文 | 學(xué)術(shù)頭條，作者 | 朱哼哼，編輯 | 王新凱

如何證明你是你自己？身份證？戶口本？DNA？還是指紋...

大家有沒有想過，或許我們裝滿智慧的大腦，更能證明我們是這個(gè)星球獨(dú)一無二的存在？

近日，來自瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院醫(yī)學(xué)圖像處理實(shí)驗(yàn)室和神經(jīng)假體研究中心的 Enrico Amico 教授及其團(tuán)隊(duì)，發(fā)表了一項(xiàng)新的研究，表明人類大腦同樣具有獨(dú)一無二的活動(dòng)特征，即“大腦指紋”。同指紋識(shí)別一樣，通過大腦“指紋”也能精準(zhǔn)識(shí)別不同個(gè)體。

同時(shí)，研究人員還證實(shí)，大腦獨(dú)一無二的活動(dòng)特征最先出現(xiàn)在眼球運(yùn)動(dòng)、視覺感知相關(guān)的感覺區(qū)域，隨后出現(xiàn)在與復(fù)雜認(rèn)知功能相關(guān)的額葉皮層區(qū)域。而阿爾茲海默病等神經(jīng)退行性疾病患者隨著疾病進(jìn)展，大腦“指紋”特征似乎會(huì)逐漸消失。

對(duì)此 Amico 教授表示，“我們的研究表明，只需要 1 分 41 秒就能獲得人類大腦活動(dòng)的“指紋”信息，這一信息最先出現(xiàn)在大腦視覺相關(guān)的感知區(qū)域，隨著時(shí)間的推移，也會(huì)出現(xiàn)在復(fù)雜認(rèn)知相關(guān)的額葉皮層區(qū)域。未來，我們或許可以通過大腦‘指紋’監(jiān)測(cè)來篩查潛在神經(jīng)退行性疾病患者、自閉癥患者、中風(fēng)患者、甚至成癮的患者?！?/p>

相關(guān)研究以“When makes you unique: Temporality of the human brain fingerprint?”為題發(fā)表在最新一期的?Science Advances?雜志上。

每個(gè)人都有一個(gè)與眾不同的大腦

17 世紀(jì)中期，意大利著名組織學(xué)家兼醫(yī)生馬塞洛·馬爾皮吉（Marcello Malpighi），首次觀察到人體指尖上有明顯的紋路和汗腺。這一觀察結(jié)果為后續(xù)的指紋與個(gè)體識(shí)別技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。

如今，我們已經(jīng)知道，每個(gè)人都有獨(dú)一無二的指紋，指紋信息已經(jīng)成為了人類身份認(rèn)證的重要依據(jù)，在人類生活中被廣泛應(yīng)用。例如手機(jī)指紋解鎖、指紋門禁打卡、刑事案件偵破等等。顯然，指紋識(shí)別技術(shù)的出現(xiàn)讓我們的生活變得更加快捷、更方便。

然而，經(jīng)?？措娪暗男』锇閭兛赡軙?huì)發(fā)現(xiàn)，指紋是可以被盜取的。因此，近年來，人們也研發(fā)出了一系列諸如視網(wǎng)膜識(shí)別、人臉識(shí)別等技術(shù)，用于指紋識(shí)別的補(bǔ)充。

2015 年的時(shí)候，F(xiàn)inn 等人首次提出人類大腦存在特異性這一理念，并通過功能核磁共振成像技術(shù)（fMRI）證明，僅計(jì)算人類大腦功能連接，就能找到大腦“指紋”。

簡(jiǎn)單地來說，fMRI 是通過測(cè)量神經(jīng)細(xì)胞活動(dòng)時(shí)所引起的血液氧氣含量變化，來觀察大腦不同區(qū)域的活動(dòng)情況，可以像照相機(jī)一樣記錄大腦的活動(dòng)狀態(tài)。

通過掃描出來的 fMRI 圖像可以得到每個(gè)人的連接矩陣，由于不同的生活經(jīng)歷和后天環(huán)境，每個(gè)人大腦內(nèi)部連接的方式都不一樣，所以可以根據(jù)連接矩陣來判斷是否為同一人。

2016 年的時(shí)候，來自卡耐基梅隆大學(xué)的科學(xué)人員采用了五個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)，通過使用功能性核磁共振成像分析了 699 個(gè)人腦的連接圖譜。

（來源：scitechdaily）

隨后，該團(tuán)隊(duì)共開展了 17000 多次實(shí)驗(yàn)，最終證明，通過大腦功能核磁共振掃描，的確可以找到每個(gè)人獨(dú)特的大腦“指紋”，并且再次掃描仍舊能夠完美復(fù)現(xiàn)，確認(rèn)身份。研究人員還發(fā)現(xiàn)，就連同卵雙胞胎的大腦之間也存在這種區(qū)別。掃描結(jié)果顯示，同卵雙胞胎的大腦結(jié)構(gòu)連接模式只有 12% 是相同的。

對(duì)此，卡耐基梅隆大學(xué)的心理學(xué)助理教授提摩西·威爾斯迪南（Timothy Verstynen）表示，“研究結(jié)果證實(shí)了神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域的一項(xiàng)假設(shè)，即每個(gè)人大腦中的連接模式都是獨(dú)一無二的。這說明你的生活經(jīng)歷可以在大腦的連接模式中有所體現(xiàn)?！?/p>

大腦“指紋”獲取僅需 1 分 40?秒

近年來，隨著大腦“指紋”的概念得到證實(shí)，從人類大腦功能連接數(shù)據(jù)中提取“指紋”已成為神經(jīng)科學(xué)的一個(gè)前沿方向。

此前的研究雖然通過對(duì)大腦神經(jīng)功能連接數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，證實(shí)了大腦“指紋”的存在，且只需兩次 fMRI 掃描就可以準(zhǔn)確匹配受試者。但是，到目前為止，絕大多數(shù)科學(xué)家都是通過長(zhǎng)時(shí)間的 MRI 掃描來獲取大腦“指紋”。

這些研究沒有解釋清楚，大腦指紋究竟是如何產(chǎn)生的？又是何時(shí)產(chǎn)生的？

為了找到答案，Amico 教授帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)利用人腦連接的時(shí)間動(dòng)力學(xué)，使用動(dòng)態(tài)大腦功能連接技術(shù)，來探索大腦“指紋”產(chǎn)生的時(shí)間問題，即大腦指紋是何時(shí)產(chǎn)生的，在多長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生，哪些大腦區(qū)域?qū)Υ素?fù)責(zé)。

研究結(jié)果顯示，人類大腦最佳的指紋出現(xiàn)在測(cè)試開始的200秒左右。不過，最快僅需 1 分 40 秒，就能成功獲取人類大腦的“指紋”，且大腦指紋最先出現(xiàn)在大腦中的感覺區(qū)域，也就是與眼球運(yùn)動(dòng)、視覺感知和視覺注意力相關(guān)的區(qū)域。隨著時(shí)間的推移，與認(rèn)知功能相關(guān)的額葉皮層區(qū)域也可以揭示人類大腦的獨(dú)特信息。

圖 | 大腦“指紋”（來源：Enrico Amico）

此外，根據(jù)初步研究結(jié)果，某些神經(jīng)退行性疾病，例如阿爾茲海默病等，隨著疾病的進(jìn)展，大腦的“指紋”特征會(huì)逐漸消失，通過大腦功能連接來識(shí)別個(gè)體身份會(huì)變的越來越困難。

最后，通過元分析調(diào)查，研究人員證實(shí)，大腦指紋的產(chǎn)生與人類行為密切相關(guān)，不同行為會(huì)在不同的時(shí)間，激發(fā)不同大腦區(qū)域的“指紋”特征，二者之間存在復(fù)雜的梯度關(guān)系。也就是說，大腦“指紋”具有隨時(shí)間波動(dòng)的特征。

對(duì)此，Amico 教授表示，“我們的研究證明，大腦‘指紋’特征具有明顯的波動(dòng)性，疾病等各種因素均會(huì)影響大腦‘指紋’的出現(xiàn)。據(jù)此我們可能通過大腦‘指紋’監(jiān)測(cè)中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病或其他諸如中風(fēng)等可能影響中樞神經(jīng)系統(tǒng)的疾病?！?/strong>

參考資料：

• https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abj0751
• https://scitechdaily.com/our-brains-have-a-fingerprint-too-but-it-constantly-changes-in-time/

更多精彩內(nèi)容，關(guān)注鈦媒體微信號(hào)（ID：taimeiti），或者下載鈦媒體App