Китайские ученые ввели строку генетического кода в модель искусственного интеллекта. То, что получилось, выглядело как лицо — поразительно реалистичное, трехмерное лицо. Ни одной фотографии так и не было сделано. Ни один художник по эскизам не нарисовал его. Единственным источником была ДНК.

В новом исследовании, опубликованном на этой неделе, ученые из Китайской академии наук представили новый мощный инструмент под названием Difface, способный реконструировать реалистичные 3D-лица людей только на основе генетической информации. Это научный скачок, который может изменить криминалистику, медицину и правоохранительные органы, но также вызывает серьезные опасения по поводу неприкосновенности частной жизни.

«Удивительно, но Difface может генерировать 3D-изображения лиц людей исключительно на основе данных их ДНК, проецируя их внешность в различных будущих возрастах», — сказал Луонан Чен, старший научный сотрудник команды.

Как это работает: лица из генетического кода

Технология основана на десятилетиях исследований, показывающих, что наши гены влияют на черты лица — скулы, носы, линии подбородка. Ученым давно известно, что фрагменты ДНК, называемые однонуклеотидными полиморфизмами, или SNP, участвуют в определении этих признаков.

Difface выводит это на новый уровень. В модели используется многоступенчатый процесс, который сначала выравнивает многомерные генетические данные с 3D-структурой лицевых поверхностей. Затем он применяет сложную технику, называемую контрастным обучением, для сопоставления паттернов ДНК с чертами лица в общем пространстве низкой размерности. Наконец, «диффузионная модель» — метод искусственного интеллекта, который может генерировать реалистичные изображения, первоначально возникающие из белого шума, — генерирует 3D-облако точек лица, цифровую сетку контуров лица.

Исследователи обучили Диффасе на базе данных 9674 добровольцев из числа ханьцев. Каждый из них предоставил как данные секвенирования генома, так и 3D-сканирование лица с высоким разрешением. Результаты оказались на удивление подробными. Даже такие тонкие черты, как назион — углубление в верхней части носа — или форма скул могут быть воссозданы с удивительной точностью.

Согласно исследованию, Difface показал среднюю ошибку реконструкции всего 3,5 мм при использовании только ДНК. Когда модели была предоставлена дополнительная информация — возраст, пол и индекс массы тела — погрешность уменьшилась еще больше, до 2,93 мм.

Судебная экспертиза, меняющая правила игры?

Криминалистика является наиболее очевидным применением. Представьте себе, что следователи обнаруживают на месте преступления всего несколько клеток, может быть, прядь волос — ни отпечатков пальцев, ни отснятого материала. С помощью таких инструментов, как Difface, они могут однажды воссоздать лицо подозреваемого только по генетическому материалу.

В слепых тестах, предназначенных для оценки того, насколько хорош Difface в создании реалистичных изображений, участников попросили сопоставить реальное лицо, соответствующее синтетическому изображению, сгенерированному из ряда изображений. Когда в состав входило пять лиц, участники выбирали правильное в 75% случаев. Но по мере роста состава коэффициенты падали: чуть более 51% при 20 вариантах.

Difface еще не идеален. Некоторые особенности ухудшаются, когда генетические данные неполные. Ниже 70% данных SNP реконструированные лица стали более общими. Но некоторые черты, особенно форма носа, остались удивительно устойчивыми — вероятно, потому, что на них сильно повлияла генетика.

Но, какими бы впечатляющими ни были результаты, они также вызвали тревогу.

Реконструкция лица по ДНК — даже без имени — может подорвать процесс деидентификации. Это основное обещание большинства компаний по тестированию ДНК, которые заявляют, что ваши генетические данные остаются анонимными. Исследователи предупреждают, что если лица связаны с анонимными данными, люди могут быть повторно идентифицированы без их согласия. Это открывает двери для злоупотреблений в области слежки, полицейской деятельности и даже коммерческого маркетинга.

Правовая база генетических данных различается от страны к стране, и мало кто осознал последствия такого рода ИИ. В США правоохранительные органы уже использовали фенотипирование ДНК для создания подозрительных эскизов. В Китае власти составили базы данных этнических меньшинств на основе ДНК.

Зеркало будущего

Помимо правоохранительных органов, эта технология имеет значение в персонализированной медицине. Однажды врачи могут использовать моделирование лица на основе ДНК, чтобы лучше понять врожденные нарушения или контролировать старение. Команда даже показала, что Difface может моделировать возрастную прогрессию, оценивая, как лицо человека будет меняться со временем на основе его генома.

Тем не менее, модель далеко не универсальна. Он был обучен исключительно на данных ханьских китайцев, относительно генетически однородной группы. Расширение модели для точной работы с различными этническими группами потребует обширных новых возможностейатасет — и поднимает еще больше этических вопросов.

Исследователи это знают. «Проверка Difface с помощью наборов данных из нескольких этнических групп и изучение того, необходимы ли дополнительные генетические локусы для определенных черт лица, будут ключевыми шагами», — пишет команда в своей статье.

В этом смысле Difface является одновременно и техническим чудом, и социальным испытанием. Это ставит науку лицом к лицу с напряжением между тем, что мы делаем мочь что мы делаем с ДНК — и что мы делаем следует .

Результаты исследования были опубликованы в журнале Передовая наука .