Thuật ngữ "dấu ấn não bộ" nghe có vẻ giống khoa học viễn tưởng, nhưng ngày nay nó đã trở thành hiện thực thuần túy, có thể đo lường được. Dưới góc nhìn này, nhiều hướng nghiên cứu hội tụ về một ý tưởng mạnh mẽ: Mỗi bộ não để lại một khuôn mẫu nhận dạng riêng trong hoạt động của chúng, trong cách tổ chức mạng lưới của chúng và, trong một số trường hợp, thậm chí trong các tín hiệu cơ thể liên quan.
Hiểu được dấu chân này không chỉ trả lời chúng ta là ai mà còn cho biết nó được sử dụng để làm gì: từ việc dự đoán cường độ mà chúng ta cảm thấy một cảm xúc, nhận dạng một người thông qua kết nối chức năng của họ, nhận dạng các đặc điểm nhận dạng qua chuyển động hoặc giọng nói, và thậm chí dự đoán nguy cơ tổn thương não bằng các dấu ấn sinh học trong máu. Thách thức nằm ở việc phân biệt giữa sự cường điệu và bằng chứng: Có những tiến bộ mạnh mẽ, xác nhận trong nhiều bối cảnh và đồng thời, có những giới hạn rõ ràng mà chúng ta không nên bỏ qua.
Brainprinting ngày nay là gì: một khái niệm, nhiều lớp bổ sung
Khi nói về dấu ấn não bộ, chúng ta không chỉ đề cập đến một điều duy nhất. Trong khoa học thần kinh hiện đại, nó được sử dụng cho nhiều thực tại chồng chéo nhau: các mẫu kết nối chức năng độc đáo (cái gọi là kết nối chức năng), các dấu hiệu thần kinh mã hóa các chiều hướng tình cảm như sự kích thích, các đặc điểm nhận dạng năng động trong chuyển động và giọng nói, và thậm chí cả các cấu hình sinh học trong máu phản ánh trạng thái của não.
Trong kết nối chức năng, các nhóm tại Yale và những nơi khác đã chỉ ra rằng bản đồ kết nối được tiết lộ bởi hình ảnh cộng hưởng từ chức năng cũng mang tính cá nhân như dấu vân tay. Với 126 tình nguyện viên và 268 nút não, họ phát hiện ra rằng hồ sơ luồng hoạt động của mỗi cá nhân đều ổn định giữa các buổi nghỉ ngơi và làm nhiệm vụ, và cho phép xác định lại cùng một người trong một nhóm.
Một lớp riêng biệt khác lập bản đồ cảm xúc của chúng ta. Sử dụng fMRI tự nhiên và học máy, các nhà nghiên cứu quốc tế đã đào tạo chữ ký gọi là BAAS, viết tắt của Brain Affective Arousal Signature (Chữ ký Kích thích Não bộ). Dấu hiệu não bộ dự đoán cường độ mà một cảm xúc được trải nghiệm, dù dễ chịu hay khó chịu, tách biệt cường độ tình cảm với việc chúng ta thích hay không thích điều gì đó.
Bản sắc cũng xuất hiện trong động lực. Một đánh giá gần đây nhắc lại rằng cử chỉ, giọng nói và dáng đi tạo nên dấu ấn nhận dạng, được học thông qua sự quen thuộc, mà não bộ tích hợp để nhận diện con người tốt hơn ngay cả trong những điều kiện khó khăn. Ưu điểm của chuyển động này không chỉ giúp nhận diện khuôn mặt dễ dàng hơn mà còn kết nối với âm thanh giọng nói và các mô hình thời gian chung.
Và không phải mọi thứ đều phải qua máy quét. Một nhóm nghiên cứu tại Israel đã ghi lại 24 giờ thở bằng mũi bằng thiết bị di động ở 100 đối tượng và phát hiện ra rằng dấu vân tay hô hấp có khả năng nhận dạng cá nhân với độ chính xác 96,8%Hơn nữa, một số biến đổi của nó có liên quan đến các đặc điểm như chỉ số khối cơ thể, chu kỳ giấc ngủ hoặc mức độ lo lắng và trầm cảm được đo bằng bảng câu hỏi chuẩn hóa.
Cuối cùng, dấu vân tay cũng có thể là dấu vân tay phân tử. Phân tích khoảng 3.000 protein huyết tương và kết hợp cộng hưởng đa phương thức với các mô hình trí tuệ nhân tạoMột nghiên cứu lớn đã xác định được 13 protein liên quan đến quá trình lão hóa não và xác nhận sáu protein (GDF15, BCAN, TIMP4, KLK6, ADGRG1, LGALS4), đặc biệt nhấn mạnh đến BCAN và GDF15 trong mối liên hệ của chúng với chứng mất trí, đột quỵ và chức năng vận động.
Cách đo lường: từ fMRI tự nhiên đến cảm biến đeo được và omics
Kết nối chức năng được thu được bằng phương pháp chụp cộng hưởng từ chức năng (fMRI). Trong các nghiên cứu tiên phong, Những người tham gia được quét khi nghỉ ngơi và trong khi làm nhiệm vụ, được lặp lại trong nhiều ngày, và cách hàng trăm vùng (268 điểm tham chiếu) liên quan với nhau đã được tính toán. Mô hình này, được thể hiện dưới dạng ma trận tương quan, đã chứng minh được tính đặc trưng và ổn định đủ để xác định cùng một cá thể trong các nhóm lớn.
Gần đây hơn, các nhà nghiên cứu EPFL đã chỉ ra rằng không cần những buổi học quá dài: Với khoảng 100 giây fMRI, một tín hiệu hữu ích đã được trích xuất để nhận dạng đáng tin cậy. Quan sát này mở ra nhiều khả năng thực tế, vì nó giúp giảm thời gian và chi phí thu thập mà không làm mất khả năng ghi lại dấu vân tay chức năng.
Đối với chiều hướng cảm xúc, nhóm phát triển BAAS đã chọn fMRI tự nhiên: thay vì hình ảnh tĩnh, mọi người Họ đã xem những video được thiết kế để khơi gợi nhiều cảm xúc khác nhau (sợ hãi, vui mừng, v.v.) và sau đó đánh giá mức độ mãnh liệt của cảm giác. Sử dụng các kỹ thuật học máy, họ so sánh điểm số đó với các mô hình kích hoạt phân bố khắp não bộ.
Dấu chân hô hấp được đo bằng một hệ thống nhẹ: các ống từ lỗ mũi bao quanh cổ và được kết nối với một máy ghi âm nhỏ. Thiết bị cho phép theo dõi liên tục trong 24 giờ và khám phá những đặc điểm ổn định trong mô hình dòng chảy mũi, điều khó có thể nắm bắt được trong các xét nghiệm lâm sàng tiêu chuẩn kéo dài vài phút.
Trong quá trình lão hóa não, chiến lược này kết hợp cộng hưởng đa phương thức ở gần 11.000 người với nghiên cứu protein ở khoảng 5.000 người. Sử dụng các mô hình học máy, tuổi não được ước tính so với tuổi theo thời gian và các đỉnh liên quan đến sự thay đổi trong protein huyết tương với những thời điểm quan trọng của quá trình lão hóa não (khoảng 57, 70 và 78 tuổi).
Bộ não tiết lộ điều gì: cường độ cảm xúc, bản sắc và mạng lưới phân tán
Một trong những phát hiện của BAAS là cường độ tình cảm không phụ thuộc vào một trung tâm duy nhất. Chữ ký được lan truyền trên nhiều mạngbao gồm hạnh nhân (sợ hãi và liên quan đến cảm xúc), đảo (cảm giác nội quan và cảm giác cơ thể), vỏ não trước trán giữa (nhận thức về những gì được cảm nhận), vành đai trước (kiểm soát dưới áp lực) và nhân thân não liên quan đến sự cảnh giác.
Sự phân phối đó hỗ trợ một kết luận mạnh mẽ khác: cường độ không phụ thuộc vào hóa trịNghĩa là, những trải nghiệm cực kỳ dễ chịu và cực kỳ khó chịu đều có chung một mô hình kích hoạt liên quan đến sự kích thích; thứ thay đổi chính là dấu hiệu khoái lạc. Niềm vui nhẹ nhàng và sự hưng phấn có cùng giá trị tích cực, nhưng khác nhau về cường độ; điều tương tự cũng đúng với nỗi buồn nhẹ so với nỗi đau cảm xúc dữ dội.
Ngoài ra, BAAS đã được xác nhận bên ngoài phòng thí nghiệm hạn chế. Công ty khái quát hóa thành nhiều bối cảnh khác nhau: những món ăn ngon, âm nhạc, nỗi đau thể xác, sự mong đợi về một cú sốc điện, và thậm chí cả những cảm xúc tưởng tượng mà không cần kích thích bên ngoài. Sự mạnh mẽ này mang lại cho nó giá trị sinh thái, đưa nó đến gần hơn với cảm giác của chúng ta trong cuộc sống thực.
Vậy còn cơ thể thì sao? Nhóm nghiên cứu đã so sánh dấu hiệu não bộ này với cái gọi là sự kích thích tự chủ (ví dụ, được đo bằng phản ứng da bằng dòng điện). Mặc dù họ đã tìm thấy một số chồng chéo ở các vùng như hạnh nhân hoặc đồi thị, cho thấy dấu ấn cường độ mà chúng ta cảm nhận một cách có ý thức khác biệt với mô hình sinh lý của mồ hôi, đồng tử và nhịp tim.
Trong bản sắc, kết nối chức năng có tính thông tin rất lớn. Sự khác biệt cá nhân xuất hiện mạnh mẽ trong mạng lưới trán giữa và trán đỉnh, liên quan đến khả năng kiểm soát nhận thức, và một số nghiên cứu đã liên kết những đặc điểm này với các khả năng như trí thông minh linh hoạt. Nghĩa là, cách não bộ của bạn kết nối khi nghỉ ngơi và trong khi làm việc có thể dự đoán một số khả năng giải quyết vấn đề mới của bạn.
Ngoài các vật thể tĩnh, chuyển động còn mang lại những tín hiệu độc đáo. Việc nhìn thấy một khuôn mặt chuyển động giúp cải thiện khả năng học tập và nhận dạng, đặc biệt là trong điều kiện bất lợi. Sự biểu cảm nhân lên những tín hiệu đặc biệt này, trong khi thao tác thời gian của video (tăng tốc, giảm tốc hoặc đảo ngược) làm suy giảm khả năng nhận dạng khuôn mặt quen thuộc, chính xác là vì nó xóa đi dấu hiệu thời gian điển hình của mỗi người.
Ngoài ra còn có một cây cầu với giọng nói. Các nghiên cứu tìm thấy Sự nhất quán về thời gian giữa cách khuôn mặt chuyển động và giọng nói của nóTrong một số trường hợp, mọi người có thể nhận ra một khuôn mặt lạ với giọng nói của người đó nếu họ nhận thấy mối liên hệ động chung này, cho thấy các mã nhận dạng đa phương thức.
Tất cả những điều này liên quan đến nhau ở đâu? Rãnh thái dương sau trên (pSTS) phản ứng mạnh mẽ hơn với khuôn mặt và cơ thể chuyển động so với hình ảnh tĩnh, và cũng xử lý giọng nói và lời nói nghe nhìn. Tuy nhiên, không có công tắc đơn:Bản sắc năng động phụ thuộc vào mạng lưới chuyên biệt của khuôn mặt, cơ thể và chuyển động phối hợp với các lĩnh vực tích hợp khác.
Mục đích sử dụng: các ứng dụng thực tế và những giới hạn cần được tôn trọng
Có dấu vân tay não bộ về sự kích thích cho phép, ví dụ, cải thiện các dấu hiệu sinh học trong sức khỏe tâm thầnTrong trường hợp lo âu, trầm cảm hoặc rối loạn căng thẳng sau chấn thương, khi thường có sự thay đổi về cường độ cảm xúc (cường độ thấp hoặc cao), BAAS có thể giúp phân biệt mức độ mô hình não quan sát được là do cường độ và mức độ do các quá trình khác, từ đó cải thiện chẩn đoán và theo dõi liệu pháp.
Trong sinh trắc học và nhận dạng, các kết nối chức năng cho thấy rằng, với các giao thức được chuẩn hóa tốt, Có thể nhận ra một người trong số nhiều ngườiCác nghiên cứu gần đây chỉ ra rằng khoảng 100 giây fMRI là đủ để trích xuất tín hiệu hữu ích, giúp bất kỳ ứng dụng lâm sàng hoặc nghiên cứu nào yêu cầu xác nhận danh tính hoặc nghiên cứu đáng tin cậy về sự khác biệt giữa các cá nhân trở nên hiệu quả hơn về mặt chi phí và nhanh hơn.
Dấu ấn năng động của chuyển động và giọng nói gợi ý cải tiến cho hệ thống sinh trắc học hiện đang dựa trên các đặc điểm tĩnh. Việc kết hợp các đặc điểm thời gian (cách bạn cử chỉ, cách bạn đi lại, cách bạn điều chỉnh giọng nói) có thể tăng cường khả năng nhận dạng trong các video chất lượng thấp hoặc trong điều kiện ánh sáng khó khăn. Nó cũng giúp hiểu rõ hơn về các rối loạn nhận dạng xã hội, trong đó các đặc điểm động có thể bù đắp cho sự thiếu hụt của các đặc điểm tĩnh.
Dấu chân hô hấp rất hứa hẹn, nhưng cần phải thận trọng. Việc một thuật toán xác định cá nhân với độ chính xác 96,8% và tìm ra mối tương quan với giấc ngủ, BMI hoặc mức độ lo lắng và trầm cảm từ các bảng câu hỏi là điều thú vị; tuy nhiên, Nó không tương đương với việc đọc nãoHơi thở bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố ngoại vi, và mối liên hệ được tìm thấy chỉ đơn giản là: tương quan. Thay đổi nhịp thở có thể điều chỉnh trạng thái, nhưng không có bằng chứng chắc chắn nào cho thấy chỉ riêng nó có thể chữa khỏi lo âu hoặc trầm cảm.
Trong quá trình lão hóa, đỉnh điểm của sự thay đổi protein ở độ tuổi 57, 70 và 78 cho thấy cửa sổ nhạy cảm để giám sát và phòng ngừaCác protein như BCAN và GDF15 nổi bật vì mối liên hệ của chúng với chứng mất trí, đột quỵ và chức năng vận động, khiến chúng trở thành ứng cử viên cho việc sàng lọc trong tương lai và gợi nhớ lại các cuộc tranh luận về các chiến lược phát triển thần kinh như phòng ngừa chứng tự kỷTuy nhiên, chính các tác giả cũng cảnh báo: cách tiếp cận hiện nay không phù hợp để sàng lọc toàn bộ dân số; có sự thiên vị về dân số (dữ liệu chủ yếu của châu Âu) và cần phải sao chép ở các nhóm dân tộc khác.
Một yếu tố quan trọng ở đây là cái gọi là BAG (Khoảng cách tuổi não): độ lệch giữa tuổi não ước tính theo mô hình và tuổi theo thời gian. Khoảng cách này hoạt động như một nhiệt kế sinh học.: Nó có thể chỉ ra rằng não bộ của một người 50 tuổi giống với não bộ của một người 70 tuổi, hoặc ngược lại. Việc xác định những vùng nào giải thích sự khác biệt này sẽ cho phép can thiệp, điều chỉnh hành vi và theo dõi cá nhân hóa một cách có mục tiêu.
Cũng có những tác động đến sự thoái hóa thần kinh. Khi một căn bệnh như Alzheimer tiến triển, dấu vết chức năng trở nên mờ nhạtViệc có hồ sơ trước đó về cá nhân (connectome, chữ ký bộ nhớ, kiểu thức tỉnh) sẽ giúp phát hiện những thay đổi nhỏ trước khi tình trạng lâm sàng xấu đi, mở ra cơ hội cho các phương pháp điều trị sớm hơn, phù hợp hơn cho từng trường hợp.
Ở cấp độ đạo đức, phép đo sinh trắc học não bộ và hô hấp cần được đảm bảo. Quyền riêng tư, sự đồng ý và sử dụng hợp lý Đây phải là những điều kiện không thể thương lượng: một dấu vết nhận dạng cũng có thể theo dõi. Các ứng dụng lâm sàng đòi hỏi sự xác thực độc lập, các tiêu chuẩn mở và đánh giá liên tục về sai lệch.
Những mảnh ghép tinh tế: trí nhớ, sự quen thuộc và sự khác biệt giữa những người quan sát
Bộ nhớ không phải là một máy ảnh ghi lại, nhưng một quá trình tích cực diễn giải lại những gì đã trải quaNghiên cứu gần đây trên tạp chí Nature Communications cho thấy mỗi người xây dựng ký ức của mình bằng cách sử dụng các mạng lưới đặc thù kết hợp cảm xúc, màu sắc, mùi hương và bối cảnh. Những sự kết hợp này tạo ra các dấu hiệu thần kinh độc đáo, có thể được mô tả bằng fMRI để xác định cách mỗi người sắp xếp ký ức của mình.
Đặc điểm riêng này giải thích tại sao các đặc điểm động quen thuộc lại hữu ích hơn: chúng ta càng biết nhiều về một ai đó, chúng ta nên khai thác tốt hơn các mô hình chuyển động của chúng điển hình để nhận biết trong điều kiện bất lợi. Cái đặc trưng không phải lúc nào cũng đồng nghĩa với cái bất thường, nhưng tính đặc thù biểu hiện thường giúp nhận dạng dễ dàng hơn.
Không phải tất cả chúng ta đều nhìn nhận theo cùng một cách. Có những người siêu nhận diện, có thể nhận ra người nổi tiếng với tốc độ cực nhanh, và những người mắc chứng mù mặt lại không thể nhận ra những khuôn mặt quen thuộc. Tuy nhiên, ngay cả những người gặp khó khăn trong việc nhận diện khuôn mặt cũng vậy. hưởng lợi từ phong trào, cho thấy rằng các con đường xử lý danh tính tĩnh và động có phần độc lập.
Sự hợp tác giữa các đường dẫn truyền cảm giác là một chìa khóa khác. Bộ não không tách biệt cứng nhắc những gì nó nhìn thấy với những gì nó nghe thấy: tích hợp khuôn mặt, giọng nói và cử chỉ để xây dựng một bản sắc hoàn chỉnh. Điều này phù hợp với vai trò của pSTS và với ý tưởng về không gian không gian thời gian của khuôn mặt, trong đó thời gian và trình tự chuyển động là những chiều quan trọng ngang với hình thức.
Ghi chú thực tế và sắc thái quan trọng
Chi tiết về mặt hậu cần: trong các cơ sở lâm sàng, hầu hết các xét nghiệm hô hấp chỉ mất vài phút. Giám sát 24 giờ cho thấy các mô hình Điều này không làm mất hiệu lực của các thử nghiệm ngắn, nhưng nó giải thích tại sao dấu hiệu hô hấp lại xuất hiện khi cửa sổ quan sát được mở rộng quá mức.
Nếu bạn đang tự hỏi làm thế nào để tiếp cận những công nghệ này, thực tế là fMRI có sẵn tại các bệnh viện và trung tâm chẩn đoán hình ảnhMặc dù việc sử dụng chúng để nhận dạng hoặc đánh dấu tín hiệu kích thích hiện chủ yếu là một dự án nghiên cứu. Các bảng protein đang phát triển nhanh chóng, nhưng vẫn chưa phải là một phần của sàng lọc thường quy; chúng sẽ được cung cấp khi có bằng chứng và chi phí cho phép.
Một sắc thái cuối cùng về quan hệ nhân quả: việc nhìn thấy mối tương quan giữa hơi thở và sự lo lắng, hoặc giữa khả năng kết nối và hiệu suất nhận thức, không cho phép giả định nguyên nhân đơn hướngMột số thông tin khoa học đến từ những thông cáo báo chí quá khích. Các bài viết kỹ thuật thì thận trọng hơn: lưu lượng mũi phản ánh các yếu tố điều khiển hơi thở của não, đúng vậy, nhưng hơi thở cũng bị ảnh hưởng bởi các yếu tố ngoại vi và bối cảnh.
Câu hỏi thường gặp nhanh
- Dấu vân não chỉ là một thứ thôi sao? Không. Nó bao gồm các kết nối chức năng độc đáo, các dấu hiệu cảm xúc như BAAS, các đặc điểm nhận dạng động và hồ sơ phân tử liên quan đến trạng thái não bộ.
- Bạn có thể nhận dạng được mọi người không? Vâng, với fMRI, các cá nhân có thể được phân biệt bằng khả năng kết nối; với việc thở liên tục, độ chính xác cũng đạt được cao. Mỗi phương pháp đều có những hạn chế và yêu cầu riêng.
- Nó có tác dụng chẩn đoán rối loạn không? Nó là một sự hỗ trợ. Về sức khỏe tâm thần, BAAS giúp phân biệt cường độ cảm xúc; trong quá trình lão hóa, các protein như BCAN và GDF15 chỉ ra nguy cơ. Nó không thay thế được phán đoán lâm sàng.
- Một bài kiểm tra hữu ích kéo dài bao lâu? Đối với kết nối, khoảng 100 giây có thể đủ; đối với dấu vân tay hô hấp, thời gian dài hơn (24 giờ) cung cấp tín hiệu ổn định hơn.
Khoa học về dấu vân tay não đã chuyển từ lý thuyết sang dữ liệu: các chữ ký phân tán dự đoán mức độ chúng ta cảm thấy mãnh liệtCác kết nối thần kinh nhận diện chúng ta chỉ trong vài giây, các mô hình động giúp nhận diện khuôn mặt chuyển động, và các dấu ấn sinh học trong máu đánh dấu nhịp điệu lão hóa não bộ. Từ đó, con đường là kết hợp các lớp này, xác nhận chúng trong các quần thể đa dạng, và mang những gì hữu ích đến phòng khám với sự nghiêm ngặt và đạo đức, không chỉ đơn thuần là quảng cáo mà còn không đánh mất tham vọng tìm hiểu chi tiết những gì làm nên sự độc đáo của mỗi bộ não và cách tận dụng chúng để sống tốt hơn.
