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星球獨一無二的存在?
近日,來自瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院醫(yī)學(xué)圖像處理實驗室和神經(jīng)假體研究中心的 Enrico Amico 教授及其團(tuán)隊,發(fā)表了一項新的研究,表明 人類大腦同樣具有獨一無二的活動特征,即“大腦指紋”。同指紋識別一樣,通過大腦“指紋”也能精準(zhǔn)識別不同個體。
同時,研究人員還證實,大腦獨一無二的活動特征最先出現(xiàn)在眼球運動、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”特征似乎會逐漸消失。
對此 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,隨著時間的推移,也會出現(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?!?nbsp;
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。
每個人都有一個與眾不同的大腦
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)的指紋與個體識別技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。
如今,我們已經(jīng)知道, 每個人都有獨一無二的指紋,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,指紋識別技術(shù)的出現(xiàn)讓我們的生活變得更加快捷、更方便。
(來源:Pixabay)
然而,經(jīng)??措娪暗男』锇閭兛赡軙l(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)膜識別、人臉識別等技術(shù),用于指紋識別的補(bǔ)充。
2015 年的時候,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,僅計算人類大腦功能連接,就能找到大腦“指紋”。
簡單地來說,fMRI 是通過測量神經(jīng)細(xì)胞活動時所引起的血液氧氣含量變化,來觀察大腦不同區(qū)域的活動情況,可以像照相機(jī)一樣記錄大腦的活動狀態(tài)。
通過掃描出來的 fMRI 圖像可以得到每個人的連接矩陣,由于不同的生活經(jīng)歷和后天環(huán)境,每個人大腦內(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 年的時候,來自卡耐基梅隆大學(xué)的科學(xué)人員采用了五個數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù),通過使用功能性核磁共振成像分析了 699 個人腦的連接圖譜。
(來源:scitechdaily)
隨后,該團(tuán)隊共開展了 17000 多次實驗,最終證明, 通過大腦功能核磁共振掃描,的確可以找到每個人獨特的大腦“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)果證實了神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域的一項假設(shè),即每個人大腦中的連接模式都是獨一無二的。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)?!?nbsp;
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,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)的一個前沿方向。
此前的研究雖然通過對大腦神經(jīng)功能連接數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,證實了大腦“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)家都是通過長時間的 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?又是何時產(chǎn)生的?
為了找到答案,Amico 教授帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊利用人腦連接的時間動力學(xué),使用動態(tài)大腦功能連接技術(shù),來探索大腦“指紋”產(chǎn)生的時間問題,即大腦指紋是何時產(chǎn)生的,在多長時間內(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”特征會逐漸消失,通過大腦功能連接來識別個體身份會變的越來越困難。
最后,通過元分析調(diào)查,研究人員證實, 大腦指紋的產(chǎn)生與人類行為密切相關(guān),不同行為會在不同的時間,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”具有隨時間波動的特征。
對此,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性,疾病等各種因素均會影響大腦‘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/
本文來自微信公眾號 “學(xué)術(shù)頭條”(ID:SciTouTiao),作者:朱哼哼,36氪經(jīng)授權(quán)發(fā)布。
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