出品：科普中國
作者：郭菲 （煙臺大學）
監製：中國科學院計算機網絡信息中心
9月10日，《自然》雜誌報道了一種能夠利用DNA重構人臉的AI系統。只需一點殘留在犯罪現場的嫌疑人DNA樣本，電腦就能繪製出該人的精確畫像，協助警方更快地追蹤犯罪嫌疑人，如此神奇的新技術不禁讓我們這些“吃瓜群眾”大呼黑科技萬歲。
△利用DNA信息重構的嫌疑人畫像（系1987年某一謀殺案件嫌疑人，已被美國警方依據畫像抓獲） 來源：Parabon官網
其實，這套系統應用的技術雖然較為新穎，但絕對算不上是黑科技。而且，它很可能並不是兇案偵查技術的最優解，發展它的背後其實是技術進展對於倫理爭議的無奈妥協。下面就帶大家來了解一下DNA在刑偵技術中的各種應用，以及DNA重構人臉在其中所處的位置。
DNA破案不稀奇，可它的原理你真的瞭解嗎？
利用DNA破案的核心關鍵是必須獲得犯罪嫌疑人的DNA，這一條件在大部分的兇案事件中都能得到滿足。無論是多麼狡猾的犯罪分子，完全抹除自己在犯罪現場的痕跡都絕非易事。警方採集到可疑DNA後，會採用各種方式尋找擁有該DNA的嫌疑人，這些方式大致可以分為兩類。其一是通過解析這些DNA數據中特定的基因信息，得出犯罪嫌疑人相關的生理特徵，例如性別、人種乃至髮色、瞳色等等，這些生理特徵對於警方縮小嫌疑人範圍、確定突破方向都至關重要。另一種方式則是通過將採集到的數據與基因數據庫中的個人DNA信息進行比對，一旦比對成功，就可以確定嫌疑DNA的歸屬。
具體的比對過程又分為很多種情況，可以利用的技術路線也相當豐富。例如我們可以儘量地豐富DNA數據庫的內容，把儘可能多的人類DNA數據納入其中，這樣一來嫌疑數據與庫中數據直接吻合的概率就會提高。不過由於現階段擴展DNA數據庫還存在諸多的技術和法律課題，因此目前DNA數據庫中的人類樣本數量其實並不算非常龐大，至少遠遠達不到億這樣的數量級。所以實際應用過程中，直接命中庫內樣本的幾率非常小，大部分情況是在庫中發現和嫌疑人存在親緣關係的人。
存在血緣關係的人之間，會共享一部分相同的遺傳基因，這也正是DNA親子鑑定所依據的原理。例如兒子擁有父親一半的遺傳基因，兄弟之間各自擁有對方一半的遺傳基因等。而親緣關係越遠，共享的基因量就越少。目前的比對技術已經可以確認四代以內的表親（共享同一個曾曾曾祖父，即爺爺的爺爺的父親）關係，只要DNA樣本庫中存在嫌疑人四代表親以內的血親，就可以首先將這位血親篩選出來，再通過各種調查順藤摸瓜確定嫌疑人身份。
此外，近年來在兇案刑偵中屢有高光表現的
Y-STR基因比對技術同樣屬於這一路線，它依據的原理是同一姓氏家族中的男性成員之間，Y染色體存在一定的家族特徵，因此只要基因數據庫中存在與嫌疑人同姓的男性家族成員，就能被篩選出來。白銀案和南醫大案的偵破過程中，Y-STR都發揮了至關重要的作用。 △來源：Veer圖庫
有了DNA比對技術，為什麼還要用DNA重構人臉？
看完了上一個段落中的講解，相信有人會提出這樣一個疑問：既然我們已經有這麼多的辦法來比對DNA數據，那利用DNA繪製嫌疑人的畫像是否有多此一舉的嫌疑？我們直接把嫌疑人的數據輸入到庫裡進行比對，不就能發現嫌疑人的親屬，從而極大地縮小排查範圍了嗎？
其實，通過DNA比對直接找到線索在現階段還有兩大問題。第一，由於剛才提到的各種DNA數據庫規模都較小的原因，比對成功的幾率仍然很低。白銀案和南醫大案在我國刑偵人員廣泛採用類似的比對技術後，仍然花了很多年才破獲，原因就是一直沒找到比對命中的目標。例如白銀案是嫌疑人家族中某男性親屬因涉經濟案件而入獄，警方將他的DNA數據輸入數據庫中後才發現他與白銀案嫌疑人存在親緣關係。因此，如果能夠通過DNA數據得到嫌疑人的樣貌，對於案件的破獲同樣具有重大的意義。
比對方式存在的第二個問題就是
倫理爭議，它包含很多的潛在議題。例如收集公民的DNA數據是否有法律依據；在公民不知情的情況下進行DNA數據的比對是否有侵犯公民隱私的嫌疑；大部分面向公眾開放的DNA數據庫，都不是以解決刑事案件為目的（主要目的是為了尋找失散的親人等），如果違背上傳者本意使用這些數據，是否涉嫌違反最初的用戶協議；尋找嫌疑人家族成員的方式會不會造成歧視行為（例如當事人周圍的輿論會有某某家族的人都是罪犯一類的議論）等等。
△南醫大案疑犯麻某剛的速寫畫像與真人照片 來源：揚子晚報
而利用DNA模擬嫌疑人畫像的方式較好地迴避了上述爭議，它並不會涉及DNA數據的直接比對，因此不存在比對不成功或者比對過程中產生倫理或者法律問題的情況。實際上，本次得到《自然》雜誌專門報道的DNA數據解析公司Parabon-Nanolabs正是因為面臨倫理和法規困境，才將主攻方向從DNA比對技術轉向了人臉還原。
2018年左右，Parabon開始與警方合作，採用自己的技術將警方提供的嫌疑人樣本與以尋親為目的的公眾DNA數據庫GEDmatch進行比對。兩年多時間內，相繼協助警方破獲了120起殺人、強姦案件。
臭名昭著的“金州殺手”案件正是在此時取得突破，雖然本案的破獲並非是Parabon直接參與，但他們採用完全相同的方法，且當時為警方提供技術支持的人員有多人後來加入了Parabon。
利用DNA數據比對技術，2018年4月，薩克拉門託警方逮捕了70到80年代在加州犯下至少12起謀殺案、50起強姦案的“金州殺手”—— 約瑟夫·詹姆斯·迪安傑洛。之前幾個月，警方在GEDmatch數據庫中發現了2名迪安傑洛的疑似二代表親，然後逐一排查、順藤摸瓜，最終將其收入法網。
金州殺手的伏法在美國引發了廣泛的社會關注，評論對新技術普遍表示讚揚，稱其為科學的勝利。但輿論在另外一起事件後卻發生了反轉，令事業發展順風順水的Parabon不得不轉移主攻方向。
2018年11月，一位71歲的摩門教信徒在教會的大廳內練習風琴時遭到不明身份人員的襲擊和拘禁。警方根據破碎玻璃上攜帶的血跡，提取到了嫌疑人的DNA，經由Parabon分析，在數據庫中找到了該DNA擁有者叔父（舅父）的情報，從而最終抓獲了18歲的犯罪嫌疑人。
這一事件本來是Parabon的一起成功案例，但令他們沒有想到的是，輿論卻普遍對此表示擔憂。不少人認為這起案件並不是殺人或者強姦一類嚴重的刑事案件，是否存在技術濫用的嫌疑，畢竟GEDmatch的用戶在上傳數據時並未簽署同意將自身數據用於此類案件偵查的協議。對於個人隱私權的關注成為了輿論主流，瞬間將Parabon置於爭議旋渦的中心。此後，GEDmatch和行政管理部門都收緊了對於DNA匹配的管理和審查，這也讓Parabon不得不將重心轉移到DNA還原人臉的方向。
值得一提的是，除了能夠還原兇手相貌，在確認面容高度毀壞的無名屍體身份方面，Parabon的面容復原技術也具有非常高的應用價值，且幾乎完全沒有倫理爭議。 下方左圖是Parabon幫助警方復原的某無名女屍生前樣貌，右圖是女屍身上的紋身，上面的“Monique”應該是她的名字。
△“Monique”面容復原圖和紋身 來源：紐約時報
這樣看來，DNA還原人臉的技術確實有它存在的價值，那麼這一技術是如何實現的呢？
DNA人臉重構是如何實現的？
從技術角度來說，利用DNA還原人臉介於上一段中提到的兩種路線之間，既有對個別基因的定位，又有數據庫樣本間的比對。理論上，面容由遺傳基因決定，但決定面容的基因絕非十個八個，而很可能是數千個、數萬個。因此，如果逐個分離眼皮單雙、瞳色髮色一類決定面容的基因再將其進行綜合，需要定位的基因數量過於龐大，基本上是不可能完成的任務。
因此，Parabon採用人工智能和基因大數據相結合的方式，通過將人臉照片和對應的DNA數據輸入自己開發的系統，訓練電腦逐漸掌握基因和麵容的對應關係。經過對幾十萬人樣本的學習，電腦就能對特定DNA的主人進行面容預測。雖然這項技術雖然仍在發展中，但已經取得了令人驚歎的成果，尤其是相對於傳統的嫌疑人速寫，DNA人臉重構技術穩定性與準確性都有所提升。
在“金州殺手”案件破案後，人們就發現根據目擊者描述繪製的嫌疑人速寫實際上對破案的幫助相當有限。如下圖各版本速寫中，與真人照片（最左）相對接近的可能只有一到兩幅（例如最右）。傳統方式的嫌疑人速寫很多時候反而起了誤導警方的反作用。
△迪安傑洛犯案期間的真人照片以及不同地區警方提供的畫像 來源：維基百科“金州殺手”條目
在我國，類似的DNA比對技術近年來在陳年積案的破獲過程中多次立功，民眾對此普遍持歡迎態度。與西方社會有所不同，我國在強調個人隱私的同時更加強調公共安全，因此民眾對於這項技術的應用也表現出更高程度的理解與配合。Parabon公司的負責人持有同樣的觀點，“
你有隱私不被侵犯的自由，你同樣也應該有不被殺害、不被強姦的自由”。
參考文獻：
1. The controversial company using DNA to sketch the faces of criminals
https://www.nature.com/articles/d41586-020-02545-5
2. Parabon Nanolabs Faces Controversy for Using Supposedly Private DNA Database to Identify Criminals
https://www.sciencetimes.com/articles/27246/20200910/parabon-nanolabs-forensics-genetics-reconstructing-faces-using-dna.htm
3. Using DNA to Sketch What Victims Look Like; Some Call It Science Fiction - The New York Times
