Дыхание как паспорт личности

Каждый человек дышит так же уникально, как ставит подпись. Новое исследование, опубликованное в журнале Current Biology, показывает: наш носовой ритм дыхания — это биометрический отпечаток, который почти невозможно подделать. Ученые выяснили, что, отслеживая, как человек вдыхает и выдыхает в течение суток, можно идентифицировать личность с точностью, сопоставимой с голосовым анализом. Более того — особенности дыхания предсказывают уровень тревожности, депрессии и даже массу тела.

На первый взгляд кажется, что дыхание — автоматический процесс, о котором мы вспоминаем только на беговой дорожке или поднимаясь по лестнице. Но организм управляет дыханием через сложную нейронную сеть в стволе мозга. Этот «биологический пейсмейкер» собирает информацию со всего тела, чтобы точно регулировать глубину и частоту вдохов и выдохов.

Отличается и сама «проводка» мозга у каждого человека — поэтому учёные из Института Вейцмана в Израиле решили проверить: не отражается ли эта уникальность в дыхании. Руководители исследования Тимна Сорока и Ноам Собел выбрали нос как главный объект наблюдения — ведь носовая полость напрямую связана с мозгом и изобилует сенсорными рецепторами. Кроме того, мозг сознательно регулирует работу ноздрей, периодически меняя, через какую из них проходит больше воздуха.

Чтобы зафиксировать дыхательные паттерны в реальном времени, команда создала специальный переносной датчик: небольшой прибор на шее, соединённый с назальной канюлей — тонкой трубкой с двумя небольшими «рогами» для ноздрей. В отличие от обычных медосмотров, где дыхание записывают всего несколько минут, устройство работало непрерывно 24 часа, фиксируя воздушный поток шесть раз в секунду — отдельно по каждой ноздре.

В исследовании участвовали около ста человек, в основном молодые взрослые. Они носили устройство сутки, занимаясь своими делами и отмечая активность в приложении. Более сорока человек участвовали дважды — с перерывом от нескольких дней до почти двух лет.

Когда сырые данные загрузили в вычислительную модель, стало ясно: система распознаёт людей по дыханию с потрясающей точностью — 96,8%. Причём этот «дыхательный паспорт» сохраняется годами: если алгоритм изучил паттерн человека один раз, он без труда узнает его почти через два года.

Чтобы убедиться, что система фиксирует именно дыхание, а не движения тела, в устройство встроили и датчик движения. Анализ движения давал лишь слабую идентификацию, значительно хуже, чем анализ носового потока.

Учёные проверили десятки параметров: объём вдоха, длину пауз, разницу между ноздрями. Ни один показатель отдельно не мог точно определить человека, но комбинация 20–100 характеристик создавала уникальный профиль.

Данные также позволили отслеживать физиологическое состояние. Например, по пяти минутам дыхания можно определить, спит человек или бодрствует. Во сне общий объём воздуха падает, а «переключение» между ноздрями становится заметнее.

Был найден и математический связь между дыханием и индексом массы тела. Это наводит на мысль, что нейронные процессы, управляющие дыханием, связаны с общей физиологией человека.

Участники также проходили психологические опросники. И оказалось: дыхание выдавало уровни тревожности, депрессии и даже поведенческие особенности, связанные с аутизмом. Например, у людей с более высокими баллами по тревожности вдохи во сне были чуть короче. Те, кто имел повышенные баллы по депрессивным шкалам, отличались скоростью пиковых вдохов.

Конечно, метод имеет ограничения. Канюля иногда сдвигалась во сне, нарушая данные. Датчики давления отлично измеряют момент вдоха, но не идеально — объём воздуха. Да и внешний вид устройства вряд ли станет модным аксессуаром.

Но исследователи уверены: дыхательные профили могут стать новым инструментом для медицины. Уникальный ритм дыхания, фиксируемый длительное время, способен служить неинвазивным способом мониторинга работы мозга и общего неврологического состояния.

Работу выполнили Тимна Сорока, Аарон Равиа, Коби Сниц, Даниэль Хонигштейн, Аарон Вайсброд, Лиор Городиский, Тали Вайс, Офер Перл и Ноам Собел.