研究稱大腦“指紋”隨着時間的推移而不斷變化

據外媒報道，EPFL醫學圖像處理實驗室和EPFL Neuroprosthetics中心的科學家和SNSF Ambizione研究員Enrico Amico表示：“我每天都在想它，晚上做夢都會夢到。這是我五年來的全部生活。”他正在談論他對人類大腦的研究，特別是對大腦“指紋”的研究。他了解到，我們每個人都有一個大腦“指紋”，而且這個“指紋”在時間上不斷變化。 他的研究結果剛剛發表在《科學進展》上。

“我的研究考察了大腦內的網絡和連接，特別是不同區域之間的聯繫，以便更深入地瞭解事物的運作方式，”Amico説。“我們主要使用核磁共振掃描來做這件事，它測量了特定時間段的大腦活動。”他的研究小組對掃描結果進行處理，生成圖形，以彩色矩陣的形式表示，總結出受試者的大腦活動。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，這些圖表通常被稱為‘功能性大腦連接組’。連接組是神經網絡的地圖。它們告知我們受試者在核磁共振掃描期間在做什麼--例如，如果他們在休息或執行一些其他任務。”Amico説：“我們的連接體根據正在進行的活動和正在使用的大腦的哪些部分而變化。”

幾年前，耶魯大學的神經科學家們在研究這些連接體時發現，我們每個人都有一個獨特的大腦“指紋”。比較同一受試者相隔幾天進行的核磁共振掃描所產生的圖形，他們能夠在近95%的時間內正確匹配一個特定受試者的兩個掃描。換句話説，他們可以根據一個人的大腦“指紋”準確地識別他。Amico表示：“這真的令人印象深刻，因為識別只使用了功能連接體，這基本上是一組相關的分數。”

他決定將這一發現再向前推進一步。在以前的研究中，大腦“指紋”是通過持續數分鐘的核磁共振掃描來識別的。但他想知道這些“指紋”是否可以在短短幾秒鐘後被識別出來，或者是否有一個特定的時間點出現--如果是這樣，這個時刻會持續多長時間？“到目前為止，神經科學家們使用在相當長的時間內拍攝的兩次核磁共振成像掃描來識別大腦指紋。但是，舉例來説，指紋是否真的只在五秒鐘後出現，還是需要更長時間？如果不同的大腦區域的指紋在不同的時刻出現又會怎樣？沒有人知道答案。因此，我們測試了不同的時間尺度，看看會發生什麼，”Amico説。

他的研究小組發現，7秒的時間並不足以檢測出有用的數據，但這個過程可在1分40秒左右完成。“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，”Amico説。“比如説，沒有必要做一個測量大腦活動5分鐘的核磁共振成像。更短的時間尺度也可以工作。”他的研究還表明，最快的大腦“指紋”開始從大腦的感覺區域出現，特別是與眼睛運動、視覺感知和視覺注意力有關的區域。隨着時間的推移，與更復雜的認知功能相關的額葉皮層區域也開始顯示出每個人的獨特信息。

研究人員的下一步計劃將是比較健康病人和阿爾茨海默病患者的大腦“指紋”。Amico説：“根據我的初步發現，似乎使大腦指紋獨特的特徵隨着疾病的發展而逐漸消失。根據人們的連接體，越來越難識別它們。就好像一個阿爾茨海默氏症患者失去了他或她的大腦身份。”

沿着這條路線，潛在的應用可能包括早期檢測大腦“指紋”消失的神經系統疾病。Amico的技術可以用於受自閉症或中風影響的病人，甚至是有毒癮的對象。“這只是朝着瞭解是什麼讓我們的大腦變得獨特的又一小步：這種洞察力可能創造的機會是無限的。”