Сканування фізичної структури мозку встановлює ідентичність людини при близькості до 100% точності

Дослідники отримали «фінгерпринти» білого матерії мозку людини. Використовуючи метод дифузії МРТ, вони імітували найбільш докладну паперову карту нейроз’єднань коли-небудь створених. Вчені підтвердили, що структурні з'єднання в мозку унікальні для кожної людини. Дослідження виявили, що структура нервової системи може виявити людину з точністю близько до 100%.

Команда науковців під керівництвом Тимофія Верстинена, доцента психології Університету Карнегі Меллона, навчалася 699 карт нейронних з'єднань – з'єднання. З'єднувачі показують детальні з'єднання в області центральної нервової системи, що складається з основ. Всі осі в цій області покривають білою оболонкою, тому її називають білою матерією.

Архітектура білої матерії є індивідуальною, тому вона підходить для розрізнення між відбитками пальців мозку. Структура нейроз’єднань частково визначається генетичними факторами, але більшість з них змінюється під впливом часу.

Особливі функції мозку, які допомагають визначити людину, зашифровані унікальним шаблоном з'єднань між нейронами. Складання двох з'єднань різних людей і вираження цієї різниці в кількісному вигляді - це складне завдання. Аналіз вимагає точної карти архітектури білої речовини. Для побудови найбільш докладної карти нейронних з'єднань дослідники використовували дифузійні дані МРТ у своєму дослідженні. Заходив дифузії молекул води вздовж білої речовини волокон в мозку. Цей метод дозволяє науковцям слідувати напрямку осей і визначити структуру нейрозв’язку з одним сайтом на інший, але це не точніше. Таким чином, дослідники покинути його на користь місцевого з'єднання.

Місцеве з'єднання є ступенем з'єднання між сусідніми елементами в пучках білої речовини. Вимірюється водопровідним тензором. Якщо ви поєднуєте ці розміри, ви отримуєте вектор, який описує набір функцій, що відповідають з'єднанню певної особи.

Габаритний зображення

Унікальність структури місцевого з'єднання: A - функція розподілу хребта, що демонструє дифузію рідини; B - демонстрація відмінностей кожного об'єкта за допомогою дробової анізотропії; C - визначення унікальності за допомогою коефіцієнта дифузії.

Щоб оцінити ефективність підходу, вчені змогли використовувати чотири набори даних повторних сканування, які вони отримали в різних інтервалах часу. Це головна особливість дослідження – вчені проаналізували інформацію, що вже зібрано один раз. Тоді вони дізналися, чи можна визначити належність з'єднання до особи. Для цього вони поєднують інформацію з відбитками пальців. Підсумковий аналіз показав, що локальне з'єднання можна використовувати для визначення кількісної схожості між генетично пов'язаними людьми.

Вимірювання показали, що з'єднання кожної людини унікальний, як і відбитки пальців. Така докладна карта може бути використана для визначення особи на парі з відбитками пальців, а також 17000 тестів ідентифікації підтвердили це припущення. З майже 100% точністю вони можуть визначити, чи є два з'єднувачі, що відносяться до тієї ж особи або ні. Імовірність помилки даної технології становить тисячі разів менше, ніж у відбитків пальців. Але навіть цей метод не забезпечує повну гарантію.



З'єднувачі гомозиго (MZ), гетерозиго (DZ) близнюки і муфти (Siblings)

Підключення може використовуватися як маркер фенотипу людини. Дослідники виявили, що в гомозигоусних близнюках, збігу збігаються 12,51% конструкційних з'єднань. У гетерозиго, загальна частина є меншою, тільки 5,4%. Брати і сестри, які народилися по черзі, схожість 4,51%. З часом ця частка знижується в середньому на 12.79% кожні 100 діб.



Схожі і відмінності між близнюками і шнурами

«Найбільш захоплююча частина цього дослідження полягає в тому, що тепер ми можемо застосувати новий метод даних, які були зібрані до того, як і виявляють нові дані, які ніколи не були інтерпретовані до.» Більша точність цього методу дозволяє надійно визначити, як спадкові фактори і особливості навколишнього середовища впливають на мозок людини з часом. Таким чином, ми зможемо краще зрозуміти функції мозку та дисфункцію, - сказав Фанг-Чен Є, доцент неврологічної хірургії Університету Пітсбурга та один з авторів дослідження.

Таким чином, ми можемо бачити, як події, які об’єднують людей, впливають на роботу мозку. Метод дифузії МРТ дає дослідникам корисні біомаркери. Вони допоможуть визначити, як хвороби, навколишнє середовище, спадкові та соціальні чинники впливають на мозок і його зміни з часом. Це означає, що все життя шокує якось впливає на зв’язки мозку людини. Унікальність «збитків» мозку можна порівняти з відбитками пальців, і це можливо, що в деяких випадках карта нейронів доповнить або повністю замінить відбитків пальців.

Останнім часом вчені все частіше знаходять застосування даних МРТ у різних галузях. У своїй роботі науковці з Університету Пенсільванія в порівнянні з точністю фМРТ і поліграфа при визначенні криється. Виявилося, що навіть невропатологи без досвіду виявлення брехні – 24% швидше за все, виявляти прийом, ніж професійні поліграфологи. Навесні група нейронауковців з університету Каліфорнія в Берклі створила «семантичний атлас» кори головного мозку. Наведено, які області мозку відповідають за обробку слів, пов’язаних з номерами, візуальними зображеннями, географічними об’єктами, емоціями та іншими факторами. Крім того, атлас може приблизно зрозуміти, що людина читає і що він думає.

Опубліковано в журналі PLoS Computational Біологія 15 листопада 2016 р.
DOI: 10.1371/journal.pcbi. 10052.

Джерело: geektimes.ru/post/282832/