Atemrhythmus verrät Identität und Gesundheitszustand

Der Rhythmus unseres Atems schwankt je nachdem, was wir tun und wie es uns geht. Wenn wir schlafen, atmen wir beispielsweise anders, als wenn wir Sport treiben oder uns in einer Gefahrensituation befinden. Trotz dieser Schwankungen hat aber jeder Mensch ein einzigartiges Atemmuster, das so individuell ist wie ein Fingerabdruck. Im Experiment konnten Wissenschaftler Personen allein anhand ihres Atemrhythmus identifizieren – mit einer Genauigkeit von 96,8 Prozent. Die individuellen Merkmale des nasalen Luftstroms lassen sich demnach zur biometrischen Personenerkennung nutzen. Darüber hinaus geben sie Einblicke in die körperliche und geistige Gesundheit eines Menschen, wie weitere Tests enthüllten.

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.

Die Atmung könnte demnach Aufschluss über eventuelle Erkrankungen liefern – und mögliche Ansatzpunkte für ihre Behandlung. „Wir gehen intuitiv davon aus, dass Depressionen oder Ängste die Art und Weise verändern, wie wir atmen“, sagt Seniorautor Noam Sobel vom Weizmann Institute of Science. „Aber es könnte auch umgekehrt sein. Vielleicht macht uns die Art und Weise, wie wir atmen, ängstlich oder depressiv.“ Sollte sich das bestätigen, könnte möglicherweise eine Atemtherapie bei Angststörungen helfen. Diesen Fragen gehen Soroka und ihr Team nun in einer Folgestudie nach.

Zudem wollen die Forschenden das Messgerät optimieren und eine diskretere Variante für den täglichen Gebrauch bauen. Denn viele Menschen wollen vermutlich in ihrem Alltag keine sichtbaren Schläuche unter der Nase tragen. Zudem kann das Gerät beim Schlafen verrutschen und berücksichtigt nur die Nasen-, nicht jedoch die Mundatmung.

Quelle: Timna Soroka (Weizmann Institute of Science) et al.; Current Biology, doi: 10.1016/j.cub.2025.05.008

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© wissenschaft.de – Claudia Krapp