Исследователи из Китая разработали инструмент, который использует искусственный интеллект для анализа изображений лица, языка и сетчатки человека, чтобы определить его биологический возраст. Эта технология дает представление о здоровье и состоянии наших клеток, тканей и органов, а также о риске хронических заболеваний.
Достаточно взглянуть на водительские права, чтобы определить чей-то хронологический возраст. Но биологический возраст определить сложнее. В отличие от хронологического возраста, не существует общепринятого измерения биологического возраста, на который могут влиять окружающая среда, индивидуальный образ жизни и генетика. Например, курильщик может казаться на несколько лет старше своего хронологического возраста, в то время как любитель фитнеса может сойти за кого-то намного моложе. И разница не только поверхностная: если ваш биологический возраст превышает хронологический, у вас может быть хроническое заболевание или преждевременное снижение когнитивных функций. С другой стороны, если вы биологически моложе своего хронологического возраста, ваша походка может быть более пружинистой, чем у ваших сверстников.
«Знать свой биологический возраст важно, потому что, если вы не в курсе, вы можете изменить свой образ жизни, чтобы улучшить свое здоровье», — говорит Майкл Снайдер, генетик из Стэнфорда, который не участвовал в текущем исследовании.
Ранние версии часов старения (модели, измеряющие биологический возраст) рассчитывали это число, изучая закономерности метилирования ДНК — химические метки на ДНК, которые контролируют, какие гены выключаются и включаются — в различных тканях, которые меняются со временем. Другие часы измеряли количество различных метаболических (глюкоза в крови) и белковых маркеров воспаления, которые врачи часто проверяют во время ежегодных медосмотров. Совсем недавно ученые разработали часы, которые используют трехмерные изображения лица, сканирование мозга или уровень белка в крови для определения биологического возраста человека.
Все они отслеживают то, что меняется с возрастом — будь то морщины на нашей коже или возрастающая вероятность возрастных заболеваний, таких как диабет. Но старение — это сложный процесс, затрагивающий множество систем органов множеством способов.
Использование одного типа измерения для определения биологического возраста похоже на попытку понять слона, прикасаясь только к его хоботу, говорит Кан Чжан, врач-ученый из Университета науки и технологий Макао и соавтор статьи, опубликованной в ПНАС в январе.
Вместо этого Чжан и его коллеги создали «целостную» картину биологического возраста с помощью модели искусственного интеллекта, которая использует входные данные из изображений лица, языка и сетчатки и выдает соответствующий возраст. Эта методология, как и та, которая лежит в основе ChatGPT, «превосходит способность людей предсказывать возраст, поскольку она обрабатывает огромные объемы данных и обнаруживает невидимые связи», — говорит Чжан.
«Меня впечатлил как технический дизайн их эксперимента по глубокому обучению, так и дизайн эксперимента с наборами данных, которые они использовали; Результаты весьма убедительны», — говорит Джеймс Коул, нейробиолог из Университетского колледжа Лондона, который не участвовал в текущем исследовании.
Глубокое обучение и биологический возраст
Представленная в статье Google в 2017 году, эта технология искусственного интеллекта, получившая название «трансформер», впервые была использована для создания программ, которые могли имитировать человеческий язык, таких как ChatGPT. В отличие от старых моделей ИИ, трансформеры обрабатывают целые последовательности текста сразу, а не последовательно, что делает их более искусными в обнаружении закономерностей и понимании контекста.
Вскоре исследователи применили этот подход к анализу изображений, где он произвел революцию в задачах компьютерного зрения так же, как и обработка естественного языка. Еще одна инновация, которую используют некоторые преобразователи, в том числе тот, который используется в этом исследовании, — это анализ изображений с разным разрешением, чтобы выделить как грубые, так и мелкие детали.
Но трансформаторам нужно много данных.
«Это не проблема для языка, потому что, очевидно, существует так много языков, но для медицинских изображений гораздо, намного сложнее» найти достаточные примеры, — говорит Коул, чье исследование применяет методы искусственного интеллекта к сканированию мозга для изучения взаимосвязи. между старением и нейродегенеративными заболеваниями. «Здорово, что этой группе удалось получить доступ к десяткам тысяч людей для своего исследования», — говорит он.
Как и во многих моделях искусственного интеллекта, перевод результатов модели в термины, понятные людям, может оказаться камнем преткновения.
«Модель тонкая и учитывает различия на уровне пикселей, которые мы не сможем обнаружить», — говорит Чжан. С учетом вышесказанного, их анализ, похоже, предполагает, что центр языка (изображения языка), область вокруг глаз (изображения лица) и участки в задней части глазного яблока, где кровеносные сосуды наиболее плотны (изображения сетчатки). важные отражения биологического старения.
Лица. Языки. Сетчатки.
Чтобы приступить к созданию инструмента, который мог бы определять биологический возраст, исследователи обучили модель, используя изображения лица, языка и сетчатки 11 223 человек из Северного Китая, для которых биологический возраст считается равным хронологическому возрасту, поскольку они здоровые люди. Это соответствует 300 миллионам переменных, что является каплей в сравнении с ChatGPT4, который имеет триллион параметров.
Наши прогнозы хронологического возраста, как показателя биологического возраста здоровых людей, «более точны – в пределах одного года – по сравнению с другими часами старения», которые используют одно измерение, говорит Чжан.
Как и в истории со слоном, информация из каждой модальности отражает разные аспекты старения.
Например, морщины на лице намекают на такие факторы окружающей среды, как воздействие солнца и загрязнение окружающей среды; а истончение сетчатки (часть центральной нервной системы) и поврежденные кровеносные сосуды отражают здоровье мозга и системы кровообращения. С другой стороны, форма и налет на языке дают представление о нашем микробиоме, а также о здоровье кишечника. В течение пяти лет в рамках этого исследования участники исследования проходили регулярные медицинские осмотры, включая анализы крови и мочи, анкетирование образа жизни и физические осмотры.
Имея в руках часы биологического старения, команда Чжана протестировала свою модель на нездоровых людях, страдающих хроническими заболеваниями, такими как диабет и болезни сердца, взятых из той же популяции Северного Китая, которая использовалась для разработки модели; в их число также входили люди из другого региона Южного Китая.
Как и ожидалось, у здоровых людей биологический возраст тесно связан с хронологическим возрастом. Но если кто-то имел вредные привычки, такие как курение и малоподвижный образ жизни, или страдал хроническим заболеванием, биологический возраст, как правило, был выше хронологического. Эта разница, называемая AgeDiff, варьировалась в среднем от 3,16 года у людей с хроническими заболеваниями сердца до 5,43 года у курильщиков.
Последствия различия биологического и хронологического возраста
Чтобы определить, как биологический возраст старше вашего хронологического возраста влияет на риск развития шести распространенных возрастных заболеваний — хронической болезни сердца, хронической болезни почек, сердечно-сосудистых заболеваний, диабета, гипертонии и инсульта — исследователи разделили 11 223 человека на четыре группы: от высокого к низкому AgeDiff. У людей с более высоким AgeDiff чаще развивалось одно из этих хронических заболеваний, причем риск возрастал по мере увеличения AgeDiff.
Помимо пожизненного риска развития заболевания, Чжана также интересовало, что AgeDiff может рассказать нам о том, когда может развиться заболевание — другими словами, будет ли у кого-то диагностирован диабет в этом году или через пять лет? Если мы будем знать время, «это действительно может быть очень полезно для разработки мер», — говорит Чжан.
Команда Чжана обнаружила, что AgeDiff лучше предсказывает, когда кто-то заболеет, чем более традиционные показатели, такие как уровень глюкозы в крови, ИМТ и холестерин. А если объединить AgeDiff с другими факторами, прогноз станет еще более точным. Неудивительно, что исследователи также обнаружили, что аномальные значения показателей здоровья, таких как ИМТ и артериальное давление, связаны с более высокими значениями AgeDiff.
Будущее биологических часов
В настоящее время Чжан и его команда используют AgeDiff для выявления людей с высоким риском развития хронических заболеваний и назначения лечения каждому из этих пациентов. Ориентируясь на показатели здоровья, тесно связанные с AgeDiff — например, артериальное давление и уровень глюкозы в крови — они надеются систематически отсрочить возникновение «болезней старения».
Они также совершенствуют свою модель, добавляя в нее другие переменные, такие как метилирование ДНК, и подключая к экспериментам субъектов из других этнических групп.
По словам Снайдера, такие инструменты, как AgeDiff, могут демократизировать медицину, сокращая расходы и хлопоты, связанные с профилактикой заболеваний до того, как они начнут распространяться. С этой целью группа Чжана разрабатывает насадку для iPhone и связанные с ней приложения, которые смогут делать фотографии, необходимые для их модели, и он надеется получить жизнеспособный прототип к концу года.
Снайдеру, изучающему, как персонализированная медицина может снизить риск развития хронических заболеваний у человека, нравится это простое и доступное решение. «Любой потенциально может сделать это очень легко без взятия крови и всех тестов, которые сейчас делают люди», — говорит он.
2024-02-08 14:41:42
1707404766
#Что #ваш #биологический #возраст #может #рассказать #вашем #здоровье