科學家如何精準利用DNA重建人臉圖形？

無論身在何處，我們都會留下自己的DNA。

而這些DNA痕迹，已經可以被用於預測某些特徵，例如眼睛、皮膚與頭髮的顏色。很快，技術的發展甚至能夠藉此準確地重建我們的完整面部圖像。

這是一個「DNA表型」的世界，即立足遺傳數據重建物理特徵。目前，眾多研究機構與企業正在以刪除姓名的方式共享經過「匿名化」處理的遺傳數據。但是，如果我們能夠預測其所有者的容貌，隱私性保障是否將淪為一句空話？

無論我們是否情願，這就是當前的科學水平，也預示著未來的發展方向。

>>>預測頭髮、眼睛與皮膚的顏色

多年以來，DNA表型一直是學術界的一大活躍研究領域。求醫生物學研究人員Manfred Kayser與Susan Walsh等人已經開創出多種可用於法醫學的DNA表型分析方法。

2010年，他們開發出了IrisPlex系統。這套系統利用六種DNA標記確定檢測對象的眼睛為藍色抑或是棕色。2012年，能夠預測頭髮顏色的標記也被添加進來。去年，該組織又新增了膚色判斷能力。這些測試已經通過網站全面發布，任何有權訪問其基因數據的參與方都可以進行試用。

這種特徵預測能力正被廣泛用於解決各類問題。例如，最近研究人員就藉此發現，「切達人」（即英國最古老的完整人類骨骼）可能擁有著黑色或深色皮膚以及藍色/綠色的眼睛。這套預測模型主要建立在現代歐洲人群基礎之上，因此在利用其測試其他（特別是古代）人群時可能需要對結果抱有謹慎的看待態度。

>>>發展全貌

隨著機器學習方法的廣泛應用，DNA表型研究在過去一年中得到迅速發展。然而，學術界對於這種預測能力的具體水平仍然存在著激烈的爭論。

去年，由遺傳學家Craig Venter建立的Human Longevity公司就對大約1000人的體貌特徵進行了詳細測量。他們對受訪者的全基因組（即完整遺傳密碼）進行測序，並將數據組合起來以製作出能夠預測3D面部結構、聲音、生物年齡、身高、體重、體重指數、眼睛顏色以及皮膚顏色的模型。

這項研究受到多位著名科學家的強烈反對，其中包括人稱「基因組黑客」的Yaniv Erlich。這項研究似乎是在根據性別與血統預測平均相貌指標，而非針對每位個體的特定面容。此外，研究中使用的小規模民族混合群體調查方法也受到了批評。

Erlich同時指出，即使能夠實現準確的面部預測，這種方法在識別現實世界中的某一個體時也需要：

「首先創建一套包含巨大人口規模的資料庫，其中包含其希望識別的每一個個體的身高、面部形態、數字語音簽名以及人口統計數據。」

因為如果沒有這樣一套詳盡的生物識別資料庫，我們根本無法從物理預測當中得出足以定位至單一個體的結論。

>>>這不就是匹配資料庫？

事實證明，澳大利亞政府正在建立這樣一套資料庫。「The Capability」項目是一套擬議當中的生物識別與人臉識別系統。其將閉路電視錄像與護照及駕照中的信息進行匹配。雖然最初被宣傳為一套反恐方案，但最近有報告稱該資料庫亦可供企業付費使用。

與此同時，澳大利亞稅務局也剛剛啟動了語音識別服務。我們很容易就能夠將這項新服務與「The Capability」項目聯繫起來。

此外，澳大利亞絕不是唯一有意建立生物識別與人臉識別監視體系的國家。印度正在部署Aadhar系統，中國則在人臉識別領域處於領先地位。

▲澳大利亞政府正在建立一套名為The Capability的人臉識別系統，該系統能夠將閉路電視錄像與護照及駕照中的信息進行匹配。

>>>DNA面部重塑

目前，大多數法醫DNA分析技術都要求將對象的「身份」與資料庫內的「匿名」標記進行匹配。換言之，對於身份尚不明確的嫌疑人，執法方面很難藉此了解其個人信息。不過隨著基因組技術的進步，法醫遺傳學正在快速發展，並有望通過測試快速通過遺留在現場的DNA揭發犯罪分子的真面目。

目前，不少公司都在提供收費DNA表型分析服務。以Parabon NanoLabs為例，該公司聲稱能夠準確通過DNA預測未知對象的外貌。警方已經開始使用他們提供的服務，昆士蘭警局還藉此偵破了最近在黃金海岸發生的連環強姦案。

Parabon 系統同樣以預測模型為基礎。具體來講，它通過將機器學習工具應用於遺傳/性狀參考資料庫而開發完成。該公司能夠憑藉DNA樣本預測出對方的膚色、眼睛顏色、頭髮顏色、是否有雀斑、血統以及臉部形狀。利用這些預測結論，法醫人士將能夠快速進行犯罪嫌疑人的樣貌還原，從而開展通緝與抓捕。

不過不少人對Parabon系統的功能持懷疑態度。目前我們很難對這套系統的效能做出評估，因為其計算機代碼一直沒有公開，而且方法本身也沒有經過同行的嚴格評審。

與其它類型的DNA證據一樣，如果孤立使用某種分析結論，則很可能帶來司法不公的風險。在這方面，DNA表型的效果往往要比其它預測手段更具有排他性。Parabon公司出明確指出，他們的相貌預測應與其它調查信息配合使用，旨在縮小可能的嫌疑人範圍。

>>>這一切最終將把我們帶向何方？

考慮到同卵雙胞胎的存在，以及我們的DNA能夠涵蓋多少副面孔即可，大家就能很快意識到問題的複雜性。真正的挑戰在於，DNA與我們的物理特徵之間到底擁有怎樣的聯繫，我們能否最終突破這一挑戰，而突破的過程又需要耗費多長時間？

當然，一部分特徵相對更容易預測。舉例來說，我們只需要極少的遺傳標記即可推斷出對方的眼睛顏色。但其它一些特徵將更為複雜，因為其具有多基因性——也就是由大量基因變體共同產生的特徵。

最近一項關於著色顏色的遺傳學研究，對30萬擁有歐洲血統的受眾進行了調查。他們總共發現110種與頭髮顏色相關的全新遺傳標記，而且其中某些發色（黑色或紅色）的預測可靠性，要遠遠高於其它顏色（金色與棕色）。

▲DNA面部重建科學正在迅速發展

DNA編碼的具體方式，表示我們的體貌特徵可能繼承自不同的祖先群體，而不同的來源自然會有不同的表現形式。目前，我們對現代歐洲人的體貌預測能力明顯更強，這主要是因為現有基因資料庫包含的大多是具有歐洲血統的受試者。

隨著我們在更大（更具有種族代表性）的資料庫中採用越來越複雜的機器學習方法，我們立足DNA信息預測人類外貌的能力亦有望不斷提高。

Parabon的服務附帶免責聲明，其中提到用戶不應將其與人臉識別系統配合使用。然而，這些技術的整合之路很可能一步步成為現實，並引發更為廣泛的質疑甚至是批評之聲。

>>>這一切對於遺傳隱私意味著什麼？

儘管我們目前的分析能力仍然存在爭議，但DNA表型科學的發展不會止步，只會向著更高的目標前進。

正在迅速發展的DNA表型分析技術，讓我們得以逐漸探索自己的遺傳數據中包含多少個人信息。如果真的能夠單純利用遺傳數據重建出相貌圖像，那麼即使去掉相關者的姓名，別有用心的人仍然能夠將其與真實身份聯繫起來。

在未來，保護我們的基因數據隱私，也許意味著我們必須提出前所未有的創新型加密方法——例如基因組隱藏、基因組尖峰或者基於加密與區塊鏈的基因組記錄平台等。

總而言之，我們對遺傳密碼了解得越多，保護基因數據隱私也將變得愈發困難。

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！