我们的大脑也有“指纹”

“我每天都在想它，晚上也会梦到它。这已经是我五年的全部生活了，”科学家恩里科·阿米科说，他是EPFL医学图像处理实验室和EPFL神经义肢中心的SNSF Ambizione研究员。他说的是他对人类大脑的研究，尤其是对大脑指纹的研究。他了解到，我们每个人都有一个大脑“指纹”，而且这个指纹会随着时间的推移而变化。他的研究成果刚刚发表在科学的进步．

“我的研究检查网络和连接内部大脑，特别是不同领域之间的联系，以便更好地了解事物是如何运作的，”阿米科说。“我们主要使用核磁共振扫描来做到这一点，它可以测量特定时间段内的大脑活动。”他的研究小组对扫描图像进行处理，生成图形，用彩色矩阵表示，总结受试者的大脑活动。这种类型的建模技术在科学界被称为网络神经科学或大脑连接组学。

我们需要的所有信息都在这些图中，通常被称为“功能性大脑连接体”。连接体是神经网络的地图。它揭示了受试者在核磁共振扫描期间在做什么——例如，他们是在休息还是在执行其他任务。我们的连接体根据正在进行的活动和正在使用的大脑部分而改变，”Amico说。

两次扫描就够了

几年前，耶鲁大学研究这些连接体的神经科学家发现，我们每个人都有一个独特的大脑指纹。对比由同一受试者分开几天的核磁共振扫描生成的图表，他们能够在近95%的时间内正确匹配给定受试者的两次扫描。换句话说，他们可以根据大脑指纹准确地识别出一个人。Amico说:“这真的令人印象深刻，因为识别只使用了功能连接体，本质上是一组相关分数。”

他决定将这一发现进一步推进。在之前的研究中，大脑指纹是通过持续几分钟的核磁共振扫描来识别的。但他想知道这些指纹是否能在几秒钟后被识别出来，或者它们出现时是否有一个特定的时间点——如果是这样，那一刻会持续多长时间?

“到目前为止，神经科学家已经通过在相当长一段时间内进行的两次核磁共振扫描来识别大脑指纹。但是，指纹是在5秒钟后就出现了，还是需要更长的时间?如果不同大脑区域的指纹在不同时间出现呢?没有人知道答案。所以我们测试了不同的时间尺度，看看会发生什么。”

只需1分40秒就能得到大脑指纹

他的研究小组发现，7秒不够长，不足以检测到有用的数据，但大约1分40秒就足够了。Amico说:“我们意识到，大脑指纹展开所需的信息可以在很短的时间内获得。”“例如，没有必要用核磁共振成像来测量五分钟的大脑活动。更短的时间尺度也可以发挥作用。”他的研究还表明，最快的大脑指纹开始出现在大脑的感觉区域，特别是与眼球运动、视觉感知和视觉注意力相关的区域。随着时间的推移，与更复杂的认知功能相关的额叶皮层区域也开始向我们每个人揭示独特的信息。

下一步将是比较健康患者与阿尔茨海默病患者的大脑指纹。Amico说:“根据我最初的发现，随着疾病的发展，使大脑指纹独特的特征似乎会稳步消失。”“根据人们的连接体来识别他们变得越来越困难。这就好像一个患有阿尔茨海默氏症的人失去了他或她的大脑身份。”

沿着这条线，潜在的应用可能包括早期检测大脑指纹消失的神经疾病。Amico的技术可以用于受自闭症或中风影响的患者，甚至是有毒瘾的人。“这只是理解我们大脑独特之处的又一小步:这种洞察力可能创造的机会是无限的。”

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