來源：原理

17世紀，意大利生物學家馬爾切羅·馬爾比基（Marcello Malpighi）觀察到每個人的指尖上，都存在着獨特的脊紋和汗腺。自那之後，指紋就成了一項用於識別個人的技術。直到現在，這項技術仍被大量使用，並且指紋識別的概念已經擴展到其他生物特徵領域，比如聲音記錄和視網膜掃描等。

就在幾年前，耶魯大學的神經科學家發現，每個人的大腦都有各自獨特的大腦“指紋”。他們發現能夠通過對比受試者的相隔幾天的核磁共振成像掃描圖像，以接近95%的正確率識別出給定受試者的兩次掃描。換句話說，他們可以根據大腦指紋準確地識別一個人。

但是，不同於指紋的是，大腦指紋會隨着時間而變化，而對於這種可識別性的時間尺度，在很大程度上仍未被探索。在一項新發表於《科學進展》的研究中，研究人員發現，只需100秒，就能識別出大腦的獨特指紋。

現在，從人腦連接組數據中提取“指紋”，已成爲神經科學的新前沿。Enrico Amico是洛桑聯邦理工學院（EPFL）的一名計算神經科學家，在獲悉了耶魯大學研究人員的發現後，他大受震撼，並決定將這一發現向前推進一步。

在之前的研究中，神經科學家已經實現了通過在相當長一段時間內進行的兩次核磁共振掃描來確定大腦指紋。但是Amico想知道，這些指紋是否有可能其實在五秒鐘後就出現了？又或者不同大腦區域的指紋出現在不同的時間點？

沒有人知道這些問題的答案。所以，Amico團隊決定測試不同的時間尺度，看看會發生什麼。

在新研究中，他們檢查了大腦內部的網絡和連接，特別是不同區域之間的連接。他們主要使用核磁共振成像掃描來測量特定時間段內的大腦活動，然後對掃描結果進行處理，生成以彩色矩陣的形式呈現的圖表，這些圖表總結了受試者的大腦活動。科學家需要的所有信息，都藏在這些圖表中，它們通常被稱爲“功能性大腦連接組”。

一個功能性大腦連接組。|圖片來源：Enrico Amico

這種類型的建模技術在科學界被稱爲網絡神經科學或大腦連接組學。連接組是神經網絡的映射，在本質上，它們只是一系列相關的數值。從這些連接組中，科學家可以知道受試者在進行核磁共振掃描時在做什麼，例如他們是否在休息，或是在執行什麼其他任務。

在新研究中，連接組數據會根據正在進行的活動，以及大腦的哪個部分正在被使用而改變。Amico說：“我們意識到，展開一個大腦指紋所需的信息可以在很短的時間內獲得。”研究結果表明，雖然幾秒鐘的時長尚不足以探測到有用的數據，但大約1分40秒就足以獲取到這些大腦指紋。

此外，他們還發現連接組指紋的不同部分具有不同的時間尺度。最快的大腦指紋開始出現在大腦的感覺區域，尤其是與眼部運動、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向展示獨特的信息。

接下來，研究人員會比較健康人和患有阿爾茨海默病的患者的大腦指紋。根據初步分析，研究人員目前發現大腦指紋的獨特特徵似乎會隨着疾病的發展而穩步消失，根據人們的連接組來識別他們也會變得越來越難。這彷彿意味着，患有阿爾茨海默氏症的人失去了他們的大腦指紋。

可以說，這項研究幫助我們朝着理解人類大腦的獨特性又前進了一小步，而且研究人員相信這種進步有望創造出無限的機會。研究人員表示，這項發現的潛在的應用可能包括對大腦指紋消失的神經疾病的早期檢測，這或許將可以幫助治療自閉症患者、中風患者，甚至是有毒癮的患者。

#創作團隊：

編譯：小雨

#參考來源：

https：//www.eurekalert.org/news-releases/930528

https：//www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abj0751

#圖片來源：

封面素材來源：GDJ / Pixabay