Einzigartige „Gehirnabdrücke“. (Dimitri Van DeVille et al., Science Advances, 2021) Die Aktivitätsmuster unseres Gehirns sind einzigartig. Sie sind so einzigartig, dass wir Gehirnkonnektivitätskarten zur Identifizierung von Personen genauso zuverlässig verwenden können wie Fingerabdrücke.
„Das funktionelle Gehirnkonnektivitätsprofil einer Person ist sowohl einzigartig als auch zuverlässig, ähnlich einem Fingerabdruck, und es ist in vielen Fällen mit nahezu perfekter Genauigkeit möglich, eine Person in einer großen Gruppe von Probanden allein anhand ihrer oder seiner Identität zu identifizieren.“ „Konnektivitätsprofil“, Neurowissenschaftler und leitender Forscher Dimitri Van De Ville und Team schreiben Sie in ihre Arbeit .
Forscher der Yale University habe das schon 2015 entdeckt , und nun hat ein Team der Eidgenössischen Technischen Hochschule in Lausanne untersucht, wie sich diese Muster im Laufe der Zeit verändern, um zu verstehen, wann Gehirnaktivitätsmuster einzigartig und identifizierbar werden.
Die Forscher haben die Informationen von funktional umgestellt Magnetresonanztomographie (fMRT)-Scans, bei denen die Gehirnaktivität von 100 unabhängigen ruhenden Personen gemessen wird, werden in farbenfrohen grafischen Zusammenfassungen zusammengefasst, um einen Atlas zu erstellen, der 419 Punkte in unserem Gehirn berücksichtigt.
„Alle Informationen, die wir brauchen, sind in diesen Diagrammen enthalten, die allgemein als ‚funktionale Gehirnkonnektome‘ bekannt sind.“ erklärt Neurowissenschaftler Enrico Amico.
„Das Konnektom ist eine Karte des neuronalen Netzwerks.“ Sie informieren uns darüber, was die Probanden während ihrer Zeit gemacht haben MRT scannen – zum Beispiel, wenn sie sich ausruhten oder andere Aufgaben erledigten. „Unsere Konnektome verändern sich je nachdem, welche Aktivität ausgeführt wird und welche Teile des Gehirns genutzt werden.“
Funktionelle Karte des Gehirnkonnektoms. (Enrico Amico)
Die Forscher fanden heraus, dass längere Zeitskalen zwar eine bessere Unterscheidung zwischen Individuen ermöglichten, aber 1 Minute und 40 Sekunden ausreichten, um genügend Daten für eine zuverlässige Identifizierung zu sammeln.
Der identifizierbare Moment der Scans war jedoch nicht an einen bestimmten Zeitpunkt gebunden, was möglicherweise damit zu tun hat, wie unser Gehirn seine Aktivität auf natürliche Weise abläuft, vermutet das Team.
„Wir erkannten, dass die Informationen, die für die Entfaltung eines Gehirn-Fingerabdrucks erforderlich sind, in sehr kurzen Zeiträumen gewonnen werden können.“ sagte Amico. „Es ist kein MRT erforderlich, das beispielsweise die Gehirnaktivität fünf Minuten lang misst.“ Auch kürzere Zeitskalen könnten funktionieren.“
Bei kürzeren Scans wurden mehr sensorische Aktivitäten wie Augenbewegungen erfasst, aber die einzigartigen Informationen komplexerer kognitiver Funktionen aus dem frontalen Kortex begannen erst nach einem längeren Zeitraum hervorzutreten. Dazu gehören Dinge wie Sprache, Bewusstsein, Arbeitsgedächtnis und soziale Kognition – was darauf hindeutet, dass bestimmte Gehirnnetzwerke auf unterschiedlichen Zeitskalen funktionieren.
„Diese Arbeit eröffnet auch die Möglichkeit, funktionelle Gehirn-Fingerabdrücke mit der zugrunde liegenden Strukturarchitektur in Beziehung zu setzen“, so die Forscher schreiben , wobei darauf hingewiesen wird, dass die beiden unterschiedlichen Zeitskalen der von ihnen beobachteten Gehirnkarten mit denen übereinzustimmen scheinen zugrunde liegende genetische und Verhaltensgradienten .
Wenn diese Signatur der Funktionalität unsere Identität auf einer tieferen Ebene definiert, stellt sich natürlich die Frage, welche Bedingungen dazu führen könnten, dass sie zusammenbricht. Könnte Alzheimer Können beispielsweise Krankheiten unserem Gehirn seinen neurologischen Fingerabdruck rauben?
„Basierend auf meinen ersten Erkenntnissen scheint es, dass die Merkmale, die einen Gehirn-Fingerabdruck einzigartig machen, mit fortschreitender Krankheit immer mehr verschwinden.“ sagt Amico. „Es wird immer schwieriger, Menschen anhand ihrer Konnektome zu identifizieren.“ Es ist, als ob ein Mensch mit Alzheimer seine Gehirnidentität verliert.“
Es gibt noch viel zu testen, etwa ob die ausgewählten Punkte für den Gehirnatlas zuverlässig sind. Ein Vergleich der Ruhezustandskarten mit denen, die erstellt werden, wenn Einzelpersonen eine Aufgabe ausführen oder verschiedene Scantechniken verwenden, könnte uns mehr Aufschluss geben, schlagen die Forscher vor.
„Dies ist nur ein weiterer kleiner Schritt zum Verständnis dessen, was unser Gehirn einzigartig macht“, sagt Amico. „Die Möglichkeiten, die diese Erkenntnisse eröffnen könnten, sind grenzenlos.“
Diese Forschung wurde veröffentlicht in Wissenschaftliche Fortschritte .