Learning faces from DNA

La struttura geometrica del volto umano è fortemente influenzata dalla genetica, riconosciuta come caratteristica ereditaria fin dall’antichità. Tuttavia rimane ancora da comprendere esattamente come le variazioni genetiche si esprimano attraverso le differenti caratteristiche fenotipiche della geometria del volto. In linea di massima, sappiamo che il viso di un bambino assomiglia a quello dei suoi genitori, ma abbiamo solo un’idea approssimativa di quali variazioni nel codice genetico dei genitori siano responsabili per una certa forma del naso, delle sopracciglia e degli zigomi del bambino. Risalire alla struttura del volto a partire dal DNA è un esempio molto importante di ricostruzione del fenotipo dal genotipo, potremmo quasi definirlo il Santo Graal della genetica moderna. Risolverlo con successo potrebbe condurci ad una svolta in numerose applicazioni, dalla diagnosi precoce di malattie associate all’invecchiamento alla medicina personalizzata.

Nell’ambito di questo progetto sfrutteremo una nuova tipologia di metodi di apprendimento automatico, chiamata “geometric deep learning”, che consente di associare tratti geometrici facciali a specifiche caratteristiche genetiche. In particolare, applicheremo reti neurali convoluzionali intrinseche a scansioni 3D di volti umani, al fine di imparare a ricostruire in automatico la mappatura della geometria del viso a partire dai tratti genetici. Utilizzeremo un’architettura encoder-decoder nella quale l’encoder trasforma i tratti geometrici facciali (estratti in automatico dalle reti neurali convulzionali intrinseche) in un vettore di caratteristiche genetiche, mentre il decoder esegue la mappatura inversa, creando i modelli 3D associati a caratteristiche genetiche predefinite.

Dato che il viso riflette la nostra identità, crediamo che il progetto possa attrarre grande interesse da parte della società, dei media e delle aziende. Una migliore comprensione della morfologia facciale fornirebbe importanti spunti per applicazioni quali la modellazione del volto ed il riconoscimento facciale e potrebbe rivelarsi utile per la diagnosi di sindromi genetiche. Nel campo dell’archeologia, i volti di uomini e donne di civiltà antiche potranno essere ricostruiti grazie al materiale genetico contenuto nei loro resti. Da ultimo, ma con risvolti non meno interessanti, il DNA rinvenuto sulla scena di un delitto potrebbe portare alla ricostruzione del volto degli individui coinvolti e diventare, così, uno strumento rivoluzionario per la risoluzione di migliaia di casi.