...

Neuroanatomiczny odcisk palca

Jeszcze 30 lat temu uważano, że ludzki mózg nie wykazuje żadnych indywidualnych cech, a jedyne zmiany w jego funkcjonowaniu lub anatomii wiążą się co najwyżej z chorobami psychicznymi. Obecnie wiadomo, że pogląd ten był błędny. Badania naukowców z Uniwersytetu Zuryskiego wykazały, że elementy neuroanatomii mogą być wykorzystywane do identyfikacji poszczególnych osób, podobnie jak odciski linii papilarnych lub skany tęczówki oka.

Obecnie istnieje wiele metod identyfikacji osób na podstawie parametrów biometrycznych. Najstarszym i najlepiej znanym są linie papilarne. Stosowano je w kryminalistyce już w latach 30. XX wieku. Dziś istnieją nawet smartfony reagujące na odcisk palca właściciela. Wykorzystuje się również zabezpieczenia oparte na skanie tęczówki oka, geometrii dłoni czy biometrii układu naczyń krwionośnych dłoni. Ten ostatni system należy do najdokładniejszych. Naukowcy z Uniwersytetu Zuryskiego udowodnili, że do grupy parametrów pozwalających na identyfikację danej osoby zaleczyć można również anatomię mózgu.

Szwajcarscy badacze zainspirowali się doświadczeniem osób pracujących na co dzień ze skanami mózgu wykonanymi za pomocą rezonansu magnetycznego (MRI). Uważają one bowiem, że wielkość i kształt poszczególnych zakrętów i bruzd jest unikatowy u każdego pacjenta. To samo tyczy się objętości i ogólnej formy całego mózgu. Do tej pory pogląd ten nie został jednak w żaden sposób udowodniony naukowo. Wiadomo jednak, że na cechy te wpływają czynniki genetyczne, biologiczne oraz środowiskowe.

“Podejrzewaliśmy, że doświadczenia mające wpływ na mózg wchodzą w interakcje z cechami genetycznymi, dzięki czemu z biegiem lat u każdej osoby powstaje całkowicie indywidualna anatomia mózgu” – mówi Lutz Jäncke, profesor neuropsychologii na UZH i współautor badania.

Już wcześniej zespół prof. Jäncke’go wykazał, że indywidualne doświadczenia i okoliczności życiowe odciskają swoje piętno na anatomii mózgu. Np. profesjonalni muzycy, szachiści czy golfiści wykazują szczególne cechy w strukturach tego narządu, z których najintensywniej korzystają w swojej działalności. Jednak nawet zdarzenia losowe mogą pozostawić ślady – np. już dwutygodniowe unieruchomienie ręki po złamaniu sprawia, że zmniejsza się grubość kory mózgu w obszarach odpowiedzialnych za kontrolowanie jej ruchów.

W badaniu szwajcarskiego zespołu naukowego wzięło udział niemal 200 osób. Byli to zdrowi mężczyźni i kobiety w wieku od 64 do 85 lat. Nie mieli historii zaburzeń poznawczych lub neurologicznych, nie cierpieli też na migrenę, szumy uszne czy cukrzycę. W ciągu dwóch lat ochotnicy trzykrotnie zostali poddani procedurze skanowania mózgu: raz na początku badania, a następnie po upływie roku i dwóch lat. W otrzymanych obrazach porównywano zespoły cech, które przyporządkowano do pięciu zestawów. Należało do nich 11 globalnych cech, określanych jako duże obszary mózgu (LBR, ang. large brain regions): całkowita objętość i średnia grubość kory mózgu, całkowita powierzchnia korowa, całkowita objętość istoty białej i szarej kory oraz móżdżku, całkowita objętość podkorowa, objętość pnia mózgu i ciała modzelowatego, a także hipotensje w istocie białej. Porównywano także cztery inne zestawy: 148 przedziałowych pomiarów grubości i objętości korowej, tyle samo pomiarów powierzchni kory mózgu oraz połączenie pomiarów grubości, powierzchni, objętości kory oraz innych dodatkowych pomiarów pnia, móżdżku, zwojów podstawy i innych. Do analizy zebranych danych wykorzystano dwie techniki statystyczne: prostą i szybką operacyjną procedurę matematyczną LDA oraz nieparametryczną, wyczerpującą procedurę wyszukiwania WKNN – obie wrażliwe na miary odległości stanowiące różnicę między zmiennymi.

Zastosowane metody pozwoliły na uzyskanie sprawnej identyfikacji osób na podstawie wyłącznie skanów mózgu. Aby sprawdzić, czy jej wyniki zależne są od wielkości próby, przeprowadzono kilkanaście dodatkowych analiz z wykorzystaniem prób o różnych wielkościach, rozpoczynając od 10 osób i stopniowo zwiększając tę liczbę. Za każdym razem dokładność była bardzo wysoka, zarówno przy wykorzystaniu wszystkich zmiennych, jak i tylko z użyciem zestawów danych LBR. Choć w drugim przypadku dokładność identyfikacji została nieznacznie obniżona, obie metody charakteryzowały się trafnością na poziomie ponad 91%. Świadczy to o fakcie, że sprawne rozpoznanie konkretnej osoby wymaga porównania zaledwie 11 cech anatomii mózgu.

“Zaledwie 30 lat temu uważaliśmy, że ludzki mózg ma niewiele lub nie ma żadnych indywidualnych cech. Identyfikacja osób poprzez cechy anatomiczne mózgu była czymś niewyobrażalnym” – komentuje Jäncke.

Wyniki najnowszych badań wskazują jednak na to, że narząd ten charakteryzuje się wysoką indywidualnością. Jego architektura oparta jest wprawdzie na określonej kombinacji genetycznej, ale na jej ostateczny kształt ogromny wpływ ma także środowisko i osobiste doświadczenia. Czynniki nań wpływające to uczenie się, pochodzenie etniczne, płeć, wiek, choroby psychiczne, status społeczny, cechy osobowości i wiele innych.

Choć wyniki badania są niezwykle interesujące, trudno obecnie mówić o możliwości zastosowania ich w praktyce, w celach podobnych jak w przypadku odcisków palców czy innych parametrów biometrycznych. Jednym z ograniczeń jest zmienność pewnych cech struktury mózgu. U osób w starszym wieku wynosi ona ok. 1% rocznie. Nie wiadomo, jakie wyniki otrzymanoby, gdyby biorący udział w badaniu ochotnicy byli młodsi. Istnieje także bardziej prozaiczna kwestia – urządzenia do wykonywania rezonansu magnetycznego są bardzo drogie, a samo badanie zabiera zbyt wiele czasu, aby miało zastąpić szybką i tanią procedurę pobierania odcisków palców.

Bibliografia

Valizadeh A., Liem F., Merrilat S., Hänggi J., Jäncke L. Identification of individual subjects on the basis of their brain anatomical features. Scientific Reports. 2018

Udostępnij:
Facebook
Twitter
LinkedIn

Ostatnie wpisy:

Podziel się opinią!

polecane wpisy:

Hirudoterapia – sposób na migenę?

Nie masz dostępu do tych treści Wygląda na to, że nie masz rangi Czytelnik, aby ją otrzymać zaloguj się klikając na przycisk poniżej. Przejdź do logowania Nie masz jeszcze konta? Dołącz do nas! Logowanie

Dzieci powinny czytać

W młodym wieku zachodzą kluczowe procesy plastyczności neuronalnej, które są istotne dla rozwoju mózgu. Dlatego warto wspierać u dzieci zachowania kształtujące ich rozwój, ponieważ mogą okazać się korzystne w dorosłym życiu. Przykładem takiego zachowania jest czytanie książek, czyli jedna z...

Kondycja wątroby a funkcje poznawcze

Przewlekłe choroby wątroby są coraz to bardziej powszechne w społeczeństwie. W ich przebiegu obserwuje się postępujące zmiany polegające na stopniowym zastępowaniu prawidłowego miąższu wątroby tkanką włóknistą, co prowadzi do zaburzeń struktury i funkcji tego narządu. Coraz więcej doniesień naukowych wskazuje,...

Archiwum: