一位洛桑聯邦理工學院的科學家確定了構成我們大腦指紋的大腦活動跡象,這與我們的常規(guī)指紋一樣是獨一無二的。

洛桑聯邦理工學院官網10月18日消息

“我每天都在想它,晚上做夢也夢到它。我這樣的生活已經有5年了,”Enrico Amico說,他是洛桑聯邦理工學院(Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne ,EPFL)醫(yī)學圖像處理實驗室和EPFL神經修復中心的科學家和瑞士國家科學基金會(Swiss National Science Foundation ,SNSF) Ambizione 研究員。他說的是他對人類大腦的研究,尤其是對大腦指紋的研究。他了解到,我們每個人的大腦都有一個“指紋”,而且這個“指紋”會隨著時間不斷變化。他的發(fā)現剛剛發(fā)表在《科學進展》(Science Advances)雜志上。

研究于2021年10月15日發(fā)表在《Science Advances》(最新影響因子:14．136)雜志上

Amico 說:“我的研究檢查了大腦內部的網絡和連接,特別是不同區(qū)域之間的連接,以便更好地了解大腦是如何工作的。我們主要使用MRI掃描來測量給定時間段內的大腦活動�！�

他的研究小組對掃描結果進行處理,生成以彩色矩陣表示的圖表,這些圖表總結了受試者的大腦活動。這種類型的建模技術在科學界被稱為網絡神經科學或大腦連接組學。

我們需要的所有信息都在這些圖表中,它們通常被稱為“功能性大腦連接體”( functional brain connectomes)。連接體是神經網絡的映射。它們告訴我們受試者在MRI掃描時在做什么——例如,他們是否在休息或執(zhí)行其他任務。我們的連接體根據正在進行的活動和大腦的哪個部分正在被使用而改變,” Amico 說。

Dimitri Van De Ville 和 Enrico Amico 博士

只需要兩次掃描

幾年前,耶魯大學(Yale University)的神經科學家在研究這些連接體時發(fā)現,我們每個人都有一個獨特的大腦指紋。對比同一受試者相隔幾天進行的MRI掃描生成的圖像,他們能夠在近95%的情況下正確匹配給定受試者的兩次掃描。換句話說,他們可以根據大腦指紋準確地識別一個人。Amico 說:“這真的令人印象深刻,因為識別只使用了功能連接體,本質上是一系列相關分數�！�

他決定將這一發(fā)現向前推進一步。在之前的研究中,大腦指紋是通過持續(xù)幾分鐘的MRI掃描來識別的。但他想知道,這些指紋是否能在幾秒鐘后被識別出來,或者它們是否出現在某個特定的時間點——如果是的話,那一刻會持續(xù)多久?到目前為止,神經科學家已經通過相當長一段時間內的兩次MRI掃描確定了大腦指紋。但是,指紋真的會在5秒鐘后出現嗎?還是需要更長的時間?如果不同大腦區(qū)域的指紋出現在不同的時間點呢?沒有人知道答案。所以,我們測試了不同的時間尺度,看看會發(fā)生什么�！�

功能性腦連接體圖

只需1分40秒就能拿到大腦指紋

他的研究小組發(fā)現,7秒不足以探測到有用的數據,但大約1分40秒就足夠了。Amico 說:“我們意識到,大腦指紋展開所需的信息可以在很短的時間內獲得。例如,不需要MRI來測量5分鐘內的大腦活動。更短的時間尺度也可以�！彼�的研究還表明,最快的大腦指紋開始出現在大腦的感覺區(qū)域,特別是與眼球運動、視覺感知和視覺注意力相關的區(qū)域。隨著時間的推移,與更復雜的認知功能相關的額葉皮層區(qū)域也開始向我們展示每個人獨特的信息。

下一步將是比較健康患者和阿爾茨海默病患者的大腦指紋。Amico說:“根據我的初步發(fā)現,隨著疾病的發(fā)展,使大腦指紋獨特的特征似乎在穩(wěn)步消失。根據人們的連接體來識別他們變得越來越難了。這就好像阿爾茨海默病患者失去了他們的大腦身份�！�

沿著這條思路,潛在的應用可能包括對大腦指紋消失的神經疾病的早期檢測。Amico的技術可以用于自閉癥患者、卒中患者,甚至是有毒癮的患者�！斑@只是理解我們大腦獨特之處的又一小步,這種洞察力可能創(chuàng)造的機會是無限的。”

參考文獻

Source:Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne

Our brains have a 'fingerprint' too

Reference:

Dimitri Van De Ville, Younes Farouj, Maria Giulia Preti, Rapha?l Liégeois, Enrico Amico． When makes you unique: Temporality of the human brain fingerprint． Science Advances, 2021; 7 (42) DOI: 10．1126/sciadv．abj0751

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