北京大学研究员韩敬东，利用3D摄像系统和人工智能，开发出了一个可以确定一个人的生理年龄的系统，引起了全球的关注。
这张热点图——红色部分（x轴、y轴和z轴上的较高值）和蓝色部分（较低值），显示了中国汉族女性的平均面部随年龄的变化。一个人的生理年龄可能与实际年龄相差7.5岁（前5%异常值的平均值）。图源：韩敬东，北京大学一张高精度的面部3D图像，可能抵得上一千次血液测试。丰满的脸颊和眼袋不仅是年龄增长的前兆，也是我们健康状况的反映。
几十年来，科学家们已经知道，实际年龄（比如驾照上写的数字）并不能说明一个人的全部健康情况。而生理年龄，与实际年龄可能相差数岁。它受环境、饮食和运动习惯等各种因素的影响，更准确地反映了我们细胞和器官的健康状况。现在，北京大学研究员韩敬东和同事们开发了一种人工智能程序，它可以拍摄一个人的面部3D图像，并计算出他们的生理年龄。
左为20岁，右为65岁，这是韩敬东的模型所预测的。韩敬东的研究表明，面部加速衰老是系统性炎症的一个指标，并与各种健康问题有关，如高胆固醇、高血压和其他与衰老相关的疾病。该系统正在中国的诊所用于评估病人的健康状况。图源：韩敬东，北京大学北京大学的计算生物学家韩敬东和她的团队通过分析中国冀东约5000名居民的3D面部图像，构建了他们的生理年龄时钟。受到中国数百年历史的习俗的启发，在这种习俗中，医生们通过“读脸”来判断一个人的健康状况。研究人员创造了两个人工智能衍生的时钟，一个预测实际年龄，另一个预测生理年龄。这些面部衰老时钟追踪着我们脸部随着时间的变化：眼角下垂，鼻子变宽，下巴下垂，鼻子和嘴巴之间的距离增加。某些面部特征与某些疾病相关联。例如，皮肤松弛就是全身炎症的征兆之一。加州洛斯阿尔托斯一家医疗人工智能初创企业的创始人兼首席执行官Andre Esteva表示，韩敬东的工作有可能颠覆整个预防医学届：“如果你能拍张照片，就能追踪到你的生理年龄，这可能真的会影响你的生活方式。”有了这个工具，医生还可以跟踪和管理正在接受繁重治疗的患者的护理，例如化疗。它也有可能帮助研究衰老。韩敬东说：“我们收到了很多公司的邀约，希望使用我们的工具评估他们开发的补充剂或抗衰老药物的功效。”人工智能模型需要已知正确答案或“基本事实”的示例，才能学习如何在新数据中发现线索——例如，匹配人脸与受试者的年龄。因此，一个潜在的症结出现了：生理年龄没有黄金标准。伦敦大学研究年龄与慢性疾病关系的Christopher Bell解释说：“生理年龄的概念更像是一个涵盖年龄所涉及的所有多系统疾病的总称。”衰老标志有很多：端粒（防止染色体退化的帽状结构）缩短、线粒体数量减少、免疫系统减弱等等，仅仅选择一个衰老标志是一个挑战。甲基是添加到DNA中的化学标签，可以打开或关闭基因。这种调节基因活性的DNA甲基化机制会随着时间的推移而恶化。这种恶化的模式——我们基因组中的哪些区域受到影响——可以表明我们的细胞和组织衰老的速度有多快。其他评估年龄的时钟，有的基于血液中的蛋白质分布，有的基于干细胞分裂的次数。韩敬东在2016年决定使用另一种测量方法——感知年龄，即你在别人眼中的年龄。她的灵感来自2009年的一项研究。在这项研究中，志愿者们通过一张照片来评估双胞胎的年龄和健康状况，七年后再对这些双胞胎进行医学评估。研究人员发现，双胞胎中看起来较老的那个比看起来较年轻的更虚弱、认知能力受损程度更高，而且死亡风险更大。显然，韩敬东认为，从外表中可窥见的生理年龄与健康密切相关。她的团队在2015年发表的一项研究中加入了面部的3D图像，在该研究中，他们发现面部特征可以预测来自北京的300名受试者的统计模型中的实际年龄。当时，她正在研究血液中的标记物或特征，并确定它们与年龄的关系。她当时工作的中国科学院马克斯普朗克学会计算生物学合作伙伴研究所有一台3D面部成像仪。她认为，既然有了这个成像仪，他们在采集血液样本时就应该随身携带，用它来把面部显示的衰老情况和血液标记物显示的衰老情况相对比。到2016年，她接触到了中国冀东一个约5000人的更大队列，以及更强大的人工智能技术。凭借人工智能强大的数据处理能力，韩敬东可以复制人类对生理年龄在某人脸上的表现特征的感知。为了尽量减少任何一次观察的波动，在韩敬东的新研究中，每位受试者的生理年龄由五名志愿者独立评估，作为训练人工智能的“基本事实”。人工智能引擎从这些人类观察结果中学习并改进，开始变得非常准确。平均而言，它的预测与实际年龄的误差仅约3岁，无论是生理年龄模型还是感知年龄模型。在韩敬东的研究中，那些看上去比实际出生日期大三岁以上的人被她称为快速衰老者；相反，感知年龄比实际年龄年轻三岁以上的称为慢速衰老者。韩敬东说，他们的预测年龄和实际年龄之间的这种差异，可能与各种健康参数有关。根据韩敬东的说法，这些异常值最能告诉我们，我们到底是如何变老的。为了探索外表、年龄和影响健康的潜在因素之间的联系，韩敬东采集了血液样本，并调查了研究对象的生活习惯。例如，吸烟、打鼾和血液中总胆固醇水平高通常是快速衰老者的特征，而喝酸奶、用餐时间有规律和骨密度更高等是慢速衰老者的共同特征。中年，也就是人们40多岁和50岁出头的时候，似乎是快速衰老者和慢速衰老者之间的差异变得更加明显的时期。有些人可能看起来很老，即使他们只有40岁，而另一些人55岁，但仍然看起来很年轻。据韩敬东说，这种可变性意味着，“采取更健康的习惯”等干预措施可能会在这个“机会之窗”时期产生重大影响。韩敬东和她的合作者还构建了额外的模型来研究衰老背后的潜在分子机制，并通过人工智能衍生的时钟将它们与快速衰老者的面部特征相匹配。例如，他们开发了一种时钟，可以识别一个看起来更老的人血液中的活跃基因，并将它们与同一个人的面部特征相匹配。对于那些预测中的重合部分，研究人员可以确定，与年轻面孔相比，年老面孔的哪些基因（以及分子途径）被开启。韩敬东说，对于所有的生物钟来说，“加速衰老，都与感染和炎症高度相关”，这在面部表现为，皮肤松弛时前额变窄。另一方面，血液中低密度脂蛋白指数高、总胆固醇水平高会转化为饱满的脸颊和眼袋。衰老研究已经成为主流，但该领域的一个问题一直是：我们并不确切地知道什么是生理年龄，也没有客观的方法来定量定义它。但据海南医学院衰老与肿瘤国际研究中心的科学家任瑞宝表示，韩敬东的研究以及其他实验室正在进行的工作，已经在缩小这一信息差距方面取得了长足的进步。“仅仅是能够测量衰老就已经是一个巨大的飞跃，韩敬东博士的技术已经在我的单位使用，也将在衰老研究中发挥重要作用，”任说。例如，制药公司可以使用该工具来评估促进长寿或延缓衰老的药物。作为一名肿瘤学家，任希望通过面部时钟，他可以在癌症患者处于早期阶段时对其进行诊断。由于癌症与年龄密切相关，如果有人表现出加速衰老的迹象，医生可以更积极主动地进行筛查。任志强说：“衰老可能是80%疾病的根源。”医生也可以将生理年龄作为年度体检的一项测试，如胆固醇测试或血压测量。“这可能是一记警钟：你是如何管理自己的健康的？”任表示。与其他需要血液或组织样本和昂贵的分析来实现的时钟不同，面部时钟相对经济且无创，只需要患者在3D成像摄像机前坐一分钟。Bell也看到了对老化时钟的进一步研究的巨大潜力，特别是当数据集变得越来越大时。例如，最早的表观遗传时钟观察了我们DNA上1500个潜在的甲基化位点，而最新的时钟囊括了超过90万个指标。但Bell说，老化时钟的真正力量在于，它们有可能揭示衰老过程的新见解。例如，他强调，DNA甲基化异常是癌症和衰老的一个特征。通过理解这两种情况，“我们可能会找到治疗这些疾病的新的治疗途径，”Bell说。但他建议，在解释各种衰老时钟的结果时要谨慎。“在人口水平上，这些时钟捕捉到了衰老的某些方面。”然而，在个人层面上，还有更多的工作要做。“我们在测量一个人的表观遗传时钟年龄时，不能对该个体的后续健康情况跟踪或随时间变化，其生理年龄能在多大程度上反映实际情况抱有多大信心。”至于韩敬东，她的团队将继续探索其他时钟，如反映血液中DNA损伤的转录组时钟，以及基于单个细胞信息的单细胞时钟。其目的是将不同的测量方法（每个时钟显示衰老的不同方面）聚合到一个复合时钟中。他们还在继续完善他们的面部衰老时钟——一个适用于所有种族的版本将很快发布。韩敬东的最终目标是什么？“嗯，我告诉我的同事，我会尽量让他们至少多活五年，并且看起来至少年轻五岁，”她笑着说。
撰文：CONNIE CHANG I 编译：剪剪 I 编辑：框舅
