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研究称大脑“指纹”随着时间的推移而不断变化

2021-10-16 10:50 · 稿源: cnbeta

据外媒报道,EPFL医学图像处理实验室和EPFL Neuroprosthetics中心的科学家和SNSF Ambizione研究员Enrico Amico表示:“我每天都在想它,晚上做梦都会梦到。这是我五年来的全部生活。”他正在谈论他对人类大脑的研究,特别是对大脑“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”在时间上不断变化。他的研究结果刚刚发表在《科学进展》上。

“我的研究考察了大脑内的网络和连接,特别是不同区域之间的联系,以便更深入地了解事物的运作方式,”Amico说。“我们主要使用核磁共振扫描来做这件事,它测量了特定时间段的大脑活动。”他的研究小组对扫描结果进行处理,生成图形,以彩色矩阵的形式表示,总结出受试者的大脑活动。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表中,这些图表通常被称为‘功能性大脑连接组’。连接组是神经网络的地图。它们告知我们受试者在核磁共振扫描期间在做什么--例如,如果他们在休息或执行一些其他任务。”Amico说:“我们的连接体根据正在进行的活动和正在使用的大脑的哪些部分而变化。”

几年前,耶鲁大学的神经科学家们在研究这些连接体时发现,我们每个人都有一个独特的大脑“指纹”。比较同一受试者相隔几天进行的核磁共振扫描所产生的图形,他们能够在近95%的时间内正确匹配一个特定受试者的两个扫描。换句话说,他们可以根据一个人的大脑“指纹”准确地识别他。Amico表示:“这真的令人印象深刻,因为识别只使用了功能连接体,这基本上是一组相关的分数。”

他决定将这一发现再向前推进一步。在以前的研究中,大脑“指纹”是通过持续数分钟的核磁共振扫描来识别的。但他想知道这些“指纹”是否可以在短短几秒钟后被识别出来,或者是否有一个特定的时间点出现--如果是这样,这个时刻会持续多长时间?“到目前为止,神经科学家们使用在相当长的时间内拍摄的两次核磁共振成像扫描来识别大脑指纹。但是,举例来说,指纹是否真的只在五秒钟后出现,还是需要更长时间?如果不同的大脑区域的指纹在不同的时刻出现又会怎样?没有人知道答案。因此,我们测试了不同的时间尺度,看看会发生什么,”Amico说。

他的研究小组发现,7秒的时间并不足以检测出有用的数据,但这个过程可在1分40秒左右完成。“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,”Amico说。“比如说,没有必要做一个测量大脑活动5分钟的核磁共振成像。更短的时间尺度也可以工作。”他的研究还表明,最快的大脑“指纹”开始从大脑的感觉区域出现,特别是与眼睛运动、视觉感知和视觉注意力有关的区域。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显示出每个人的独特信息。

研究人员的下一步计划将是比较健康病人和阿尔茨海默病患者的大脑“指纹”。Amico说:“根据我的初步发现,似乎使大脑指纹独特的特征随着疾病的发展而逐渐消失。根据人们的连接体,越来越难识别它们。就好像一个阿尔茨海默氏症患者失去了他或她的大脑身份。”

沿着这条路线,潜在的应用可能包括早期检测大脑“指纹”消失的神经系统疾病。Amico的技术可以用于受自闭症或中风影响的病人,甚至是有毒瘾的对象。“这只是朝着了解是什么让我们的大脑变得独特的又一小步:这种洞察力可能创造的机会是无限的。”

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