一位洛桑聯(lián)邦理工學院的科學家確定了構(gòu)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(lián)邦理工學院官網(wǎng)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(jīng)有5年了,”Enrico Amico說,他是洛桑聯(lián)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(jīng)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(xiàn)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(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)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(nèi)的大腦活動�！�

他的研究小組對掃描結(jié)果進行處理,生成以彩色矩陣表示的圖表,這些圖表總結(jié)了受試者的大腦活動。這種類型的建模技術(shù)在科學界被稱為網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)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(jīng)網(wǎng)絡(luò)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(wù)。我們的連接體根據(jù)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(jīng)科學家在研究這些連接體時發(fā)現(xiàn),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(jù)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(zhì)上是一系列相關(guān)分數(shù)�！�

他決定將這一發(fā)現(xiàn)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(xiàn)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(jīng)科學家已經(jīng)通過相當長一段時間內(nèi)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(xiàn)嗎?還是需要更長的時間?如果不同大腦區(qū)域的指紋出現(xiàn)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(xiàn),7秒不足以探測到有用的數(shù)據(jù),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(nèi)獲得。例如,不需要MRI來測量5分鐘內(nèi)的大腦活動。更短的時間尺度也可以。”他的研究還表明,最快的大腦指紋開始出現(xiàn)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(guān)的區(qū)域。隨著時間的推移,與更復雜的認知功能相關(guān)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(jù)我的初步發(fā)現(xiàn),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(jù)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(yīng)用可能包括對大腦指紋消失的神經(jīng)疾病的早期檢測。Amico的技術(shù)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．a(chǎn)bj0751

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