高质量的数据，应减少所有可能的噪声源。
对EEG信号处理分为三个主要步骤：预处理步骤主要通过平均信号来提高SNR，线性滤波(低通、高通或带通)处理采用信号校正或抑制的方法。预处理后，根据事件在时域将信号分成单独的试验，并校正基线，以去除分割信号中偏移部分的平均范围。时间窗内ERP各分量以峰值幅度及其延迟或平均振幅法测量。通过统计方法析单独刺激获得的方法ERP为了验证猜想，数据的振幅和潜伏期受到显著影响。
为了区分不同的味觉刺激EEG研究人员使用机器学习的方法EGG分类信号，时频分析反映，EEG中的δ该活动包含可以编码和区分不同口味的口味信息。由不同的味觉刺激引起EEG特征主要表现在时频响应的差异上，计算机可以根据这种差异识别出不同的味觉刺激。而EEG记录过程中产生的伪影会极大地影响分类效率，Chandran 和 Perumalsamy提出使用无线电极系统和支持向量机(SSVP)去除伪像的方法，准确率达到95%。在识别过程中，大多数EEG研究所获得的ERP强度呈现从咸到甜的递减规律(咸>酸>苦>甜)。因此，这些强度差可用于研究特定的味觉识别。
fMRI反映神经活动的变化是基于神经血管耦合(BOLD)原理是，由于特定的味觉刺激，局部大脑区域的活动会导致周围血氧水平升高，这种变化可以通过fMRI图像反映出来。fMRI成像是全脑成像，空间分辨率高，但时间分辨率不如EEG，所以对fMRI分析一般是为了获得不同口味刺激下激活的脑区和脑区间活动的网络效应。和EEG不同的是，受试者需要仰卧位躺在扫描床上，头部放置在包含泡沫垫的头部线圈中，因为fMRI成像过程不能大幅咀嚼，因此刺激物通常是液体。fMRI创建了包括时间和三维空间在内的四维数据。数据的初步分析从两个预处理步骤开始。第一个是重新安排过程，纠正口腔器官在食物品尝过程中的干扰。第二步是将重组后获得的大脑图像放入模板（由蒙特利尔神经学研究所提供），以纠正不同头部大小和形状的影响。预处理后，利用参考刺激识别一级分析中活跃的大脑区域，生成β图，在二次分析中，感觉信息采用单变量或多体素模式进行分析(MVPA)预处理后的信号数据和beta比较获得图片。
通过对fMRI研究人员发现了额叶区和顶盖区的识别能力。此外，人们还发现味觉刺激引起的大脑反映了刺激位置的差异，发现在左口注射盐溶液会导致左脑集群激活，而右注射不会影响丘脑的反应。此外，味觉刺激的强度会导致不同的神经活动特征。通过甜味和苦味刺激，人们发现两侧大脑被激活区域的大小、甜度和苦度呈负相关趋势。这种刺激差异引起的大脑活动特异性变化为味觉反应的研究提供了一定的参考。
MEG神经活动的基础是神经元活动在内部产生电流的交互，MEG系统和EEG系统与64通道的全头相似。SQUID由线圈、脑电图电极、帽线组成，测试环境应避免噪声和磁场干扰。MEG记录过程需要保持不理解，所以除了提前沟通，还需要进行一轮测试，以了解他们舒适的姿势。MEG信号处理主要有以下步骤：预处理分割接收到的信号，去除或减弱其伪影，然后进一步处理。在建模阶段，将大脑图像放入模板(由蒙特利尔神经学研究所提供)进行形状和大小校正。然后重建校正后的图像，得到所有被试均匀MEG图像。根据实验范式，提取事件相关响应、学习状态响应和静息状态响应。MEG图像包含多维数据组件，如空间、时间和频率。在测量味觉刺激的大脑响应时，一般考虑单个或组合域，并在此基础上提取所需数据。对味觉刺激MEG大多数信号分析是时频分析。研究发现，甜刺激容易引起低频信号，而咸刺激容易引起高频信号。其他人发现四种味觉刺激α节律的诱导效应存在性别差异。
采集过程和典型的三种神经信号监测方法的信号输出形式
EEG、fMRI和MEG信号处理步骤
当这些BCI当技术应用于实际味觉识别时，研究结果表明，当顾客不知道他们喝什么牌子的咖啡时，顾客喝他们最喜欢的咖啡EEG它显示出积极的反应，因此推测EEG信号从α到θ范围的变化预测了消费者的口味和品牌选择偏好。此外，研究人员还发现，食物偏好中的情感成分也会影响味觉体验，EEG信号反映了幸福的最高水平。
显然EEG可作为味觉偏差研究的感官工具。同时，EEG还可用于验证替代成分对产品影响的研究。有研究发现，蔗糖和阿斯巴甜、甜菊等甜味剂在味觉刺激诱发ERP中激活的脑区和潜伏期等数据都没有显著性差异，因此，阿斯巴甜和甜叶菊可以作为蔗糖的理想替代品，除以上研究外，EEG还可用于观察视觉刺激诱发味觉感知的效果，例如拉花艺术对改善咖啡味觉感知的影响，以及新产品(以谷物为基础的糖果)与现有产品的味觉相似性检测等。
fMRI技术被应用于了解脂肪和糖水平对大脑活动的影响，有研究表明，高糖奶昔比相同热值的高脂奶昔更能激活奖赏区，且低脂样品对糖含量增加引起的脑激活作用更显著。因此，fMRI技术可用于确定新食品开发的原料。除此之外，fMRI还可用于分析年龄相关的味觉感知，有研究发现，在刺激物不同浓度下，右侧杏仁核对味觉感知的影响较小是老年人味觉感知能力下降的原因，还发现年轻人对酸味的味觉反应要比苦味高得多。除了fMRI，MEG也被广泛应用于评价年龄以及性别差异导致的味觉感知能力差异，研究结果表明，年龄的增长会增加触觉反应，减少味觉反应。影响味觉感知和脑活动的因素不仅仅来自食物的味觉刺激，不同的感觉器官和产品特性在决定产品的味觉感知方面也起着重要的作用。年龄的增长往往伴随着视力、听力和认知功能的损伤，这也构成了味觉感知受损的原因。不单是年龄，研究发现女性对味觉的感知优于男性，男性在味觉识别上的错误也更多，MEG分析发现男性和女性对甜味和苦味的味觉反应存在明显差异，所以女性比男性表现出更多的味觉反应，此外，年龄引起的味觉障碍在男性中也更常见。
关于味觉刺激诱发大脑相关事件的实验中，人们的味觉体验除了会受到上述几种因素影响之外，温度、原始配料的比例、酸碱度、黏度等因素也对食物的口感起着重要的作用，另外，味觉的情感体验是一个相对主观的过程，个体的认知状态也是个一个重要因素。
BCI传感技术的应用过程。(1)感官(味觉)输入;(2)舌向脑的信号转导(CN VII、IX、X分别代表颅神经VII、IX、X);(3)通过非侵入性传感器(EEG、fMRI和MEG)采集来自大脑的不同信号(活动电极位置、奖赏区激活、分散和重合的脑活动信号、峰值信号强度与时间);(4)信号处理;(5)通过对采集到的信号进行解读，进行味觉质量识别;(6) 影响味觉皮层的因素;(7)BCI相对于传统技术的优势;(8) BCI在感官研究中的应用
尽管味觉体验受很多个人因素的影响，但是，这些参数的影响可以通过BCI获得的脑信号的变化来识别。当行业为特定的受众(比如老奶奶人)设计/开发食品时，通过BCI技术可以从特定的客户群体中收集最直观的感官体验数据，相比传统的数据收集手段，这种方式更高效且在消费群体中接受度更高，且对直观信号(神经活动)的测量可以在更大程度上降低感官分析的偏差。BCI技术还能将感官分析扩展到婴儿领域，可以促进婴儿食品的精准开发，另外在健康食品的研发，食品口感改善方面都提供了一种高效的手段，甚至对食品影响大脑情感体验提供了参考，这或许可以扩展味觉刺激治疗在临床的应用。
参考
Rajan, Anbarasan & Gómez Carmona, Diego & Radhakrishnan, Mahendran. (2022). Human Taste-Perception: Brain Computer Interface (BCI) and Its Application as an Engineering Tool for Taste-Driven Sensory Studies. Food Engineering Reviews. 10.1007/s12393-022-09308-0.