我们都感到自己是独特的，相信我们的内心生活和身体与他人有些不同。 各种识别个体的方法证实了我们的直觉，无论是通过检查指纹的纹路还是对 DNA 链进行测序。
科学家们也在寻找这种感觉特殊的根源。 但过去几十年中使用的一种常见的大脑成像形式——功能性磁共振成像 (fMRI)——一直无法提供所需的特异性来推导出个体“脑纹”。 大多数研究检查的是在某些重要方面存在差异的整个人群的大脑之间的差异。 例如，研究人员将诊断为精神分裂症的组的某些大脑区域的平均读数与健康对照组的平均读数进行比较。
神经科学实际上别无选择。 大脑成像技术实际上是相当粗糙的工具； fMRI 是一种测量大脑内部血液中氧气水平变化的技術。 它通过观察需要更多氧气来推动新陈代谢的区域，来指示大脑哪些部分工作最努力。 与在大脑中快速跳动的电脉冲相比，氧气水平的变化发生得很慢。 更重要的是，由于受试者的呼吸和心跳，扫描仪接收到的信号是嘈杂的。 除了嘈杂之外，解剖和身体细节也可能因人而异。 因此，成像研究通常会平均来自许多人扫描的结果，以揭示有关大脑如何工作的有意义的信息。
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但这仍然引出了一个问题：大脑到底有多大的变异性？ 变异性是否足以从单个扫描中提取有关个体的有用信息？ 它们是否足够独特以识别该个体？ 它们实际上是否是独一无二的？ 这种变异性是否包含关于我们如何在认知表现或精神健康方面存在差异的原因和方式的有用信息？
本周在线发表在《自然神经科学》上的一项研究尝试回答其中一些问题。 由耶鲁大学的艾米丽·芬恩和沈西林领导的研究人员使用了一种称为功能连接磁共振成像 (fcMRI) 的特殊形式的 fMRI，它绘制了大脑不同部位的活动相似程度。 研究人员部署 fcMRI，从 126 名健康年轻人的群体中以高达 99% 的准确率识别出给定个体。 这些扫描是作为人类连接组项目 (HCP) 的一部分收集的，该项目是由圣路易斯华盛顿大学和明尼苏达大学领导的美国合作项目，旨在绘制人脑的连接图。（《大众科学》是自然出版集团的一部分。）
该技术涉及获取微小的 fMRI 成像元素，称为体素，其活动在很大程度上是同步的，并将它们分组到所谓的节点中。 然后，研究人员比较一个节点中的平均活动与另一个节点的平均活动同步程度，这是衡量两个区域连接程度的指标。
在这项研究中，研究人员创建了一个由 268 个节点组成的网络，并评估了每个节点与其他所有节点的连接程度。 最终结果产生了 35,778 个连接的“连接概况”。 这使得研究人员能够通过将一个会话中某个个体的扫描的神经连接模式与第二个会话中所有研究参与者的扫描进行比较来识别个体。 当参与者处于休息状态或参与几项任务中的一项时进行扫描。 当将一个人的休息扫描与整组的第二轮扫描进行比较时，该技术在 93% 到 94% 的时间内识别出正确的人。 当将休息扫描与活动扫描进行比较或考虑两项活动任务时，表现较低，但仍介于 54% 到 87% 之间，这表明一个人大脑中的连接模式即使在进行不同活动时仍然具有独特性。 “我们已经表明，同一个大脑做两件不同的事情看起来比两个不同的大脑做同一件事更相似，”芬恩说。
研究人员还进行了另一层次的分析，他们在其中发现了与专门用于视觉、运动或其他任务的已建立的大脑网络相对应的某些节点组。 然后，他们询问这些网络中的一些是否比其他网络更能揭示大脑的独特性。 一个表现最好的是额顶叶网络，它参与控制注意力和其他认知功能。 它在休息期间以 98% 到 99% 的时间识别出个体，在大多数其他比较中识别出 80% 到 90% 的时间。
最后，该团队展示了参与者的流体智力（Gf，一种在新的情况下进行推理和解决问题的衡量标准）与大脑连通性之间的关系。 这种联系不足以将参与者的 Gf 预测到心理学家可以使用的水平，但这并不奇怪——流体智力很可能由许多不同的因素决定。
在识别个体方面最有用的同一个额顶叶网络也与 Gf 的联系最强。 该网络的节点控制连接的切换以应对不断变化的任务。 “这些是最近进化和最复杂的区域，参与了我们非常感兴趣的高阶功能，如注意力、记忆和语言。” 芬恩说。 这一发现支持了许多关于是什么让我们独一无二的观点。 这些区域可能更多地受到经验的影响，而感觉和运动网络则更多地是硬连线的。 加州大学圣巴巴拉分校的认知神经科学家迈克尔·加扎尼加（他不是这项研究的一部分）说：“我们都可以看到石头掉下来并避开它。 但我们中的一些人更擅长弄清楚它为什么会掉下来。”
作者并不建议实际使用这些技术来识别人员。 “我们不需要把人放在扫描仪里才知道他们是谁，”芬恩说。 “我们可以通过看他们或给他们指纹来识别他们。” 合著者沈也同意：“这只是一个原理证明，表明这些扫描中有足够的信息来区分人。” 然而，这对开发临床有用的应用程序具有重要意义。 “开始关注个体是一个绝妙的主意，那真的将是未来，”儿童心理研究所和内森·S·克莱恩精神病学研究所的神经影像专家卡梅伦·克拉多克说，他没有参与这项研究。 “这可能是精神健康或治疗结果的指纹，”他说。 “那将是最大的回报。” 它甚至可能有助于估计谁可能对教育计划的反应最好。
研究人员也不提倡使用该技术来评估智力。 芬恩说，她认为大脑成像永远不会完全取代更容易、更便宜、更准确的智商测试或其他行为测量。 “但是对于我们无法通过观察人或给他们测试来判断的事情——比如谁可能在几年内患上阿尔茨海默病或对干预措施做出反应——这些都是它可能有用的事情类型。” 该团队已经开始处理来自一组精神分裂症高风险青少年的数据，以了解他们是否可以预测谁最终会患上全面的疾病。 “我接下来感兴趣的是这些类型的预测，”芬恩说。