과학 정신, 신체, 경이로움 SCIENCE MIND, BODY, WONDER
How old are you, really? The answer is written on your face.
정말 몇 살이에요? 답은 당신의 얼굴에 적혀 있습니다.
당신의 생물학적 나이는 귀하의 신체적 건강을 반영하며 실제 나이와 연도별로 다를 수 있습니다.
그 숫자를 계산하는 새로운 도구는 "경고의 신호가 될 수 있습니다."
Your biological age reflects your physical health and can differ from your actual age by years. A new tool that calculates that number “could be a wake-up call.”
베이징 대학교 연구원 Jackie Han은 3D 카메라 시스템과 인공 지능을 사용하여 사람의 생리적 나이를 결정할 수 있는 시스템을 개발했습니다.
이 히트맵(빨간색(x, y, z축의 높은 값)과 파란색(낮음))은 다음을 나타냅니다.
Using a 3D camera system and artificial intelligence, Jing-Dong Jackie Han, a researcher at Peking University, has developed a system that can determine a person’s physiological age. This heat map—red (higher values along the x, y, and z-axis) and blue (lower)—indicates...
IMAGE BY JING-DONG JACKIE HAN, PEKING UNIVERSITY
BYCONNIE CHANG
PUBLISHED JANUARY 31, 2023
천 마디 말보다 한 장의 사진이 더 중요합니다.
하지만 그 사진이 얼굴의 고정밀 3D 이미지라면 수천 번 혈액검사를 받을 가치가 있을 수도 있습니다.
그 통통한 볼과 눈 밑 처짐은 보기 흉한 나이의 징조일 뿐만 아니라 우리의 건강을 반영하기 때문입니다.
A picture is worth a thousand words. But when that picture is a high-precision 3D image of the face, it might be worth a thousand blood tests as well. That’s because those full cheeks and under-eye bags are not just unsightly harbingers of age, but also a reflection of our health.
과학자들은 운전면허증에서 알 수 있는 숫자인 연대순이 전체 이야기를 말해주지는 않는다는 사실을 수십 년 동안 알고 있었습니다.
우리의 소위 생물학적 나이는 환경부터 식습관, 운동 습관까지 모든 것에 영향을 받으며 세포와 기관의 건강을 반영하며 실제 나이와는 연도별로 다를 수 있습니다.
그러나 우리가 살아온 시간을 추적하는 것과는 달리 생물학적 나이는 정확히 파악하기가 더 어렵습니다.
이제 Jing-Dong (Jackie) Han과 동료들은 사람 얼굴의 3D 이미지를 찍어 생물학적 나이를 계산하는 안면노화시계라고 불리는 AI 기반 프로세스를 개발했습니다.
Scientists have known for decades that chronological age—a number that can be gleaned from our driver’s license-–doesn’t tell the whole story. Our so-called biological age, influenced by everything from our environment to diet and exercise habits, reflects the health of our cells and organs and can differ from chronological age by years. But unlike tracking the time we’ve been alive, biological age is more slippery to pinpoint. Now Jing-Dong (Jackie) Han and colleagues have developed an AI-driven process, dubbed a facial aging clock, that takes a 3D image of a person’s face and calculates their biological age.
여자의 늙어가는 얼굴
한씨의 모델이 예측한 20세(왼쪽)부터 65세(오른쪽)까지의 여성 얼굴. Han의 연구에 따르면 안면 노화의 가속화는 전신 염증의 지표이며 고콜레스테롤, 고혈압 및 기타 노화와 같은 다양한 건강 문제와 연관되어 있습니다.자세히 보기A woman's face as it ages from 20, left, to 65, right, as predicted by Han’s model. Han's research indicates that accelerated facial aging is an indicator of systemic inflammation, and is associated with various health challenges such as high cholesterol, hypertension, and other agi...
IMAGE BY JING-DONG JACKIE HAN, PEKING UNIVERSITY
Peking University 컴퓨터생물학자 Han 교수팀은 수세기 동안 사람들의 얼굴을 “읽어서 reading" 건강상태를 점치는 중국의 관행에서 영감을 받아 중국 지둥 주민 약 5,000명의 3D 얼굴 이미지를 분석하여 시계를 만들었습니다.
Inspired by a centuries-old Chinese practice, in which practitioners divine a person’s health by “reading” their face, Han, a computational biologist at Peking University, and her team constructed their clock by analyzing 3D facial images of approximately 5,000 residents of Jidong, China.
연구원들은 2개의 AI 기반 시계를 만들었습니다.
하나는 연대적 연령을 예측하고 다른 하나는 생물학적 연령을 예측합니다.
이 얼굴노화시계는 시간이 지남에 따라 우리의 얼굴이 겪는 변화를 추적합니다.
눈꼬리가 처지고, 코가 넓어지고, 턱이 처지고, 코와 입 사이의 거리가 늘어납니다.
그리고 특정 얼굴 특징은 특정 질병과 일치하는 것으로 알려져 있습니다.
예를 들어, 전신염증은 처진 피부에 나타납니다.
The researchers created two AI-derived clocks—one that predicts chronological age and another that predicts biological age. These facial aging clocks track the changes our visages undergo with time: The corners of the eyes droop, the nose widens, the jowls sag, and the distance between the nose and mouth increases. And certain facial characteristics are known to align with certain ailments. Systemic inflammation, for example, shows up in sagging skin.
캘리포니아주 로스 알토스에 있는 의료 AI 스타트업 창업자 CEO Andre Esteva에 따르면, Han의 연구는 예방의학을 뒤흔들 잠재력을 가지고 있습니다: “만약 사진을 찍어 생물학적 나이를 되돌릴 수 있다면 이는 실제로 너의 생활방식에 영향을 미칠 수 있습니다."
According to Andre Esteva, the founder and CEO of a medical AI start-up in Los Altos, California, Han’s work has the potential to upend preventative medicine: “If you could take a photo and get back your biological age, that could really influence your lifestyle."
이 도구를 사용하면 의사는 화학요법 같이 조산으로 알려진 번거로운 치료를 받는 환자의 치료를 추적하고 관리할 수도 있습니다.
그리고 노화에 대한 연구에도 도움이 될 가능성이 있습니다.
Han은 "우리는 [우리 도구]로 보충제나 노화방지약물의 효능을 평가해 달라는 요청을 너무 많이 받고 있습니다"라고 말합니다.
With this tool, physicians could also track and manage the care of patients undergoing onerous treatments known to prematurely age people, such as chemotherapy. And it has potential to aid research into aging too.
“We’ve been getting so many requests from companies that want [our tool] to assess their supplements or anti-aging drugs’ efficacy,” Han says.
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AI 모델에는 새로운 데이터(예: 피험자의 나이와 짝을 이루는 얼굴)에서 이를 보는 방법을 학습하기 위해 정답 또는 "ground truth 실측 진실"이 이미 알려진 예가 필요합니다.
따라서 잠재적 난관이 생겼습니다.
즉 생물학적 연령에 대한 표준이 없다는 것입니다.
"생물학적 나이의 개념은 나이와 함께 발생하는 모든 전신적 현상을 포괄하는 용어에 가깝습니다"라고 런던대학에서 나이와 만성질환의 관계를 연구하는 Christopher Bell은 설명합니다.
염색체가 분해되는 것을 막는 뚜껑인 텔로미어의 단축부터 미토콘드리아의 약화, 면역계의 약화까지, 단 하나의 노화 지표를 선택하는 것은 어려운 일입니다.
AI models require examples where the right answer, or “ground truth,” is already known to learn how to see it in new data—a face paired with the subject’s age, for instance. So, a potential sticking point arose: There is no gold standard for biological age. “The concept of biological age is more of an umbrella term for all the multisystemic things that occur with age,” explains Christopher Bell, who studies the relationship between age and chronic diseases at the University of London. From the shortening of our telomeres—the caps that keep our chromosomes from degrading—to the winding down of our mitochondria to the weakening of our immune system, it’s a challenge to choose just one aging marker.
노화를 측정하는 최초의 시계는 메틸그룹(유전자를 켜고 끄는 DNA에 추가된 화학적 태그) 패턴의 변화를 기반으로 했습니다.
유전자활동을 조절하는 이 DNA 메틸화 기계는 시간이 지남에 따라 악화됩니다.
이러한 악화 패턴(우리 genome의 어떤 영역이 영향을 받음)을 통해 세포와 조직이 얼마나 빨리 노화되는지 알 수 있습니다.
나이를 평가하는 다른 시계는 혈액 내 단백질 분포 또는 줄기 세포가 분열된 횟수를 기반으로 합니다.
The first clocks to measure aging were based on changes in patterns of methyl groups—chemical tags added to DNA that switch genes on and off. This DNA methylation machinery that regulates gene activity deteriorates over time. The pattern of this deterioration—which areas in our genome are affected—can tell us how fast our cells and tissues are aging. Other clocks assessing age are based on protein distribution in the blood or the number of times stem cells have divided.
Facial aging clock
얼굴 노화시계
Han은 2016년에 인지된 나이, 즉 다른 사람에게 몇 살인지 나타내는 다른 측정 방법을 사용하기로 결정했습니다.
그녀는 자원봉사자들이 사진을 통해 쌍둥이의 나이와 건강을 평가한 후 7년 후에 대상자들에 대한 의학적 평가를 실시한 2009년 연구에서 영감을 받았습니다.
Han decided in 2016 that she wanted to use another measure—perceived age, or how old you appear to others. She was inspired by a 2009 study in which volunteers assessed the age and health of twins in a photograph, followed by a medical evaluation of the subjects seven years later.
그 연구자들은 나이가 많아 보이는 쌍둥이 쌍이 더 허약하고 인지 장애가 있으며 더 젊어 보이는 형제에 비해 사망할 가능성이 높다는 것을 발견했습니다.
Those researchers found that the older-looking of a twin pair was more frail, cognitively impaired, and likely to have died compared to their younger-looking sibling.
분명히 Hand은 외모로 추정되는 생물학적 나이가 건강과 밀접한 상관관계가 있다고 생각했습니다.
그녀의 그룹은 이미 2015년에 발표된 연구에서 얼굴의 3D 이미지를 통합했으며, 그 연구에서 그들은 베이징에서 온 300명의 피험자를 사용하여 개발된 통계 모델에서 얼굴 특징이 연대순 연령을 예측할 수 있다는 것을 발견했습니다.
당시 그녀는 혈액 내 표지 또는 서명을 조사하고 나이와 이들의 관계를 확인하던 중, 그녀가 근무하던 중국과학아카데미-막스 플랑크 협회 전산생물학 파트너연구소에서 3D 얼굴이미저 컴퓨터를 사용하고 있다는 사실을 발견했습니다.
그녀는 이 영상 장치가 있기 때문에 혈액 샘플을 수집할 때 이를 가지고 가서 얼굴이 노화에 대해 나타내는 것과 혈액 표지가 나타내는 것을 비교하는 데 사용해야 한다고 생각했습니다.
Clearly, Han thought, biological age, as proxied by appearance, is strongly correlated with health. Her group had already incorporated 3D images of faces in research published in 2015, in which they found that facial features could predict chronological age in a statistical model developed using 300 subjects from Beijing.
At the time, she had been investigating markers, or signatures, in the blood and ascertaining their relationship to age when she noticed that the Chinese Academy of Sciences-Max Planck Society Partner Institute for Computational Biology, where she then worked, had a 3D facial imager. She thought, since they had this imager, they should take it with them when they collect blood samples and use it to compare what the face reveals about aging versus what the blood markers reveal.
2016년까지 그녀는 지둥 시 출신 약 5,000명으로 구성된 대규모 집단과 더욱 강력한 AI 기술을 접하게 되었습니다.
AI의 데이터처리능력을 통해 Han은 생물학적 나이가 누군가의 얼굴에 어떻게 나타나는지에 대한 인간인식을 복제할 수 있습니다.
한 번의 관찰로 인한 변동을 최소화하기 위해 Han의 새로운 연구에서는 각 피험자의 생물학적 연령을 5명의 자원 봉사자가 독립적으로 평가하고 AI 훈련을 위한 "근거 진실 ground truth”로 사용했습니다.
이러한 인간의 관찰을 통해 학습하고 이를 개선한 AI 엔진은 처음부터 정확했습니다.
평균적으로, 이 예측은 연대순 모델과 인지 연령 모델 모두에서 실제 연령에서 약 3년 정도 벗어났습니다.
Han의 연구에서 그녀는 출생증명서 날짜보다 3살 이상 더 많아 보이는 사람들을 빨리 노화하는 사람이라고 불렀습니다.
천천히 노화하는 사람들은 3년 이상 더 젊어 보였습니다.
By 2016, she had access to a larger cohort, approximately 5,000 people from the city of Jidong, and more powerful AI techniques. With the data-crunching prowess of AI, Han could replicate human perception of how biological age manifests in someone’s face. To minimize fluctuations from any one observation, in Han’s new study, each subject’s biological age was assessed independently by five volunteers and served as the “ground truth” for training the AI.
The AI engine, which learned from and improved on these human observations, was startingly accurate. On average, its predictions deviated from actual ages by about three years for both chronological and perceived age models. In Han’s study, people who appeared more than three years older than the date on their birth certificate she dubbed fast-agers; while slow-agers seemed more than three years younger.
예상 연령과 실제 연령 사이의 이러한 차이는 다양한 건강 매개변수와 상관관계가 있을 수 있다고 Han은 말합니다.
그리고 Han에 따르면 이러한 이상치는 우리가 어떻게 노화되는지에 대해 가장 많은 것을 가르쳐줍니다.
외모, 나이, 건강에 영향을 미치는 근본적 요인 사이의 연관성을 탐구하기 위해 Han은 혈액샘플을 수집하고 연구대상자의 습관을 조사했습니다.
예를 들어, 흡연, 코골이, 높은 혈중 총콜레스테롤 수치는 흔히 급속 노화자의 특징인 반면, 요구르트 섭취, 규칙적 식사시간, 높은 골밀도는 느린 노화자의 일반적 특징이었습니다.
This difference between their predicted and actual ages can be correlated to various health parameters, Han says. And according to Han, these outliers teach us the most about how we age.
To explore the links between appearance, age, and the underlying factors that influence health—Han collected blood samples and surveyed the habits of the research subjects. For example, smoking, snoring, and high levels of total cholesterol in the blood were often characteristics of fast-agers whereas yogurt consumption, regular mealtimes, and greater bone mineral density were a common trait of slow-agers.
40대에서 50대 초반인 중년기는 급속노화와 지연노화의 차이가 더욱 두드러지는 시기인 것 같습니다.
어떤 사람은 40세임에도 꽤 늙어 보이는 반면, 어떤 사람은 55세인데도 여전히 아주 어려 보입니다.
Han에 따르면, 이들 가변성은 더 건강한 습관을 채택하기 위한 개입이 이 기회의 창에서 상당한 차이를 만들 수 있음을 의미합니다.
Han과 그녀의 공동 연구자들은 또한 노화 뒤에 숨은 근본적 분자 메커니즘을 조사하고 AI 기반 시계를 통해 빠르게 노화되는 사람들의 얼굴 특징과 일치시키기 위해 추가 모델을 구축했습니다.
예를 들어, 그들은 나이가 많아 보이는 개인의 혈액에서 활성 유전자를 식별하고 이를 동일한 개인의 얼굴 특징과 일치시키는 시계를 개발했습니다.
Middle age, when individuals are in their 40s and early 50s, seems to be a period when the differences between fast- and slow-agers become more noticeable. Some people might look quite old even though they’re just 40 while others are 55 but still look very young. According to Han, this variability means that interventions to adopt healthier habits could make a significant difference in this window of opportunity.
Han and her collaborators also constructed additional models to examine the underlying molecular mechanisms behind aging and match them to facial features of fast-agers through the AI-derived clocks. For example, they developed clocks which identified active genes in blood from an older-seeming individual, and matched them to the facial features of the same individual.
이러한 예측이 중복되는 경우, 연구자들은 젊은 얼굴과 비교하여 나이 많은 얼굴에 대해 어떤 유전자(따라서 분자 경로)가 활성화되는지 확인할 수 있습니다.
모든 시계에서 “가속화된 노화는 감염 및 염증과 밀접한 관련이 있다”고 Han은 말합니다.
이는 피부가 처짐에 따라 이마가 좁아지는 현상으로 얼굴에 나타납니다.
반면, 혈중 LDL 및 총 콜레스테롤 수치가 높으면 볼이 가득 차고 눈 밑 주머니가 생깁니다.
For those predictions that overlap, researchers can ascertain which genes (and therefore molecular pathways) are turned on for older faces compared with younger faces. For all clocks, “accelerated aging is highly associated with infections and inflammation,” which manifests in the face as a narrowing of the forehead as the skin sags, says Han. On the other hand, high LDL and total cholesterol levels in the blood translates to full cheeks and undereye pouches.
Applications of the technology
기술의 응용
노화 연구가 주류가 되었지만 이 분야의 문제 중 하나는 항상 있었습니다. 생물학적 나이가 무엇인지 정확히 알지 못하며 이를 정량적으로 정의할 객관적인 방법도 없다는 것입니다.
그러나 중국 하이난의과대학 산하 국제노화 및 암센터 의사 과학자 Ruibao Ren에 따르면, Han의 연구와 다른 연구실에서 진행 중인 작업은 이러한 정보 격차를 줄이는 데 큰 진전을 이루었습니다.
Aging research has become mainstream, but one of the field’s problems has always been: We don’t know exactly what biological age is, nor is there an objective way to quantitatively define it. But according to Ruibao Ren—a physician-scientist at the International Center for Aging and Cancer at Hainan Medical University in China—Han’s research, as well as ongoing work in other labs, has made great strides to narrow this information gap.
Ren은 “노화를 측정할 수 있다는 것만으로도 이미 큰 도약이며 하이난에 있는 병원에서 이미 사용 중인 Han 박사의 기술은 노화 연구에서 중요한 역할을 할 것입니다”라고 말했습니다.
예를 들어 제약회사는 이 도구를 사용하여 수명을 연장하거나 노화를 늦추는 약물을 평가할 수 있습니다.
그리고 종양학자 Ren은 안면시계를 사용하여 질병이 초기단계에 있을 때 암 환자를 진단할 수 있기를 바라고 있습니다.
암은 나이와 강한 상관관계가 있기 때문에 누군가가 노화가 가속화되는 징후를 보인다면 의사는 선별검사에 보다 적극적으로 참여할 수 있습니다.
“노화는 아마도 질병의 80%의 근원입니다”라고 Ren은 말합니다.
“Just being able to measure aging is already a big leap forward and Dr. Han’s technology—already in use at the hospital he works at in Hainan—will play an important role in aging studies,” Ren says. Pharmaceutical companies can employ the tool to assess drugs that promote longevity or slow down aging, for example. And as an oncologist, Ren hopes that with the facial clock, he can diagnose cancer patients while the disease is in its early stages. Since cancer is strongly correlated with age, if someone shows signs of accelerated aging, doctors can be more proactive with screening. “Aging is at the root of probably 80 percent of diseases,” Ren says.
의사는 콜레스테롤 검사나 혈압 측정과 같은 연간 신체 검사에 포함된 검사 패널 중 하나로 생물학적 연령을 포함할 수도 있습니다.
“건강관리는 어떻게 하고 계시나요?”라고 묻는 경종일 수도 있습니다라고 Ren은 말합니다.
Doctors could also incorporate biological age as one of the panel of tests included in your annual physical like cholesterol tests or blood pressure measurements. “It could be a wake-up call that asks: How are you doing with managing your health?” Ren says.
그리고 구현하는 데 혈액이나 조직샘플이 필요하고 값비싼 분석이 필요한 다른 시계와 달리, 안면시계는 비교적 경제적이고 비침습적이므로 환자가 3D 이미징카메라 앞에 단 1분만 앉아 있으면 됩니다.
And unlike other clocks which require blood or tissue samples and expensive analysis to implement, the facial clock is comparatively economical and non-invasive, requiring the patient to sit for just one minute in front of a 3D imaging camera.
Future directions
향후 방향
Bell 역시 특히 데이터세트가 커짐에 따라 노화시계에 대한 추가 연구에서 큰 잠재력을 보고 있습니다.
예를 들어, 최초의 후성유전학적 시계는 우리 DNA의 1,500개의 잠재적인 메틸화 부위를 조사한 반면, 가장 최근 시계는 900,000개 이상을 고려합니다.
그러나 노화시계의 진정한 힘은 노화과정에 대한 새로운 통찰력을 발견할 수 있는 잠재력이라고 Bell은 말합니다.
예를 들어, 그는 비정상적 DNA 메틸화가 어떻게 노화뿐만 아니라 암의 특징인지 강조합니다.
두 시나리오를 모두 이해함으로써 "우리는 이들 질병을 치료할 수 있는 새로운 치료방법을 식별할 수 있습니다"라고 Bell은 말합니다.
그러나 그는 다양한 노화 시계의 결과를 해석할 때 주의할 점을 조언합니다.
"인구수준에서 이들 시계는 노화의 일부 측면을 포착하고 있습니다."
그러나 개인 차원에서는 해야 할 일이 더 많습니다.
"누군가의 특정 후성유전학적 시계 연령을 측정한다면, 그 개인의 추적이나 시간에 따른 변화가 현실을 얼마나 잘 나타내는지 확신할 수 없습니다."
Han의 경우, 그녀 팀은 혈액의 DNA 손상을 반영하는 전사체 시계, 한 세포의 정보를 기반으로 하는 단일 세포시계와 같은 다른 시계를 계속 탐색하고 있습니다.
목표는 서로 다른 측정값(각 시계는 노화의 다양한 측면을 보여줌)을 복합 시계로 통합하는 것입니다.
또한 그들은 계속해서 얼굴노화시계를 개선하고 있습니다.
모든 인종 그룹에 적용할 수 있는 버전이 곧 출시될 예정입니다.
Han의 최종 목표는 무엇인가요?
“글쎄요, 저는 동료들에게 그들이 적어도 5년은 더 오래 살 수 있도록 노력하고 적어도 5년은 더 젊어 보이도록 노력하겠다고 말하고 있습니다”라고 그녀는 웃습니다.
Bell too sees great potential in the further study of aging clocks, especially as datasets become larger. The earliest epigenetic clocks, for example, looked at 1,500 potential methylation sites on our DNA, while the most recent clocks consider more than 900,000. But aging clocks’ real power, Bell says, is their potential to uncover novel insights into the aging process.
He highlights, for instance, how abnormal DNA methylation is a signature of cancer as well as aging. By understanding both scenarios, “we might identify novel therapeutic avenues to treat these diseases,” Bell says.
But he counsels caution in interpreting the results from various aging clocks. “At a population level, these clocks are capturing some aspects of aging.” On an individual level, however, there’s more work to be done. “If we measure someone’s particular epigenetic clock age, we can’t be as confident of how well that tracks in that individual or that changes over time represent reality.”
As for Han, her team continues to explore other clocks such as a transcriptome clock, which reflects DNA damage in the blood, and a single cell clock, based on information from one cell. The aim is to aggregate disparate measures—each clock showcases a different aspect of aging—into a composite clock. They also continue to refine their facial aging clock—a version applicable to all ethnic groups will be published soon.
What is Han’s ultimate goal? “Well, I’m telling my colleagues that I will try to make them live at least five years longer—and look at least five years younger,” she laughs.
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