英国研发“深度学习机” 能够自动识别大脑年龄

分类 :  成果发明社区- 成果交流 2016-12-27 532 0

        随着年龄的增长，我们的大脑反应速度也会随之降低或减慢，因为大脑也会变老。那么，根据这一原理，我们可不可能借助一些设备，来检测大脑的年龄。此外，大脑年龄和实际年龄之间的差异还有可能揭示诸如痴呆症等病症的发生。

　　事实证明，这一切是可能发生的，科学家们已经找到了分析方法。

　　近日，来自伦敦国王学院的乔瓦尼·蒙大拿(Giovanni Montana)研究团队利用MRI扫描仪的原始图像来训练其研发的深度学习机(deep-learningmachine)，使其能够自动识别大脑年龄。

       但是，整个分析过程十分漫长，因为需要对MRI数据进行大量的预处理才能识别出大脑的年龄特征。这些预处理包括从MRI图像中去除非脑组织如头骨，还包括大脑白质、灰质以及其他组织的分类，以及利用各种数据平滑技术去除图像伪影等。

　所有这些数据处理最终可能耗费超过24小时，这对医生的临床诊断是极为不利的，甚至是一大障碍。

　　这种深度学习技术只需要几秒钟，甚至病患在扫描仪中接受检查时，就能告知医生准确的大脑年龄信息，这将为医生做出正确的临床诊断提供十分可靠、有用的信息。

　　这种方法是标准的深度学习技术。蒙大拿及其同事利用超过2000张年龄在18岁至90岁之间的健康大脑MRI扫描图像，并且所有样本都没有任何可能影响大脑年龄的神经系统疾病。所以，这些样本的大脑年龄与其实际年龄都是相符合的。

研究者利用总图像集的80%来训练卷积神经网络，以通过大脑MRI扫描图像确定待测大脑的年龄。 此外，研究者还使用剩余图像集中的200张图像来验证该“脑龄”识别过程。

　　最后，研究者利用剩余的20%图像测试该深度学习神经网络，以确定其测量大脑年龄的准确程度。

　　同时，该团队将其提出的深度学习技术与传统大脑年龄测定方法进行了比较。传统“脑龄”测定需要大量的图像处理工作以识别出大脑白质和灰质区域，然后进行称为高斯过程回归(Gaussian process regression)的统计分析。

　　结果十分有趣。

　　对于给定预处理数据进行分析时，深度学习方法和高斯过程回归方法都能准确地测定患者的实际年龄，并且两者的误差都小于5年。

　　但是，对于给定原始MRI数据时，深度学习方法表现出明显的优势，测定结果平均误差只有4.66年。相比之下，标准高斯过程回归方法则表现不佳，只能给出平均误差几乎达到12年的粗略年龄。

　　此外，相比于传统标准方法需要长达24小时的数据预处理，深度学习方法的分析只需几秒钟。深度学习方法所需的唯一数据预处理是确保原始图像的取向一致以及图像之间的像素尺寸一致。

　　这种快速测定对于医生有重大意义。