小鼠照片能读出相对年龄:同场比较时老年个体排序准确率65%,看起来更老的小鼠更虚弱、死亡风险高14%
核心概要
实验室小鼠的年龄可以从一张普通照片中读出,但读出的主要是相对年龄而非绝对年龄。研究汇集七个设施、1292只小鼠的2846张照片,用未经小鼠数据训练的DINOv2视觉特征加岭回归预测年龄;在未见过的设施上绝对误差中位数达138天,而同一场次内配对比较时较老个体被排得更老的比率为65%,年龄差超过500天时升至95%以上。预测年龄高于实际年龄的小鼠更虚弱,每100天照片年龄差对应虚弱度增加0.12个标准差、死亡风险升高14%。
深度剖析
一张普通照片就能给出小鼠年龄的相对信号,同一场次拍摄的小鼠中较老个体被模型排得更老,这一排序能力在模型从未见过的设施上依然成立。 此前小鼠的生物年龄读数依赖寿命终点、需要组织或血液的分子时钟,或需要训练有素人员打分的虚弱指数;作为配图拍摄的照片从未被可靠量化。 在留一设施交叉验证下,同场次配对一致率为0.65(95%置信区间0.62–0.68),未见过的同设施小鼠为0.69(0.66–0.72);年龄差超过500天时一致率约0.97–0.98,而年龄差小于100天时仅约0.54–0.65。
照片年龄差携带生物学信息:看起来比实际年龄老的小鼠更虚弱、存活更短,端粒酶缺失的第四代小鼠也比同批野生型对照看起来更老。 绝对年龄在设施之间迁移很差,平均绝对误差162天、中位数138天,主要来自各设施整体偏移,因此研究转而考察不依赖偏移的排序和校正后的年龄差。 两个设施分别用活力评分(296只)和虚弱指数(98只)评估,每100天照片年龄差对应虚弱度增加0.12个标准差(0.06–0.18,P<0.001);在296只对照小鼠中,校正年龄和性别后每100天年龄差使死亡风险比为1.14(1.06–1.23,P=0.001);TERC⁻/⁻ G4小鼠比野生型对照看起来老151天(84–219天,P<0.001,6对19只)。
模型的做法是把照片中的小鼠裁出、去掉背景,再用一个冻结的自监督视觉模型把图像变成768维特征,由岭回归映射到年龄。 研究没有微调网络,因为端到端微调和保留浅层冻结的保守微调在留出设施上都不如冻结特征,端到端训练在最大设施上退化为接近常数的预测。 图像先经YOLO检测器定位并裁剪,再由Grounding DINO与SAM勾出轮廓、背景替换为纯灰;DINOv2 ViT-B/14在1.42亿张图像上自监督预训练后不再用小鼠数据训练,图像与其水平镜像的特征取平均后输入岭回归。
启示与展望
结论建立在七个设施、四种品系、1至34月龄的1292只小鼠的2846张照片上,所有主要预测都在留一设施设置下评估;虚弱评分来自两个设施,存活分析只用了其中一个有296只对照小鼠的设施。作者提出统一姿势、背景和光照,并在每次常规抓取时拍摄同一批小鼠,可能把设施偏移压下去并把个体内信号变成纵向读数。
各设施在品系、性别、年龄范围和拍摄流程上同时不同,这些效应无法完全分开;第四代端粒酶缺失组只有6只、来自一个设施;人类评分者只测了3人、100张照片。加入活力评分后年龄差与死亡的关联减弱(风险比1.08,0.99–1.17),只用每只小鼠首张照片时为1.09(1.00–1.20)。
