<p>通常情況下，準(zhǔn)確測(cè)量最大攝氧量(VO2max)的測(cè)試需要昂貴的實(shí)驗(yàn)室設(shè)備，而且大多僅限于精英運(yùn)動(dòng)員。攝氧量是全面健康的關(guān)鍵衡量指標(biāo)，也是心臟病和死亡風(fēng)險(xiǎn)的重要預(yù)測(cè)指標(biāo)。這種新方法使用機(jī)器學(xué)習(xí)在日?；顒?dòng)中預(yù)測(cè)人體進(jìn)行有氧運(yùn)動(dòng)的最大攝氧量(VO2max)，而不需要GPS測(cè)量等背景信息。</p> <p>&nbsp;</p> <p>在迄今為止同類研究中規(guī)模最大的一項(xiàng)研究中，研究人員使用可穿戴傳感器收集了超過1.1萬名芬蘭研究參與者的活動(dòng)數(shù)據(jù)，并在7年后對(duì)其中一部分參與者再次進(jìn)行了測(cè)試。研究人員利用這些數(shù)據(jù)開發(fā)了一個(gè)預(yù)測(cè)VO2max的模型，然后對(duì)第三組進(jìn)行了基于實(shí)驗(yàn)室的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)測(cè)試。與基于實(shí)驗(yàn)室的測(cè)試相比，該模型顯示出較高的準(zhǔn)確性，優(yōu)于其他方法。</p> <p>&nbsp;</p> <p>目前市場(chǎng)上的一些智能手表和健身監(jiān)測(cè)器聲稱可以提供最大攝氧量的估計(jì)值，但由于支持這些預(yù)測(cè)的算法沒有公布，而且隨時(shí)可能發(fā)生變化，所以目前還不清楚預(yù)測(cè)是否準(zhǔn)確，也不清楚運(yùn)動(dòng)方案是否會(huì)隨著時(shí)間的推移對(duì)個(gè)人的最大攝氧量產(chǎn)生任何影響。</p> <p>&nbsp;</p> <p>劍橋開發(fā)的模型健壯、透明，僅根據(jù)心率和加速度計(jì)數(shù)據(jù)提供準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)。由于該模型也可以檢測(cè)健康狀況隨時(shí)間的變化，它也可以用于估計(jì)整個(gè)人群的健康水平和確定生活方式趨勢(shì)的影響。研究結(jié)果發(fā)表在《npj數(shù)字醫(yī)學(xué)》雜志上。</p> <p>&nbsp;</p> <p>最大攝氧量被認(rèn)為是健康測(cè)試的&ldquo;黃金標(biāo)準(zhǔn)&rdquo;。例如，職業(yè)運(yùn)動(dòng)員在運(yùn)動(dòng)到筋疲力盡時(shí)，通過測(cè)量他們的耗氧量來測(cè)試他們的VO2max。在實(shí)驗(yàn)室里也有其他測(cè)量健康的方法，比如心率對(duì)運(yùn)動(dòng)測(cè)試的反應(yīng)，但這些都需要跑步機(jī)或運(yùn)動(dòng)自行車等設(shè)備。此外，劇烈運(yùn)動(dòng)對(duì)一些人來說也是一種風(fēng)險(xiǎn)。</p> <p>&nbsp;</p> <p>來自劍橋醫(yī)學(xué)研究委員會(huì)(MRC)流行病學(xué)部門的合著者索倫&middot;布拉奇博士說:&ldquo;最大攝氧量不是衡量健康的唯一標(biāo)準(zhǔn)，但它是衡量耐力的重要指標(biāo)，也是糖尿病、心臟病和其他死亡風(fēng)險(xiǎn)的有力預(yù)測(cè)指標(biāo)。&rdquo;&ldquo;然而，由于大多數(shù)VO2max測(cè)試都是在相當(dāng)健康的人身上進(jìn)行的，所以很難從那些不那么健康、可能有心血管疾病風(fēng)險(xiǎn)的人那里得到測(cè)量結(jié)果。&rdquo;&nbsp;</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;我們想知道是否有可能通過可穿戴設(shè)備的數(shù)據(jù)來準(zhǔn)確預(yù)測(cè)VO2max，這樣就不需要運(yùn)動(dòng)測(cè)試了，&rdquo;劍橋大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系的聯(lián)合主要作者Dimitris Spathis博士說。&ldquo;我們的核心問題是，可穿戴設(shè)備能否測(cè)量野外的健康狀況。大多數(shù)可穿戴設(shè)備提供心率、步數(shù)或睡眠時(shí)間等指標(biāo)，這些指標(biāo)是健康狀況的代表，但與健康結(jié)果沒有直接聯(lián)系。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>這項(xiàng)研究是兩個(gè)部門之間的合作:來自MRC流行病學(xué)部門的團(tuán)隊(duì)提供了人口健康和心肺健康方面的專業(yè)知識(shí)，以及來自芬蘭研究(英格蘭東部一項(xiàng)長(zhǎng)期的公共健康研究)的數(shù)據(jù)，而來自計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)部門的團(tuán)隊(duì)則提供了針對(duì)移動(dòng)和可穿戴數(shù)據(jù)的機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能方面的專業(yè)知識(shí)。</p> <p>&nbsp;</p> <p>這項(xiàng)研究的參與者連續(xù)六天佩戴可穿戴設(shè)備。傳感器每秒收集60個(gè)值，因此在處理之前會(huì)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)。斯帕西斯說:&ldquo;我們必須設(shè)計(jì)一個(gè)算法管道和適當(dāng)?shù)哪Ｐ?，可以壓縮如此龐大的數(shù)據(jù)，并利用它做出準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)。&rdquo;&ldquo;數(shù)據(jù)的自由生活特性使這一預(yù)測(cè)具有挑戰(zhàn)性，因?yàn)槲覀冊(cè)噲D用噪聲低的數(shù)據(jù)(可穿戴傳感器)預(yù)測(cè)高水平的結(jié)果(健康)。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>研究人員使用了一種被稱為深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的人工智能模型，從原始傳感器數(shù)據(jù)中處理和提取有意義的信息，并據(jù)此預(yù)測(cè)VO2max。除了預(yù)測(cè)外，訓(xùn)練過的模型還可用于識(shí)別與適應(yīng)度相關(guān)的特別需要干預(yù)的亞人群。</p> <p>&nbsp;</p> <p>在芬蘭研究中，11,059名參與者的基線數(shù)據(jù)與7年后的隨訪數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較，隨訪數(shù)據(jù)來自2675名原始參與者的子集。來自英國生物銀行驗(yàn)證研究的第三組181名參與者進(jìn)行了基于實(shí)驗(yàn)室的VO2max測(cè)試，以驗(yàn)證算法的準(zhǔn)確性。在基線測(cè)試(82%一致)和后續(xù)測(cè)試(72%一致)中，機(jī)器學(xué)習(xí)模型與測(cè)量的VO2max分?jǐn)?shù)有很強(qiáng)的一致性。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;這項(xiàng)研究完美地展示了我們?nèi)绾卫昧餍胁W(xué)、公共衛(wèi)生、機(jī)器學(xué)習(xí)和信號(hào)處理等領(lǐng)域的專業(yè)知識(shí)，&rdquo;共同首席作者Ignacio Perez-Pozuelo博士說。</p> <p>&nbsp;</p> <p>研究人員表示，他們的研究結(jié)果證明了可穿戴設(shè)備可以準(zhǔn)確測(cè)量健康狀況，但如果要信任從商業(yè)上可穿戴設(shè)備獲得的測(cè)量結(jié)果，就需要提高透明度。</p> <p>&nbsp;</p> <p>Brage說:&ldquo;從原則上講，許多健身監(jiān)測(cè)器和智能手表都能測(cè)量最大攝氧量，但很難評(píng)估這些說法的有效性。&rdquo;&ldquo;這些模型通常不會(huì)公布，算法也會(huì)定期更改，這讓人們很難確定自己的適合度是否真的提高了，還是只是由不同的算法估計(jì)出來的。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>斯帕西斯說:&ldquo;你的智能手表上所有與健康和健身有關(guān)的東西都只是一個(gè)估計(jì)。&rdquo;&ldquo;我們對(duì)我們的模型是透明的，我們是大規(guī)模的。我們表明，將噪聲數(shù)據(jù)與傳統(tǒng)生物標(biāo)記物相結(jié)合可以獲得更好的結(jié)果。此外，我們所有的算法和模型都是開源的，每個(gè)人都可以使用它們。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>來自計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系的資深作者塞西莉亞&middot;馬斯科洛教授說:&ldquo;我們已經(jīng)證明，你不需要在實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)行昂貴的測(cè)試就能獲得真正的健康測(cè)量&mdash;&mdash;如果它們背后有正確的算法，我們每天使用的可穿戴設(shè)備也可以同樣強(qiáng)大。&rdquo;&ldquo;心臟健康是如此重要的健康指標(biāo)，但直到現(xiàn)在我們還沒有方法來大規(guī)模測(cè)量它。這些發(fā)現(xiàn)可能會(huì)對(duì)人口健康政策產(chǎn)生重大影響，因此我們可以超越身體質(zhì)量指數(shù)(BMI)等較弱的健康指標(biāo)。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>該研究得到了劍橋大學(xué)耶穌學(xué)院和英國研究與創(chuàng)新(UKRI)下屬的工程與物理科學(xué)研究委員會(huì)(EPSRC)的部分支持。Cecilia Mascolo是劍橋大學(xué)耶穌學(xué)院的研究員。</p> <p>&nbsp;</p> <blockquote> <p>注：本文由院校官方新聞直譯，僅供參考，不代表指南者留學(xué)態(tài)度觀點(diǎn)。</p> </blockquote>