通過人工智能來預(yù)測壽命不再是神話了。這是來自諾丁漢大學(xué)科學(xué)家的研究所作出的結(jié)論。
相對于專家開發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)預(yù)測方法，人工智能預(yù)測人類的過早死更加精確。這項(xiàng)研究近期發(fā)表在期刊《公共科學(xué)圖書館·綜合》(PLoS One)上。作者稱，未來，這些機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)可以應(yīng)用到患者的個性化醫(yī)療和風(fēng)險(xiǎn)管理的個人定制中來。
50萬人的研究
這是一項(xiàng)針對 40 歲至 69 歲年齡段 50 多萬人的研究，研究人員利用了英國生物樣本庫(UK Biobank) 2006 年至 2010 年間收集到的人員健康數(shù)據(jù)，并追蹤到了 2016 年。
諾丁漢大學(xué)流行病學(xué)和數(shù)據(jù)科學(xué)助理教授 Stephen Weng 主持了這項(xiàng)研究，他多年來致力于提高計(jì)算機(jī)評估健康風(fēng)險(xiǎn)的準(zhǔn)確性，此前的風(fēng)險(xiǎn)評估大都針對一種具體的疾病，而這次針對死亡的風(fēng)險(xiǎn)評估就要復(fù)雜得多，需要考慮可能影響其死亡風(fēng)險(xiǎn)的環(huán)境因素和個體因素。
他們使用了新的計(jì)算機(jī)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測模型，將人口統(tǒng)計(jì)因素、生物因素、臨床和生活方式納入了評估當(dāng)中，甚至考慮了人們每天對水果、蔬菜和肉類的消耗。在將預(yù)測結(jié)果與來自國家統(tǒng)計(jì)局、英國癌癥登記以及醫(yī)院事件記錄數(shù)據(jù)比照后發(fā)現(xiàn)，相較專家開發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)預(yù)測方法，用人工智能的機(jī)器學(xué)習(xí)算法來預(yù)測死亡更加精確。
機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)依賴于機(jī)器引導(dǎo)的算法，而非人工賦予的數(shù)據(jù)，它從數(shù)據(jù)中自動分析獲得規(guī)律，并利用規(guī)律對未知數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測，比如人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以確定最優(yōu)函數(shù)，將預(yù)測結(jié)果和真實(shí)結(jié)果之間的結(jié)果最小化。該研究中采用了被稱作“隨機(jī)森林”和“深度學(xué)習(xí)”的機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，研究者舍棄了傳統(tǒng)的基于年齡和性別的Cox回歸模型(比例風(fēng)險(xiǎn)回歸模型)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，相較于不夠準(zhǔn)確的簡單基于年齡和性別的Cox回歸模型，機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)能夠分別提高 9.4 %和 10.1 %的精確率。
研究特色：樣本庫和變量選取
為什么選取英國生物樣本庫數(shù)據(jù)呢?英國生物銀行是一個大型的前瞻性人口群體，該庫通過問卷和護(hù)士問詢收集了 50 萬人的遺傳、身體和健康數(shù)據(jù)，包括社會人口統(tǒng)計(jì)學(xué)、行為、營養(yǎng)、生活方式、藥物治療史和臨床病史，也包括志愿者的血液、唾液和尿液樣本，這些數(shù)據(jù)針對研究人員是開放的。這是一個獨(dú)有的研究過早死的機(jī)會，因?yàn)樽?2006 年開始登記以來，研究對象中所有的死亡都低于英國人口的預(yù)期壽命。
在英國生物樣本庫數(shù)據(jù) 502625 人中，研究者累積隨訪 3508454 人年，有 14418 例死亡。隨訪期間死亡案例中，男性( 60.7 %)多于女性( 39.3 %)，死者的平均年齡為 61.3 歲，高于活著的平均年齡 56.4 歲。死者中白種人少見，更多是那些受教育程度低、慢性病史多、體檢結(jié)果差、生活方式不健康的人，當(dāng)然貧困人口也更多。
死亡的主要原因是癌癥( 65.7 %)，特別是消化器官的癌癥( 19.2 %)和呼吸器官的癌癥( 12.7 %)。第二常見的死亡原因是循環(huán)系統(tǒng)疾病，主要是冠心病和腦血管疾病。
研究者選取了 15 個變量，包括舒張壓和收縮壓、 BMI (身體質(zhì)量指數(shù))、 FEV1 (一秒用力呼氣容積)、吸煙、鍛煉、年齡、性別、種族、教育水平、貧困水平以及癌癥、冠心病、 2 型糖尿病、慢性阻塞性肺疾病等四種慢性病。
通過 Cox 模型與隨機(jī)森林、深度學(xué)習(xí)進(jìn)行發(fā)現(xiàn)，在預(yù)測死亡方面最重要的風(fēng)險(xiǎn)變量存在重疊。值得注意的是，三種方法都確定了 15 個變量中的 6 個，即年齡、癌癥的先前診斷、性別、吸煙、FEV1和教育水平。
種族和身體鍛煉被 Cox 模型納入重要考量指標(biāo)，而兩種機(jī)器學(xué)習(xí)未納入。隨機(jī)森林模型強(qiáng)調(diào)了腰圍、體脂百分比和健康飲食(蔬菜和水果消費(fèi))，甚至還納入了膚色指標(biāo)，而深度學(xué)習(xí)模型強(qiáng)調(diào)了酒精攝入、藥物處方以及住宅空氣污染與職業(yè)危險(xiǎn)暴露等環(huán)境因素。
最終，深度學(xué)習(xí)算法提供了最準(zhǔn)確的預(yù)測，正確識別了 76 %在研究期間死亡的受試者，隨機(jī)森林模型正確預(yù)測了約 64 %的過早死亡，而 Cox 模型僅確定了約44%。
這次研究是第一次采用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)進(jìn)行死亡這類復(fù)雜因素的研究。不過作者承認(rèn)，機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)仍存在限制，比如黑盒子問題，也就是深度學(xué)習(xí)的決策過程不易解釋，人們只能看到數(shù)據(jù)輸入與決策輸出，但內(nèi)中詳情卻無從知曉。這會讓醫(yī)生、患者以及監(jiān)管部門心存顧慮。
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