突破性AI眼扫描可预测认知能力下降和痴呆风险
Joseph Shavit
2025年9月17日 19:51
7分钟阅读
AI工具RetiPhenoAge利用视网膜扫描在症状出现前数年预测痴呆风险。（图片来源：Shutterstock）
痴呆症已成为全球最紧迫的健康挑战之一。数百万人受此疾病困扰，全球每年因此产生的成本高达数千亿美元。医生通常依靠实际年龄或血液标记物来评估风险，但这些方法并不总能捕捉到导致疾病的潜在生物学因素。
如今，研究人员发现，眼睛可能提供一种更简单、更经济的方式来预测未来的大脑衰退。
新加坡国立大学杨潞龄医学院的一个团队开发了一种人工智能工具，该工具通过分析标准视网膜照片来预测谁更有可能患上痴呆症或认知能力下降。这种名为RetiPhenoAge的算法通过读取眼睛后部的细微模式来评估生物年龄及其与大脑健康的关系。
这项研究是新加坡同类研究中的首例，也是全球范围内验证基于眼睛的衰老标记物作为痴呆预测指标的最大规模努力之一。
研究团队成员包括（从左到右）：Christopher Chen教授、Sim Ming Ann博士、Tham Yih Chung助理教授、Cheng Ching Yu教授。（图片来源：NUS）
为什么视网膜如此重要
视网膜不仅仅是眼睛后部的一层组织。它与大脑源自相同的胚胎组织，并共享许多特征，包括微小血管网络。由于这种密切关系，科学家长期以来一直怀疑视网膜的变化可能反映了大脑中正在发生的事情。
新加坡国立大学医学院创新与精准眼科健康中心主任Cheng Ching-Yu教授解释说："通过RetiPhenoAge，我们能够非侵入性地估计个人的生物年龄，为认知健康管理以及更广泛的衰老研究提供宝贵见解。"
与需要专业设施且成本高昂的DNA甲基化测试或脑部扫描不同，视网膜成像已经在眼科诊所和门诊中广泛使用。这意味着基于这些图像构建的预测工具几乎可以在任何地方部署，包括社区健康中心和移动筛查单元。
（A）RetiPhenoAge与脑部MRI标记物（脑小血管疾病和神经退行性变）的横断面关联。（B）与较老RetiPhenoAge最显著相关的前20种血浆蛋白。（图片来源：《阿尔茨海默病与痴呆症：阿尔茨海默病协会杂志》）
从眼照片到预测能力
该团队使用深度学习模型构建了RetiPhenoAge，该模型在英国生物银行（UK Biobank）的数万张视网膜图像上进行了训练，英国生物银行是英国的一项重大健康研究。该算法基于一种称为PhenoAge的测量方法来学习估计生物年龄，PhenoAge将九种基于血液的生物标志物与个人的实际年龄结合起来。该AI不是依赖于人工挑选的特征，而是扫描照片以寻找与更快或更慢衰老相关的模式。
显著性地图——算法关注内容的可视化——显示它特别关注血管和视盘。这一发现与生物学相符，因为小血管疾病和血管老化在痴呆症中起着重要作用。
该系统随后在两个人群中进行了测试：新加坡记忆、衰老和认知中心（MACC）队列和英国生物银行。
RetiPhenoAge按四分位数分层的痴呆症发生率（英国生物银行队列）。所呈现的p值分别来自按RetiPhenoAge四分位数分层的认知能力下降或新发痴呆症的log-rank检验。（图片来源：《阿尔茨海默病与痴呆症：阿尔茨海默病协会杂志》）
新加坡记忆诊所的发现
MACC研究在几年间跟踪了新加坡510名参与者。在开始时，他们接受了眼部摄影、脑部成像和认知评估。在这些参与者中，有155人在随访期间出现了可测量的认知能力下降。
那些由RetiPhenoAge测量出视网膜年龄较高的人更有可能出现认知能力下降或被诊断为痴呆症。临床痴呆评定量表总和评分增加三点或更多被用来定义认知能力下降。视网膜年龄每增加一步，认知能力下降的可能性就越大，在五年内认知能力恶化的风险比为1.34，新发痴呆症的风险比为1.43。
新加坡国立大学医学院健康长寿转化研究计划副主任Christopher Chen教授表示："随着全球痴呆症数量的上升，我们迫切需要既可扩展又具有预测性的工具。RetiPhenoAge可能是实现既有效又经济的社区级筛查的关键。"
为确保该工具在东南亚以外地区也能发挥作用，研究人员再次转向英国生物银行。在33,495名拥有眼部图像和认知数据的参与者中，该算法再次预测了痴呆风险。在这个更大的群体中，痴呆症的风险比为1.25，证实了该方法在不同人群和种族背景下的有效性。重复验证还将预测窗口延长至12年，表明视网膜老化是一种长期信号，而不仅仅是短期指标。
（A）认知能力下降，以及按四分位数分层的RetiPhenoAge（东南亚记忆诊所队列）；（B）转化为痴呆症，以及按四分位数分层的RetiPhenoAge（东南亚记忆诊所队列）的Kaplan-Meier曲线。（图片来源：《阿尔茨海默病与痴呆症：阿尔茨海默病协会杂志》）
与大脑和血液的联系
该研究进一步检查了视网膜老化是否与大脑内部的可测量变化相关。MRI扫描显示，视网膜年龄较高的人也表现出更多的白质高信号——脑小血管疾病的迹象——以及较小的海马体积，这些都是已知的痴呆症标记物。
血液测试也支持了这一联系。血浆蛋白质组学分析显示，与炎症、血管老化和神经退行性变相关的蛋白质在视网膜年龄较高的人群中升高。这些发现表明，该算法不仅捕捉到了眼睛的变化，还反映了与衰老和大脑健康相关的更广泛的生物过程。
黄廷方综合医院顾问、共同第一作者Sim Ming Ann博士强调："我们希望这些发现将带来护理的改进，帮助医生在症状出现前识别出有痴呆风险的人，这可能导致更早的干预和改善患者预后。"
RetiPhenoAge相关血浆蛋白中过度表达的前五种最显著的基因本体（生物过程）、京都基因与基因组百科全书（KEGG）和Reactome通路。（图片来源：《阿尔茨海默病与痴呆症：阿尔茨海默病协会杂志》）
迈向早期检测和预防
痴呆症的全球上升使早期检测比以往任何时候都更加重要。目前的估计表明，每三位老年人中就有一位会经历某种形式的痴呆症，而且未来几十年这一数字预计将翻倍。像RetiPhenoAge这样的工具可以帮助识别那些在症状出现前就处于最高风险的人，从而允许及时进行生活方式改变、治疗或监测。
另一位共同第一作者Tham Yih Chung助理教授补充道："我们希望在更大、更多样化的人群中验证这一筛查工具，并评估其在临床环境中的影响，以指导痴呆症的早期治疗。"
未来展望
虽然结果很有希望，但研究人员警告说该算法并不完美。并非所有视网膜年龄较高的人最终都会患上痴呆症，也不是所有痴呆症病例都可以通过眼扫描预测。需要在不同的全球人群中进行更多研究来完善该工具。
该团队已经在国家医学研究理事会的资助下开展后续项目。这些项目包括在轻度认知障碍人群中测试视网膜成像，以及探索RetiPhenoAge如何用于跟踪新疗法的效果。
正如Chen教授所指出的，目标是使筛查既简单又经济实惠，理想情况下作为常规健康检查的一部分。由于视网膜相机已经广泛使用，与其他许多诊断技术相比，采用的门槛较低。
研究结果已在线发表在《阿尔茨海默病与痴呆症：阿尔茨海默病协会杂志》上。
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