每個人的大腦裡也都有獨一無二的「指紋」，但它會隨著時間不斷變化

如何證明你是你自己？身份證？健保卡？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，來自瑞士洛桑聯邦理工學院醫學影像處理實驗室和神經假體研究中心的 Enrico Amico 教授及其團隊，發表了一項新的研究，表明人類大腦同樣具有獨一無二的活動特徵，即「大腦指紋」。

和指紋辨識一樣，透過大腦「指紋」也能精準辨識不同個體。同時，研究人員還證實，大腦獨一無二的活動特徵最先出現在眼球運動、視覺感知相關的感覺區域，隨後出現在與複雜認知功能相關的額葉皮層區域。而阿爾茲海默病等神經退行性疾病患者隨著疾病進展，大腦「指紋」特徵似乎會逐漸消失。

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」資訊，這一資訊最先出現在大腦視覺相關的感知區域，隨著時間的推移，也會出現在複雜認知相關的額葉皮層區域。未來，我們或許可以通過大腦『指紋』監測來篩查潛在神經退行性疾病患者、自閉症患者、中風患者、甚至成癮的患者。」

▲ 相關研究以「When makes you unique: Temporality of the human brain fingerprint 」為題發表在最新一期的 Science Advances 雜誌上。

每個人都有一個與眾不同的大腦

17 世紀中期，義大利著名組織學家兼醫生馬爾切洛·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。這一觀察結果為後續的指紋與個體辨識技術奠定了基礎。如今，我們已經知道，每個人都有獨一無二的指紋，指紋資訊已經成為了人類身份認證的重要依據，在人類生活中被廣泛應用。例如手機指紋解鎖、指紋門禁打卡、刑事案件偵破等等。顯然，指紋辨識技術的出現讓我們的生活變得更加快捷、更方便。

然而，經常看電影的人可能會發現，指紋是可以被盜取的。因此，近年來，人們也研發出了一系列諸如視網膜辨識、人臉辨識等技術，用於補強指紋辨識的不足之處。2015 年的時候，Finn 等人首次提出人類大腦存在特異性這一理念，並透過功能性磁振造影（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 是透過測量神經細胞活動時所引起的血液氧氣含量變化，來觀察大腦不同區域的活動情況，可以像照相機一樣記錄大腦的活動狀態。透過掃描出來的 fMRI 圖像可以得到每個人的連接矩陣，由於不同的生活經歷和後天環境，每個人大腦內部連接的方式都不一樣，所以可以根據連接矩陣來判斷是否為同一人。2016 年的時候，來自卡耐基美隆大學的科學人員採用了五個資料庫的資料，透過使用功能性磁振造影分析了 699 個人腦的連接圖譜。

隨後，該團隊共開展了 17000 多次實驗，最終證明，透過大腦功能性磁振造影掃描，的確可以找到每個人獨特的大腦「指紋」，並且再次掃描仍舊能夠完美重現，確認身份。研究人員還發現，就連同卵雙胞胎的大腦之間也存在這種區別。掃描結果顯示，同卵雙胞胎的大腦結構連接模式只有 12% 是相同的。

對此，卡耐基美隆大學的心理學助理教授提摩西·威爾斯迪南（Timothy Verstynen）表示，「研究結果證實了神經科學領域的一項假設，即每個人大腦中的連接模式都是獨一無二的。這說明你的生活經歷可以在大腦的連接模式中有所體現。」

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資料中提取「指紋」已成為神經科學的一個先進方向。之前的研究雖然透過對大腦神經功能連接資料進行分析，證實了大腦「指紋」的存在，且只需兩次 fMRI 掃描就可以準確匹配受試者。

但是，到目前為止，絕大多數科學家都是透過長時間的 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生的？又是何時產生的？為了找到答案，Amico 教授帶領的研究團隊利用人腦連接的時間動力學，使用動態大腦功能連接技術，來探索大腦「指紋」產生的時間問題，即大腦指紋是何時產生的，在多長時間內產生，哪些大腦區域對此負責。研究結果顯示，人類大腦最佳的指紋出現在測試開始的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在大腦中的感覺區域，也就是與眼球運動、視覺感知和視覺注意力相關的區域。隨著時間的推移，與認知功能相關的額葉皮層區域也可以揭示人類大腦的獨特資訊。

▲ 大腦「指紋」（圖片來源：Enrico Amico）此外，根據初步研究結果，某些神經退行性疾病，例如阿爾茲海默症等，隨著疾病的進展，大腦的「指紋」特徵會逐漸消失，透過大腦功能連接來辨識個體身份會變的越來越困難。最後，透過分析調查，研究人員證實，大腦指紋的產生與人類行為密切相關，不同行為會在不同的時間，激發不同大腦區域的「指紋」特徵，二者之間存在複雜的梯度關係。也就是說，大腦「指紋」具有隨時間波動的特徵。對此，Amico 教授表示，「我們的研究證明，大腦『指紋』特徵具有明顯的波動性，疾病等各種因素均會影響大腦『指紋』的出現。據此我們可能透過大腦『指紋』監測中樞神經系統疾病或其他諸如中風等可能影響中樞神經系統的疾病。」

資料來源：