以色列研究“一吸一吐”成独特生物识别，“呼吸指纹”准确率近97%

“拿起手机，将脸对准镜头，成功解锁！”随着科技进步，无论是在生活中或影视作品里，生物识别技术的应用已随处可见。大家常常听到的识别方式，就包括指纹、角膜、声纹、脸部识别等等。

而在最近一篇研究中证实，每个人的呼吸，也可能成为识别身份的一种方式！研究发现，人类通过鼻子呼吸的模式就像指纹般，具有极高的个人识别性，我们的一吸、一吐，其实都独一无二。

6月12日，一项由以色列魏兹曼科学研究所（Weizmann Institute of Science）主导的研究，于《当代生物学》（Current Biology）刊出。研究团队通过特定仪器，记录受试者鼻腔24小时的气流变化，分析每个实例的呼吸模式。

研究结果发现，每个人的呼吸都大不相同，科学家光凭着呼吸模式，就能识别不同的实例，而且准确率高达96.8%。团队并将此称为“呼吸指纹”（respiratory fingerprints）。此外，科学家还能通过呼吸模式，预测实例的身体质量指数（BMI）、认知与情绪状态等。

（Source：Current Biology，下同）

主要研究者之一索贝尔（Noam Sobel）提到，人们在进行不同动作时，例如说话、游泳，都必须调整适当的呼吸节奏，“呼吸几乎得与所有事协调一致”。因此控制人们呼吸的中枢系统虽位于脑干，呼吸仍需由大脑的许多区域共同运行，包括负责语言、情绪与运动的部位。

由于每个人的大脑都不相同，研究人员以往就曾推断，由大脑调整的呼吸模式，应该也具有实例的独特性。另一名主要研究者索罗卡（Timna Soroka）在访谈中提到，“在呼吸科学界，用实例的呼吸模式作为独特特征的想法已经讨论了数十年了。当你测量不同人的呼吸时，很容易就能看到每个人与众不同的地方。”

不过，由于过去科学家未能找到适当的测量方式，传统的呼吸测量通常只能持续约20分钟，因该直无法验证这项假设。索罗卡说明，“如今我们发展出一种微型穿戴设备，可以长时间记录呼吸，让我们能对100名参与者进行24小时测量，这也让我们能用更有说服力的方式呈现这个概念。”

在此次的研究中，团队开发出一种轻便的穿戴设备，在受试者的鼻孔下放至呼吸管，一路连接到后颈，能够精准监测、记录左右鼻孔的气流数据。接着，团队与100名没有动过鼻腔手术、没有睡眠障碍病史的受试者，要求他们佩戴设备24小时，并通过手机App记录基本的日常活动和填写问卷。最终，团队成功搜集、分析97名受试者的数据。

为了区分、描绘呼吸模式，研究人员从众人的呼吸数据中找出24个不同特征，包括吸气与吐气的时间、空气量、呼吸间的停顿时间等。经过分析计算，光凭着一个小时的数据，研究人员就能以43%的准确率识别实例；如果以24小时的数据判断，准确率则能高达将近97%。

“我原本以为要识别实例会很困难，因为每个人当时都在做不同的事情，比如跑步、读书或休息，”索罗卡表示，“但结果显示，他们的呼吸模式非常独特”。

研究人员也希望了解，每个人的呼吸指纹是否会随着时间改变。因此，他们让其中42名受试者，在5天至23个月的间隔后，分别回来接受第二次测量。结果显示，即使过了将近两年，每个人的呼吸指纹仍稳定，且维持极高的实例识别性，准确率与某些语音识别技术不相上下。“能以这么高的准确率预测一项生命现象非常罕见”，索贝尔指出。

研究团队通过气流量、吸吐气时间等特征，分析受试者的呼吸数据。

除了识别实例，研究团队还发现，呼吸指纹也透露了一个人的生理、心理状态。研究结果显示，通过呼吸模式可以判断一个人的BMI、清醒或睡眠状态，以及是否处于焦虑与抑郁中。举例来说，根据问卷调查结果，如果受试者的焦虑程度较高，他们在睡眠期间的吸气较短、呼吸之间的停顿变化则较大。

研究指出，相对于口腔呼吸，鼻腔中的呼吸已被证实为大脑输入、输出气流的重要指标。鼻腔呼吸能驱动大脑的多项活动，并影响多种功能，包括记忆巩固与提取、脸部恐惧识别、瞳孔大小、空间视觉处理等，

“长时间的鼻腔气流可作为一项高度具资讯性的衡量指标，对健康、情绪与认知皆具重售价值”。

过去许多研究都已指出，呼吸不仅是维持生命的关键，更决定了人们的感官与认知能力。根据《国家地理》采访，德国明斯特大学的神经科学家克鲁格（Daniel Kluger）提到，“吸气”会让人们的感官更敏锐，当人们吸气时，更容易感知视觉、听觉与触觉的信号，“在吸气的那一刻，你的身体处于一种让你更能接收感官刺激的状态”，因此，当人们进行与嗅觉无关的任务，吸气时的表现往往会优于吐气时。

明尼苏达大学的神经科学家赫克（Detlef Heck）则指出，吸气时会触发大脑记忆中枢的特定波动，有助于巩固记忆。他解释，当我们吸气时，鼻腔中的压力改变，会刺激神经元将信号传递至大脑。

此外，当人们从吐气转为吸气的瞬间，可能会在大脑海中产生类似“重置”的效果。因此，调整、改变呼吸模式，可以帮助调节压力与提升认知表现，目前也已被应用于减轻压力、调整情绪。

通过特定的呼吸方法，有助于舒缓身心。

接下来，科学家将持续研究大脑如何控制呼吸，以及呼吸如何反过来影响大脑。

团队期待，通过持续研究、洞察鼻腔呼吸与心理疾病的关联，未来能应用于相关疾病的诊断、治疗。“我们直觉上会认为，抑郁或焦虑的程度会改变一个人的呼吸方式”，索贝尔提到，“这就像鸡生蛋、蛋生鸡的问题：你是因为抑郁才这样呼吸，还是因为这样呼吸才变得抑郁？”

“如果是后者，那就非常令人兴奋！这意味着我们有可能介入──也就是说，我能不能通过教你一种呼吸方式，让你变得比较不抑郁或不焦虑？”

（首图来源：Unsplash）