科学家发现大脑功能指纹,或有助于治疗自闭症

发布日期:2019-05-27

据国外媒体报道,研究者发现,人类具有一种一生中都不会改变的独特“大脑印记”。这种大脑印记又被称为“功能指纹”(functional fingerprint),能用于识别个人特征,甚至可以判断人与人之间的关系并区分双胞胎。随着研究的深入,大脑的功能指纹或许还能揭开注意力缺陷多动障碍(ADHD)和自闭症等疾病的神秘面纱。

“与DNA类似,特殊的大脑系统和连结模式会由成年人遗传给儿童,”美国俄勒冈健康与科学大学的达米恩·费尔(Damien Fair)就2017年的一篇论文解释道,“这很重要,因为可以帮助我们更好地描述大脑改变后在活动、发育或疾病等方面的特征。”

在2017年的研究中,利用来自350多名成人和儿童(包括了许多对兄弟姐妹)在休息状态下的两组功能性磁共振成像大脑扫描数据,费尔及其同事采用了一种创新技术来表征功能连接和机器学习,并根据大脑连接类型成功地识别出受试者的兄弟姐妹关系。

更近的一项研究中,他们又发现,只有30%的连接体(connectome,又称为脑功能联结图谱)是个体所独有的。通过类似的实验过程,研究团队在儿童和成人中都识别出了兄弟姐妹和双胞胎配对。

“这些结果证实了虽然每个人都独一无二,但家族连接体的某些方面在整个发育过程中是可遗传和维持的,或许还可以作为精神或神经疾病的早期生物标志,”研究第一作者、俄勒冈健康与科学大学医学院的行为神经科学助理教授奥斯卡·米兰达-多明戈斯(Oscar Miranda-Dominguez)说道。

“我可以从我的5岁小孩那里提取一个指纹,当她25岁时,我还是能知道那是她的指纹,”达米恩·费尔说,“即使她的手指可能变大,并且随着年龄和经验增长而经历其他变化,但核心特征依然保留着。”

识别、追踪和模拟功能连接体将揭示为什么有些人患上某种精神疾病的风险更高。费尔还表示,这些发现有助于我们对大脑功能的思考,包括正常和改变的状态。此外,这还将为注意力缺陷多动障碍或自闭症等疾病的个性化和针对性治疗方法提供更多可能。

在由卡内基梅隆大学领衔,并由美国军方资助的另一项研究中,研究人员从5个数据组中测量了699个大脑的局部连接体。这些点对点连接都位于白质通路中,而不是不同区域的连接。然后,研究人员利用扩散核磁造影数据进行了重建,并计算沿着大脑白质纤维的水分子扩散分布特征。结果表明,这些特征可以作为每个人独有的“大脑指纹”。研究团队进行了超过17000次识别测试,识别出两个局部连接体是否来自同一个人的准确率接近100%。

大脑连接图像将如何对抗ADHD和自闭症?

“开发人类大脑连接体计划”(Developing Human Connectome Project)是由伦敦国王学院、牛津大学和帝国理工学院合作领导的项目,致力于绘制出大脑最初阶段的4维图像。

该项目的目标是建立一个胎龄在22至44周的人类大脑连接动态图像,将成像、临床、行为和遗传等信息综合在一起。这些图像和数据将供科学界广泛使用。研究人员希望该计划能有助于提到对自闭症谱系障碍和脑瘫的认识,并为治疗注意力缺陷多动障碍(ADHD)和自闭症提供可能。