Учёные нашли проблему в популярных тестах на биологический возраст
Популярные методы оценки биологического возраста могут давать систематически смещённые результаты, причём величина этой ошибки зависит от состояния здоровья человека. Исследователи обнаружили такой эффект сразу в нескольких моделях, оценивающих возраст по изображениям органов и показателям крови. Это может осложнять интерпретацию исследований, в которых разницу между расчётным и фактическим возрастом используют как показатель ускоренного старения.
Биологический возраст пытаются оценивать по изменениям организма, которые обычно сопровождают старение. Для этого применяют различные биомаркеры и алгоритмы машинного обучения. Если модель определяет человека как более старого, чем следует из его календарного возраста, такую разницу часто рассматривают как возможный признак ускоренного старения и связывают с ухудшением здоровья.
Авторы новой работы проверили пять вариантов таких показателей. Они рассчитывали возраст по изображениям сетчатки глаза, МРТ головного мозга, рентгенограммам грудной клетки, КТ брюшной полости и анализам крови. Исследователей интересовало, насколько полученные оценки действительно отражают состояние здоровья и не возникают ли в них систематические статистические искажения.
В четырёх моделях, работавших с медицинскими изображениями, проявился известный эффект регрессии к среднему. Алгоритмы были склонны завышать возраст более молодых людей и занижать его у пожилых, смещая оценки в сторону среднего возраста людей, на данных которых обучалась модель.
Однако исследователи обнаружили дополнительную проблему. Сила этого смещения оказалась связана с состоянием здоровья: у людей с худшими показателями здоровья регрессия к среднему была выражена сильнее, чем у здоровых участников. В результате ошибка определения возраста сама становилась зависимой от здоровья.
Это важно, поскольку разницу между предсказанным и фактическим возрастом часто используют для поиска связи между ускоренным старением и заболеваниями. Если величина статистического смещения уже зависит от здоровья человека, часть наблюдаемой связи может определяться особенностями самой модели. Авторы показали, что этот эффект сохранялся и после калибровки показателей и систематически менял обнаруживаемые ассоциации в разных возрастных группах.
Из этого следует ещё одно ограничение. Связь между показателем биологического возраста и здоровьем, обнаруженная для всей исследуемой выборки, не обязательно будет выглядеть так же внутри отдельных возрастных групп. Поэтому результаты популяционных исследований нельзя автоматически переносить на конкретного человека.
Исследователи также проверили способность таких показателей различать здоровых и нездоровых людей на индивидуальном уровне. Она оказалась ограниченной у всех рассмотренных маркеров, включая PhenoAge — показатель, рассчитываемый по биомаркерам крови. Это означает, что наличие статистической связи между расчётным биологическим возрастом и заболеваниями в большой группе людей ещё не делает такой показатель надёжным инструментом оценки здоровья отдельного человека.
Работа не показывает, что концепция биологического возраста или все существующие методы его определения бесполезны. Результат касается конкретной проблемы моделей прогнозирования возраста и их интерпретации. Такие показатели могут сохранять ценность для исследований старения на уровне популяций, однако использовать разницу между расчётным и календарным возрастом как непосредственную меру состояния здоровья необходимо осторожно.
По мнению авторов, методы оценки биологического возраста требуют дальнейшей разработки и проверки, прежде чем на их основании можно будет надёжно оценивать здоровье отдельных людей. Особое внимание необходимо уделять тому, как ошибки моделей меняются в зависимости от возраста и состояния здоровья, а не ограничиваться общей корреляцией для всей выборки.
Исследование в виде препринта на arXiv.