Niezwykłe badanie. Mózg ma swój „odcisk palca”

Każdy ludzki mózg ma unikalną budowę i aktywność, można ją odczytać, porównując połączenia neuronalne. Choć wzory tych połączeń zmieniają się w czasie — to pozwalają rozpoznać poszczególnych ludzi i diagnozować choroby.

Enrico Amico z Politechniki Federalnej w Lozannie (Szwajcaria) twierdzi, że mózg człowieka jest w pewnym sensie jak odcisk palca.

— W mojej pracy badam sieci i połączenia działające w mózgu, szczególnie związki między różnymi jego rejonami. Chcę w ten sposób lepiej zrozumieć, jak to wszystko działa — mówi autor publikacji, która ukazała się w piśmie „Science Advances”.

— Używamy głównie skanów MRI, które mierzą aktywność mózgu w pewnym okresie — dodaje.

Badacz wraz ze swoim zespołem tworzy na podstawie tych skanów grafy, które w postaci kolorowych macierzy reprezentują aktywność mózgu danej osoby.

— Cała potrzebna nam informacja jest zawarta w tych grafach nazywanych funkcjonalnym konektomem mózgu — mówi naukowiec.

Mapa neuronów

Tworzymy w ten sposób mapę sieci neuronów w mózgu człowieka. Można z niej np. wyczytać, co dana osoba robiła w czasie badania — czy np. odpoczywała, czy zajmowała się jakimś zadaniem.

Kilka lat temu już zespół z Yale University zauważył, że każdy ma unikalny wzór tego rodzaju. Analizując dwa grafy tworzone w odstępie kilku dni, badacze byli w stanie identyfikować ochotników z 95-procentową dokładnością.

— To robi wrażenie, ponieważ do zidentyfikowania osób posłużył tylko funkcjonalny konektom, który w zasadzie jest przedstawionym w postaci punktacji zbiorem powiązań — mówi dr Amico.

Badacz ze Szwajcarii postanowił pójść o krok dalej.

— Do tej pory naukowcy określali mózgowe „odciski palców” na podstawie dwóch skanów MRI, które zajmowały stosunkowo długi czas. Czy takie odciski palców można uzyskać na przykład w pięć sekund, czy trzeba czekać dłużej? Co, jeśli odciski palców różnych części mózgu pojawią się w różnym czasie? Nikt nie znał odpowiedzi, więc przetestowaliśmy różne skale czasowe, aby sprawdzić, co się stanie — opowiada badacz.

„Unikalny odcisk mózgu”

Prace naukowca pozwoliły skrócić czas testów do jednej minuty i 40 sekund.

— Zdaliśmy sobie sprawę, iż informację potrzebną do stworzenia „odcisku palca mózgu można uzyskać w krótkim czasie — mówi dr Amico.

— Nie ma potrzeby mierzenia aktywności mózgu na przykład przez 5 minut. Krótszy czas też wystarczy — dodał.

Jego badania wskazały też, że części mózgu odpowiedzialne za przetwarzanie bodźców z narządów zmysłów, szczególnie odpowiadające za ruchy oczu i przetwarzanie informacji wzrokowych. Z czasem swoje unikalne wzory zaczyna też ujawniać przednia część kory mózgowej.

Odkrycia te mogą w niedalekiej przyszłości znaleźć ważne zastosowania w medycynie. W kolejnych badaniach szwajcarski zespół chce porównywać „mózgowe odciski palców” osób zdrowych oraz cierpiących na chorobę Alzheimera.

Krok w stronę zrozumienia

— Nasze wstępne wyniki wskazują na to, że cechy, które czynią każdy mózg unikalnym, powoli zacierają się w ramach postępowania choroby. Coraz trudniej jest zidentyfikować takie osoby na podstawie ich konektomów. To tak, jakby osoba z chorobą Alzheimera traciła tożsamość swojego mózgu — wyjaśnia specjalista.

Dzięki odkryciu będzie można w podobny sposób diagnozować  inne zaburzenia neurologiczne, np. autyzm, udar czy nawet uzależnienie od narkotyków.

— To kolejny mały krok w stronę zrozumienia, co czyni nas wyjątkowymi. Możliwości, jakie ten wgląd niesie, są jednak nieograniczone — twierdzi dr Amico.