我們都知道，人類認(rèn)知能力會(huì)隨年齡增長(zhǎng)而下降。 神經(jīng)科學(xué)家早就知道，這種下降與大腦的解剖結(jié)構(gòu)變化相關(guān)。 因此，很容易想到利用大腦的核磁共振成像（MRI）來(lái)辨識(shí)衰老的跡象，甚至還可以確定“腦齡”。

此外，大腦年齡和實(shí)際年齡（chronological age）之間的差異還有可能揭示諸如癡呆癥等病癥的發(fā)生。

但是，整個(gè)分析過(guò)程十分漫長(zhǎng)，因?yàn)樾枰獙?duì)MRI數(shù)據(jù)進(jìn)行大量的預(yù)處理才能識(shí)別出大腦的年齡特征。這些預(yù)處理包括從MRI圖像中去除非腦組織如頭骨，還包括大腦白質(zhì)、灰質(zhì)以及其他組織的分類，以及利用各種數(shù)據(jù)平滑技術(shù)去除圖像偽影等。

所有這些數(shù)據(jù)處理最終可能耗費(fèi)超過(guò)24小時(shí)，這對(duì)醫(yī)生的臨床診斷是極為不利的，甚至是一大障礙。

近日，來(lái)自倫敦國(guó)王學(xué)院的喬瓦尼·蒙大拿（Giovanni Montana）研究團(tuán)隊(duì)利用MRI掃描儀的原始圖像來(lái)訓(xùn)練其研發(fā)的深度學(xué)習(xí)機(jī)（deep-learningmachine），使其能夠自動(dòng)識(shí)別大腦年齡。

這種深度學(xué)習(xí)技術(shù)只需要幾秒鐘，甚至病患在掃描儀中接受檢查時(shí)，就能告知醫(yī)生準(zhǔn)確的大腦年齡信息，這將為醫(yī)生做出正確的臨床診斷提供十分可靠、有用的信息。

這種方法是標(biāo)準(zhǔn)的深度學(xué)習(xí)技術(shù)。蒙大拿及其同事利用超過(guò)2000張年齡在18歲至90歲之間的健康大腦MRI掃描圖像，并且所有樣本都沒(méi)有任何可能影響大腦年齡的神經(jīng)系統(tǒng)疾玻所以，這些樣本的大腦年齡與其實(shí)際年齡都是相符合的。

其中，每一幅掃描圖像都是標(biāo)準(zhǔn)的T1加權(quán)MRI掃描獲得的，這與大多數(shù)現(xiàn)代MRI掃描儀輸出的類型一致。采集過(guò)程中，每一次掃描都會(huì)標(biāo)注上測(cè)試者的實(shí)際年齡。

研究者利用總圖像集的80％來(lái)訓(xùn)練卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，以通過(guò)大腦MRI掃描圖像確定待測(cè)大腦的年齡。 此外，研究者還使用剩余圖像集中的200張圖像來(lái)驗(yàn)證該“腦齡”識(shí)別過(guò)程。

最后，研究者利用剩余的20%圖像測(cè)試該深度學(xué)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，以確定其測(cè)量大腦年齡的準(zhǔn)確程度。

同時(shí)，該團(tuán)隊(duì)將其提出的深度學(xué)習(xí)技術(shù)與傳統(tǒng)大腦年齡測(cè)定方法進(jìn)行了比較。傳統(tǒng)“腦齡”測(cè)定需要大量的圖像處理工作以識(shí)別出大腦白質(zhì)和灰質(zhì)區(qū)域，然后進(jìn)行稱為高斯過(guò)程回歸（Gaussian process regression）的統(tǒng)計(jì)分析。

結(jié)果十分有趣。

對(duì)于給定預(yù)處理數(shù)據(jù)進(jìn)行分析時(shí)，深度學(xué)習(xí)方法和高斯過(guò)程回歸方法都能準(zhǔn)確地測(cè)定患者的實(shí)際年齡，并且兩者的誤差都小于5年。

但是，對(duì)于給定原始MRI數(shù)據(jù)時(shí)，深度學(xué)習(xí)方法表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢(shì)，測(cè)定結(jié)果平均誤差只有4.66年。相比之下，標(biāo)準(zhǔn)高斯過(guò)程回歸方法則表現(xiàn)不佳，只能給出平均誤差幾乎達(dá)到12年的粗略年齡。

此外，相比于傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)方法需要長(zhǎng)達(dá)24小時(shí)的數(shù)據(jù)預(yù)處理，深度學(xué)習(xí)方法的分析只需幾秒鐘。深度學(xué)習(xí)方法所需的唯一數(shù)據(jù)預(yù)處理是確保原始圖像的取向一致以及圖像之間的像素尺寸一致。

這種快速測(cè)定對(duì)于醫(yī)生有重大意義。

蒙大拿團(tuán)隊(duì)稱：“利用這種深度學(xué)習(xí)軟件，當(dāng)患者仍在掃描儀中時(shí)，就能向臨床醫(yī)生提供有關(guān)大腦年齡的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，”

此外，該團(tuán)隊(duì)還對(duì)比了使用不同掃描儀獲得的圖像，以表明該深度學(xué)習(xí)技術(shù)可用于全球不同地區(qū)、不同機(jī)器的掃描結(jié)果。

研究者還對(duì)比了雙胞胎的大腦年齡，表明大腦年齡如何與遺傳因素相關(guān)聯(lián)。有趣的是，這種相關(guān)性隨年齡增長(zhǎng)而下降，這表明環(huán)境因素隨著時(shí)間的推移變得更加顯著，暗示了未來(lái)研究的一個(gè)方向。

總的來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)振奮人心的技術(shù)突破，有望顯著影響臨床醫(yī)生的診斷方法。大量證據(jù)表明，糖尿并精神分裂癥和創(chuàng)傷性腦損傷等病癥與加快的大腦衰老相關(guān)。因此，一種快速、準(zhǔn)確地測(cè)定大腦衰老特征的方法可能對(duì)未來(lái)臨床醫(yī)生處理這些疾病的方式產(chǎn)生重要影響。

蒙大拿團(tuán)隊(duì)稱:“大腦年齡預(yù)測(cè)代表了一種準(zhǔn)確、高度可靠和遺傳有效的表型，有望被用作大腦衰老的生物標(biāo)志物。”