Ученые обнаружили у людей уникальный отпечаток мозга

Ученый из EPFL определил признаки мозговой активности, которые составляют отпечаток нашего мозга, который, как и обычный отпечаток пальца, уникален.

«Я думаю об этом каждый день и мечтаю об этом по ночам. Вот уже пять лет это — вся моя жизнь», — говорит Энрико Амико, ученый и стипендиат SNSF Ambizione в лаборатории обработки медицинских изображений EPFL и в Центре нейропротезирования EPFL. 

Он говорит о своих исследованиях человеческого мозга в целом и отпечатков мозга в частности. Он выяснил, что у каждого из нас есть «отпечаток пальца» мозга и что этот отпечаток постоянно меняется во времени. Его выводы только что были опубликованы в журнале Science Advances.

«Мои исследования изучают сети и связи в мозге, особенно связи между различными областями, чтобы лучше понять, как все устроено», — говорит Амико. 

«Мы делаем это в основном с помощью магнитно-резонансной томографии, которая измеряет активность мозга в течение определенного периода времени». 

Его исследовательская группа обрабатывает снимки для создания графиков, представленных в виде красочных матриц, которые суммируют активность мозга испытуемого. 

Этот вид моделирования известен в научных кругах как сетевая нейронаука или коннектомика мозга. 

«Вся необходимая нам информация содержится в этих графиках, которые известны как «функциональные коннектомы мозга». Коннектомы — это карта нейронной сети. 

Они информируют нас о том, что делали испытуемые во время МРТ — например, отдыхали ли они или выполняли какие-то другие задачи. Наши коннектомы меняются в зависимости от того, какая деятельность осуществлялась и какие части мозга использовались», — говорит Амико.

Достаточно двух сканирований

Несколько лет назад неврологи из Йельского университета, изучавшие эти коннектомы, обнаружили, что у каждого из нас есть уникальный отпечаток мозга. 

Сравнивая графики, полученные в результате МРТ-сканирования одних и тех же испытуемых с разницей в несколько дней, они смогли правильно сопоставить два снимка одного испытуемого почти в 95% случаев. Другими словами, они могли точно идентифицировать человека по отпечатку его мозга. 

«Это действительно впечатляет, потому что идентификация была проведена с использованием только функциональных коннектомов, которые, по сути, представляют собой наборы корреляционных баллов», — говорит Амико.

Он решил сделать еще один шаг вперед. В предыдущих исследованиях отпечатки мозга определялись с помощью МРТ-сканирования, которое длилось несколько минут. Но ему стало интересно, можно ли идентифицировать эти отпечатки уже через несколько секунд или существует определенный момент времени, когда они появляются — и если да, то как долго длится этот момент? 

«До сих пор неврологи определяли отпечатки пальцев мозга с помощью двух снимков МРТ, сделанных в течение довольно длительного периода времени. Но действительно ли отпечатки появляются, например, через пять секунд, или им требуется больше времени? 

И что если отпечатки разных участков мозга появляются в разные моменты времени? Никто не знал ответа. Поэтому мы протестировали различные временные шкалы, чтобы посмотреть, что произойдет», — говорит Амико.

Отпечаток мозга всего за 1 минуту и 40 секунд

Его исследовательская группа обнаружила, что семи секунд недостаточно для обнаружения полезных данных, а вот около 1 минуты 40 секунд — вполне. «Мы поняли, что информация, необходимая для составления отпечатка мозга, может быть получена за очень короткий промежуток времени», — говорит Амико. «Нет необходимости в МРТ, которая измеряет активность мозга в течение пяти минут, например. 

Можно использовать и более короткие временные шкалы». Его исследование также показало, что самые быстрые отпечатки мозга начинают появляться в сенсорных областях мозга, и особенно в областях, связанных с движением глаз, зрительным восприятием и зрительным вниманием. Со временем и лобные области коры, связанные с более сложными когнитивными функциями, начинают раскрывать уникальную для каждого из нас информацию.

Следующим шагом будет сравнение отпечатков мозга здоровых пациентов и тех, кто страдает болезнью Альцгеймера. «Судя по моим первым результатам, похоже, что особенности, которые делают отпечаток мозга уникальным, неуклонно исчезают по мере прогрессирования болезни», — говорит Амико. 

«Становится все труднее идентифицировать людей на основе их коннектомов. Как будто человек с болезнью Альцгеймера теряет свою мозговую идентичность».

В этой связи потенциальным применением может стать раннее выявление неврологических заболеваний, при которых отпечатки мозга исчезают. Методика Амико может быть использована для пациентов, страдающих аутизмом или инсультом, или даже для людей с наркотической зависимостью. 

«Это всего лишь еще один маленький шаг к пониманию того, что делает наш мозг уникальным: возможности, которые может открыть это понимание, безграничны».