O que seu rosto diz sobre sua idade? Esta IA adivinha só de olhar para você

Uma imagem vale mais que mil palavras. Mas quando essa imagem é uma imagem 3D de alta precisão do rosto, também pode valer mil exames de sangue. Isso porque aquelas bochechas cheias e bolsas sob os olhos não são apenas precursores desagradáveis ​​da idade, mas também um reflexo de nossa saúde.

Os cientistas sabem há décadas que a idade cronológica – um número que pode ser obtido em nossa carteira de motorista – não conta toda a história. Nossa chamada idade biológica, influenciada por tudo, desde nosso ambiente até dieta e hábitos de exercícios, reflete a saúde de nossas células e órgãos, e pode diferir da idade cronológica em anos. 

Mas, ao contrário de rastrear o tempo em que vivemos, a idade biológica é mais difícil de identificar. Agora, Jing-Dong (Jackie) Han e seus colegas desenvolveram um processo orientado por IA apelidado de relógio de envelhecimento facial, que obtém uma imagem 3D do rosto de uma pessoa e calcula sua idade biológica.

Inspirados por uma prática chinesa secular, na qual os praticantes adivinham a saúde de uma pessoa “lendo” seu rosto, Han, uma bióloga computacional da Universidade de Pequim e sua equipe construíram seu relógio analisando imagens faciais em 3D de aproximadamente 5 mil residentes de Jidong, China. Os pesquisadores criaram dois relógios derivados de IA – um que prevê a idade cronológica e outro que prevê a idade biológica. Esses relógios de envelhecimento facial acompanham as mudanças que nossos rostos sofrem com o tempo: os cantos dos olhos caem, o nariz se alarga, a papada cai e a distância entre o nariz e a boca aumenta. E certas características faciais são conhecidas por se alinharem com certas doenças. A inflamação sistêmica, por exemplo, aparece na flacidez da pele.

De acordo com Andre Esteva, fundador e CEO de uma start-up de IA médica em Los Altos, Califórnia (EUA), o trabalho de Han tem o potencial de derrubar a medicina preventiva: “Se você pudesse tirar uma foto e recuperar sua idade biológica, isso poderia realmente influenciar seu estilo de vida." Com essa ferramenta, os médicos também podem rastrear e gerenciar o atendimento de pacientes submetidos a tratamentos onerosos conhecidos por envelhecer prematuramente, como a quimioterapia. E também tem potencial para ajudar na pesquisa sobre o envelhecimento.

“Recebemos muitos pedidos de empresas que desejam [nossa ferramenta] avaliar a eficácia de seus suplementos ou medicamentos antienvelhecimento”, diz Han.

Os modelos de IA exigem exemplos em que a resposta certa, ou “verdade básica”, já é conhecida para aprender como vê-la em novos dados – um rosto com a idade do sujeito, por exemplo. Assim, surgiu um potencial ponto de discórdia: não existe um padrão-ouro para a idade biológica. “O conceito de idade biológica é mais um termo genérico para todas as coisas multissistêmicas que ocorrem com a idade”, explica Christopher Bell, que estuda a relação entre idade e doenças crônicas na Universidade de Londres (Inglaterra). Desde o encurtamento de nossos telômeros – as tampas que impedem a degradação de nossos cromossomos – até o enfraquecimento de nossas mitocôndrias e o enfraquecimento de nosso sistema imunológico, é um desafio escolher apenas um marcador de envelhecimento.

Os primeiros relógios para medir o envelhecimento foram baseados em mudanças nos padrões de grupos metil – marcadores químicos adicionados ao DNA que ativam e desativam os genes. Essa maquinaria de metilação do DNA que regula a atividade dos genes se deteriora com o tempo. 

O padrão dessa deterioração – quais áreas do nosso genoma são afetadas – pode nos dizer com que rapidez nossas células e tecidos estão envelhecendo. Outros relógios que avaliam a idade são baseados na distribuição de proteínas no sangue ou no número de vezes que as células-tronco se dividem.

Relógio de envelhecimento facial

Han decidiu em 2016 que queria usar outra medida – a idade percebida ou quantos anos você aparenta para os outros. Ela se inspirou em um estudo de 2009 no qual voluntários avaliaram a idade e a saúde de gêmeos em uma fotografia, seguida por uma avaliação médica dos sujeitos sete anos depois. 

Esses pesquisadores descobriram que o par de gêmeos de aparência mais velha era mais frágil, com problemas cognitivos e com probabilidade de morrer em comparação ao irmão de aparência mais jovem. Claramente, pensou Han, a idade biológica representada pela aparência está fortemente correlacionada com a saúde. Seu grupo já havia incorporado imagens 3D de rostos em uma pesquisa publicada em 2015, na qual descobriram que as características faciais poderiam prever a idade cronológica em um modelo estatístico desenvolvido com 300 indivíduos de Pequim.

Na época, ela estava investigando marcadores, ou assinaturas, no sangue e verificando sua relação com a idade, quando percebeu que o Instituto Parceiro de Biologia Computacional da Academia Chinesa de Ciências-Max Planck Society, onde ela trabalhava, tinha um facial 3D imager. Ela pensou que, como eles tinham esse gerador de imagens, deveriam levá-lo quando coletassem amostras de sangue e usá-lo para comparar o que o rosto revela sobre o envelhecimento com o que os marcadores sanguíneos revelam.

Em 2016, ela teve acesso a um grupo maior, aproximadamente 5 mil pessoas da cidade de Jidong, e técnicas de IA mais poderosas. Com a proeza de processamento de dados da IA, Han poderia replicar a percepção humana de como a idade biológica se manifesta no rosto de alguém. Para minimizar as flutuações de qualquer observação, no novo estudo de Han, a idade biológica de cada sujeito foi avaliada independentemente por cinco voluntários, e serviu como a “verdade básica” para o treinamento da IA.

O mecanismo de IA, que aprendeu e aprimorou essas observações humanas, foi inicialmente preciso. Em média, suas previsões desviaram-se das idades reais em cerca de três anos para os modelos de idade cronológica e percebida. No estudo de Han, as pessoas que pareciam mais de três anos mais velhas do que a data em sua certidão de nascimento, ela chamou de pessoas que envelhecem rapidamente; enquanto os retardatários pareciam mais de três anos mais jovens.

Essa diferença entre a idade prevista e a real pode ser correlacionada a vários parâmetros de saúde, diz Han. E de acordo com ela, essas informações nos ensinam mais sobre como envelhecemos.

Para explorar as ligações entre aparência, idade e os fatores subjacentes que influenciam a saúde, Han coletou amostras de sangue e pesquisou os hábitos dos sujeitos da pesquisa. Por exemplo, fumar, roncar e níveis elevados de colesterol total no sangue eram frequentemente características de pessoas que envelhecem rapidamente, enquanto o consumo de iogurte, refeições regulares e maior densidade mineral óssea eram características comuns de pessoas que envelhecem lentamente.

A meia-idade, quando os indivíduos estão na casa dos 40 e início dos 50, parece ser um período em que as diferenças entre os que envelhecem rapidamente e os que envelhecem lentamente se tornam mais perceptíveis. Algumas pessoas podem parecer bastante velhas, embora tenham apenas 40 anos, enquanto outras têm 55, mas ainda parecem muito jovens. Segundo Han, essa variabilidade significa que intervenções para adotar hábitos mais saudáveis ​​podem fazer uma diferença significativa nessa janela de oportunidade.

Han e seus colaboradores também construíram modelos adicionais para examinar os mecanismos moleculares subjacentes ao envelhecimento e combiná-los com as características faciais dos idosos por meio dos relógios derivados da IA. Por exemplo, eles desenvolveram relógios que identificavam genes ativos no sangue de um indivíduo aparentemente mais velho e os combinavam com as características faciais do mesmo indivíduo.

Para as previsões que se sobrepõem, os pesquisadores podem determinar quais genes (e, portanto, caminhos moleculares) são ativados para rostos mais velhos em comparação com rostos mais jovens. Para todos os relógios, “o envelhecimento acelerado está altamente associado a infecções e inflamações”, que se manifesta no rosto como um estreitamento da testa à medida que a pele cede, diz Han. Por outro lado, altos níveis de LDL e colesterol total no sangue se traduzem em bochechas cheias e bolsas sob os olhos.

Tecnologia em pesquisas sobre o envelhecimento

A pesquisa sobre envelhecimento tornou-se popular, mas um dos problemas do campo sempre foi: não sabemos exatamente o que é idade biológica, nem há uma maneira objetiva de defini-la quantitativamente. Mas, de acordo com Ruibao Ren, um médico-cientista do Centro Internacional para Envelhecimento e Câncer da Hainan Medical University na China, a pesquisa de Han e o trabalho em andamento em outros laboratórios deram grandes passos para diminuir essa lacuna de informação.

“Ser capaz de medir o envelhecimento já é um grande avanço, e a tecnologia de Han – já em uso no hospital em que ela trabalha, em Hainan – desempenhará um papel importante nos estudos do envelhecimento”, diz Ren. As empresas farmacêuticas podem empregar a ferramenta para avaliar medicamentos que promovem a longevidade ou retardam o envelhecimento, por exemplo. E como oncologista, Ren espera que, com o relógio facial, ele possa diagnosticar pacientes com câncer enquanto a doença está em seus estágios iniciais. Como o câncer está fortemente correlacionado com a idade, se alguém mostra sinais de envelhecimento acelerado, os médicos podem ser mais proativos com a triagem. “O envelhecimento está na raiz de provavelmente 80% das doenças”, destaca Ren.

Os médicos também podem incorporar a idade biológica como um dos testes incluídos em seu exame físico anual – testes de colesterol ou medições de pressão arterial. “Pode ser um alerta que pergunte: como você está lidando com o gerenciamento de sua saúde?”, diz Ren.

E ao contrário de outros relógios que requerem amostras de sangue ou tecido e análises caras para implementar, o relógio facial é comparativamente econômico e não invasivo, exigindo que o paciente fique sentado por apenas um minuto na frente de uma câmera de imagem 3D.

Direções futuras

Bell também vê grande potencial em estudos antigos dos chamados relógios epigenéticos, especialmente à medida que os conjuntos de dados se tornam maiores. Os primeiros relógios epigenéticos, por exemplo, analisaram 1500 locais de metilação em potencial em nosso DNA, enquanto os relógios mais recentes consideram mais de 900 mil. Mas o verdadeiro poder dos relógios epigenéticos mais velhos, diz Bell, é seu potencial para revelar novos insights sobre o processo de envelhecimento.

Ele destaca, por exemplo, como a metilação anormal do DNA é uma característica do câncer e também do envelhecimento. Ao entender os dois cenários, “podemos identificar novos caminhos terapêuticos para tratar essas doenças”, acredita Bell.

Mas ele aconselha cautela ao interpretar os resultados de vários relógios epigenéticos. “Em nível populacional, esses relógios estão capturando alguns aspectos do envelhecimento”. No nível individual, no entanto, há mais trabalho a ser feito. “Se medirmos a idade do relógio epigenético de alguém, não podemos ter tanta certeza de quão bem isso acompanha esse indivíduo ou que as mudanças ao longo do tempo representam a realidade”.

Quanto a Han, sua equipe continua a explorar outros relógios, como o transcriptoma, que reflete os danos ao DNA no sangue, e o relógio com base nas informações de uma célula. O objetivo é agregar medidas díspares – cada relógio mostra um aspecto diferente do envelhecimento – em um relógio composto. Eles também continuam a refinar o relógio de envelhecimento facial – uma versão aplicável a todos os grupos étnicos será publicada em breve.

Qual é o objetivo final de Han? “Bem, estou dizendo aos meus colegas que tentarei fazê-los viver pelo menos mais cinco anos – e parecer pelo menos cinco anos mais jovens”, ela ri.