Unzählige Male pro Tag und Nacht atmen wir ein und aus. In der Regel tun wir dies unbewusst und automatisch. Der Atemvorgang ist jedoch ein hochkoordinierter Prozess, dessen Rhythmus von unserem Gehirn präzise gesteuert wird. Je nachdem, was wir tun und wie viel Sauerstoff unser Körper gerade braucht, passt das Gehirn das Atemtempo an. Umgekehrt kann auch die Atmung unsere Hirnaktivität beeinflussen. Angesichts dieser gegenseitigen Taktgeberfunktion stellt sich die Frage: Da jedes Gehirn einzigartig ist, gilt das auch für das Atemmuster jeder Person?
Personenerkennung per Nasenatmung
Dieser Frage sind Forschende um Timna Soroka vom Weizmann Institute of Science in Israel nachgegangen. Dafür entwickelten sie ein leichtes, im Nacken tragbares Gerät mit weichen Schläuchen, deren Enden unter den Nasenlöchern platziert werden. Dieser Apparat kann den Nasenluftstrom bis zu 24 Stunden lang kontinuierlich verfolgen, nach Nasenloch getrennt. Soroka und ihre Kollegen statteten 97 junge Erwachsene über zwei Jahre hinweg wiederholt mit dem Gerät aus und ließen sie jeweils 24 Stunden ihrem Alltag nachgehen. In den so gesammelten Langzeitdaten suchten sie dann mithilfe von künstlicher Intelligenz nach Mustern in der Atmung und verglichen diese zwischen den Testpersonen. Dabei berücksichtigten sie insgesamt 20 Parameter, darunter Dauer von Ein- und Ausatmung, Volumen von Ein- und Ausatmung sowie Regelmäßigkeit von Atempausen.
Das Experiment ergab: Die Atmung ist tatsächlich höchst individuell, über einen längeren Zeitraum stabil und so einzigartig wie ein Fingerabdruck. „Ich dachte, es wäre wirklich schwierig, jemanden zu identifizieren, weil jeder andere Dinge tut, wie Laufen, Lernen oder Ausruhen“, sagt Soroka. „Aber es stellte sich heraus, dass die Atemmuster bemerkenswert unterschiedlich waren.“ Anhand der persönlichen „Nasen-Luftstrom-Fingerabdrücke“ konnten die Forschenden die Testpersonen mit einer Genauigkeit von 96,8 Prozent identifizieren. Damit ist die biometrische Personenerkennung per Atemtest ähnlich präzise wie Techniken zur Spracherkennung, wie sie erklären.
Atemmuster verrät auch Gesundheitszustand
Darüber hinaus entdeckten Soroka und ihre Kollegen einen Zusammenhang zwischen dem respiratorischen Fingerabdruck und verschiedenen Gesundheitsmerkmalen der Testpersonen – darunter dem Body-Mass-Index, dem Schlaf-Wach-Zyklus, dem Ausmaß von Depressionen und Angstzuständen sowie Verhaltensmerkmalen. Zum Beispiel war bei Teilnehmenden, die in Fragebögen relativ starke Anzeichen für Angst zeigten, die Einatmung während des Schlafs kürzer und die Pausen zwischen den Atemzügen unterschiedlich lange. Das deutet darauf hin, dass sich durch eine langfristige Überwachung des nasalen Luftstroms das körperliche und geistige Wohlbefinden eines Patienten untersuchen lässt. „Wir kommen zu dem Schluss, dass langfristige Muster des Nasenluftstroms die Treiber der Atmung im Gehirn widerspiegeln, da sie individuell einzigartig sind und erhebliche Auswirkungen auf Gesundheit, Emotionen und Wahrnehmung haben“, so das Team.
