Фото: Human Connectome Project

Исследователи обнаружили, что у людей есть уникальный «мозговой отпечаток», который не меняется на протяжении всей нашей жизни. Известный как «функциональный фингерпринт», он может помочь идентифицировать людей, и может даже сказать, являются ли люди родственниками, и при этом различает близнецов. Это может также поможет открыть тайну болезней, таких как Синдром дефицита внимания и гиперактивности (СДВГ) и аутизм.

«Подобно ДНК, специфические системы головного мозга и схемы нейронных соединений передаются от взрослых к их детям», - сказал Дэмиен Фейр (Damien Fair) из Орегонского университета здоровья и науки, после исследования 2017 года.

«Это важно, потому что это может помочь нам лучше охарактеризовать аспекты измененной деятельности мозга, развития или болезни».

Используя два набора данных функционального сканирования МРТ головного мозга у более чем 350 взрослых и детей-братьев в состоянии покоя, Фейр и коллеги применили инновационную методику характеризации функциональной связности и машинного обучения для успешной идентификации родных братьев на основе их определенной картины функционального взаимодействия мозга, известной как connectotype, или фингерпринт мозга.

В более недавнем исследовании они обнаружили, что только 30% коннектомов (англ. connectome — полное описание структуры связей в нервной системе организма) являются уникальными для человека.

Анализ, проведенный Дэмиеном Фейром и его коллегами в 2014 году, показал, как много паттернов функциональной связности в человеческом мозге различаются у населения. Около 30 процентов соединений, в основном в областях, связанных с когнитивной обработкой данных, были уникальными для индивидиумов. Эти области отвечают за совокупность процессов, процедур и методов приобретения знаний о явлениях и закономерностях объективного мира. Когнитивная система, когнитивная структура (от лат. cognitiо «познание») — система познания (человека), сложившаяся в его сознании в результате становления его характера, воспитания, обучения, наблюдения и размышления об окружающем мире. На основе этой системы ставятся цели и принимаются решения о том, как надо действовать в той или иной ситуации, стараясь избежать когнитивного диссонанса. В основе когнитивной системы лежит взаимодействие мышления, сознания, памяти и языка; носителем такой системы является мозг (человека). Фото: OHSU

Благодаря подобному процессу команда также отличала отдельно пары братьев или сестер и близнецов от неродственных пар как детей, так и взрослых.

«Это подтверждает, что, хотя это уникально для каждого человека, некоторые аспекты семейного коннектома унаследуются и поддерживаются на протяжении всего развития и могут быть полезны в качестве ранних биомаркеров психических или неврологических состояний», - сказал ведущий автор исследования, Оскар Миранда-Домингес (Oscar Miranda-Dominguez), доктор философии, научный доцент поведенческой нейронауки Школы медицины Орегонского университета здоровья и науки.

«Я мог бы взять отпечаток пальца у своего пятилетнего ребенка, и я все равно смогу узнать, что это ее отпечаток, когда ей исполнится 25 лет», - сказал адъюнкт-профессор Дэмиен Фейр изданию Quanta.

«Даже несмотря на то, что его палец может увеличиться и пройти через другие изменения с возрастом и жизненными испытаниями, «по прежнему еще все основные центральные черты там есть».

Идентификация, отслеживание и моделирование функционала коннектома могут показать, почему некоторые люди имеют более высокий риск развития определенных нейропсихиатрических заболеваний.

«Эти данные дополняют то, что мы думаем о нормальной и измененной функции мозга», - сказал Дэмиен Фейр.

«Кроме того, это создает больше возможностей для персонализированных и целенаправленных подходов к лечению для таких заболеваний, как СДВГ или аутизм».

Дэмиен Фейр (справа), адъюнкт-профессор нейронауки и психиатрии в Университете здоровья и науки штата Орегон, возглавляет лабораторию, которая отображает, как области мозга работают вместе во время решения задач и совершения поступков. С коллегами, такими как доцент Оскар Миранда-Домингес (в центре) и научный сотрудник Михаэла Кордова (слева), Дэмиен Фейр превращает данные МРТ от людей в профили функционального «коннектома». Фото: Jordan Sleeth/OHSU

Отдельное исследование, проведенное Университетом Карнеги-Меллона и финансируемое армией США, измерило локальные коннектомы головного мозга от 699 человек из пяти наборов данных.

Это были соединения «точка-точка» по всем путям белого вещества, а не соединения между различными регионами.

Затем исследователи использовали данные из диффузионной МРТ и переконструировали их для расчета распределения диффузии воды по длине волокон церебральной белого вещества в человеческом мозге.

Это показало, что эти функции действуют так же как уникальные «отпечатки пальцев» для каждого человека.

Команда провела более 17 000 проверок идентификации и обнаружила, что они могут определить, пришли ли два локальных коннектома от одного и того же человека или нет, в почти в 100% случаев.

На видео ниже - белое вещество в человеческом мозге, визуализированное с помощью МРТ-трактографии.

Как карты головного мозга могут помочь бороться с СДВГ и аутизмом:

Проект «Освоение человеческого коннектома» (The Developing Human Connectome Project) возглавляется Королевским колледжем Лондона, Имперским колледжем Лондона и Оксфордским университетом. Он направлен на достижение значительного научного прогресса, посредством создания первой 4-мерной карты мозга ранней жизни.

Цель проекта - создать динамическую карту соединений человеческого мозга с 20 до 44 недель пост-концептуального возраста, которая будет связывать вместе визуализацию, клиническую, поведенческую и генетическую информацию.

Изображения и данные будут доступны для более широкого использования научным сообществом.

Исследователи надеются, что это поможет улучшить понимание заболеваний, в том числе Расстройство аутистического спектра (англ. autism spectrum disorder, ASD; ранее известное как детский аутизм, ранний инфантильный аутизм) и церебрального паралича.

В целом исследователи надеются, что в скором времени они смогут создать динамическую карту взаимодействия мозга с 20 до 44 недель после зачатия, которая будет связывать вместе визуализацию, клиническую, поведенческую и генетическую информацию. Фото: Developing Human Connectome Project

Источник: Daily Mail / Quanta Magazine / Human Connectome Project