生物医学知识整合论

上述问题之我见
• 形式空间和物理空间的关系问 题:
智者的知识处理在形式空间而笨伯的知识处理 在物理空间
• 纯意识性系统的的排它性，唯存性， 系统以外不存在性：纯意识性系统 的一个潜原则是：“除了表述的内 容和其普通逻辑所蕴涵的内容外， 其余一切均不存在或不成立”。
–（1）不能把“纯意识系统”与“物 理系统”混为一谈
变角色。例如，“问：什么类型（GVAR）的 学生？答：医学生（GVAL）” →“问：什 么类型的医学生（GVAR）？答：儿科学学生 （GVAL）” →……（见表3）。
把问题一般化，我们就得到：
• 变量-变量值角色传递律 .
BMKI准物性知识研究（举例）：
• 病历的陈述性数据（declarative data）的认知方向：（1）是否存 在异常现象？（2）如果存在，异 常现象是怎样的？（3）这些异常 想象属于已知疾病集合中何种疾病？ （4）如无法指定，则是否能发现 新的异常现象。
Openclincal在其白皮书“医学 知识危机及其解决方法知识处 理”的总结中说：
• 1.对于一个没有(医学知识工程)支 持的医疗卫生人员，已不可能用传 统的方法掌握现代科学知识,即以 可能做到的有效而安全的医疗服务 所需要的所有知识。
• 2.后基因时代情况将变得更糟糕。
• 3.知识危机的一个可能解决方法是采 用更为严谨的方法和技术进行知识处 理。
属性以实现此过程（见图4）。
• 在抽象化和具体化过程或A-E运动中，涉 及二个重要概念：
–广义变量（Generalized Variable， GVAR），即对事物观测或描述的方面；
–广义变量值（Generalized Value，GVAL)， 即对GVAR的指定。
在A-E运动中，事物往往在GVAR和GVAL之间转
病历数据认知属性：
数据的生成属性：
Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ, Ⅳ, Ⅴ, Ⅵ ,Ⅵ+型数据生 成器.
数据的表达属性：
病历数据的表达属性：数据结构分析 （形态属性）
基本信息体分析
• 信息三联体 :信息载体+特征变量+ 变量值
Table 1 The triple form of information
InfoCarrier infoVariable
知识的纯意性活动一例：
概念抽象化与具体化
• 概念的抽象化是获得原概念的元概念或 元类的过程，通过不断地自由地从原概 念的定义属性集合（The Definitional Attribute Set，DAS）中抽去某种或某
些属性以实现此过程（见图3）。
• 相反，概念的具体化为指定原概念的子 概念或实例的过程，通过不断地但并非 完全自由地或不无约束地（必须得到物 理世界的认可）向DAS中增加某种或某些
W3的梦想
• 本体Web或语义Web:
概念性本体的整合的可能性?
• 然而很多深层次的问题没有解决! • 有关知识的理论问题尚待探索！ • 知识整合理论是一片广袤的荒芜之地！ • 生物学家年几十倍、几百倍地低估了问题的复杂性！
知识论
• 我们常说知识就是力量。人类 从生命起始到生命终极，几乎 无时无刻不在追求知识。但即 便如此，人类对于自身与自然 的求知的本质，其实所知不多。
上帝与流浪汉的故事
• （涉及何种认知科学原理？）
• 二个空间最简单的转换问题!
(这一转换在意识空间中是合理的，在物理空间中 是荒诞的）
教士和食人者故事
• J.麦卡锡提出的一个人工智能难题 (涉及何种认知科学原理？)
Fig.4 A solution of the story “Three priests and three human-eaters”. and are priest and human-eaters, respectively.
other semantic rel
patient
symptom include
patient
symptom include
patient
symptom include
patient
therapy include
patient
therapy include
patient
therapy include
循环；14.主动脉瓣开闭循环；15.主动脉内血液压力循环；16. 心脏泵血循环
盲人摸象新说
• 利用信息整合技术，我们的盲人小组获 得了巨大进步。虽然他们各自所拥有的 信息丝毫没有增加，但他们所构建的大 象模型向真实的大象逼近了一大步。
• 借此笔者希望阐明生物医学知识整合论 的意义：所有的生物学、医学及生物医 学信息学的研究和开发都是环绕着机体 这同一目标，他们的结果之间必然存在 内在的联系。深入探讨、挖掘、建立这 些联系有助于我们在整体上对机体的理 解，这就是BMKI的根本任务。
（涉及何种认知科学原理？）
物理系统-知识背景-准形式化系 统的转换问题
准物性知识与纯意性知识
• 纯意性知识描述对象是独立于物理 世界的抽象概念，如欧氏几何的点， 线，面，三角形，矩形，平行四边 形，正方形，正方体，体，圆，球 体，整数系，实数系。
• 准物性知识描述具体的物理事物， 如“罪犯的脸呈长方形”，“病人 皮肤呈桔黄色”。
• 仍存在大量而严重的错误处方。
–英国每小时有4个病人死于错误处方。 –美国每小时有11个病人（每年约9.8万
人）死于错误处方。
• 美国每年发生近77万起恶性药物事 故。
（而50%的这些错误可以在有效的信息 管理中避免）
• 类似地，据英国《泰晤士报》8月 13日报道，每年英国至少有7．2万 人因医院误诊或医疗事故而无辜丧 命，医疗事故变成威胁英国人生命 的第四大杀手。而且，不少医院还 故意隐瞒医疗事故实际数目，这导 致庸医们逍遥法外。
结论：
• 医生的职责为治病救命,结果却往往 相反;
• 病人，医生，人类需要知识工程！
系统生物学家的梦想
• “我们正站在一个令人振奋的新纪元的起点上。 在这个新时代中，生物学和信息学的力量将结 合起来，共同解决在环境，能源产品和人类健 康领域中的重大问题。”
-----Genomes to Life Workshop 2001 “Visions for Computational and Systems Biology”
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图2 心脏泵血循环连接图：1.膜电位循环；2.钙离子从肌浆网收放循环(借助于钙 泵即Ca++依赖式ATP酶的循环)；3.肌钙蛋白与Ca++结合与释放循环；4．肌钙蛋 白分子构型循环；5.原肌凝蛋白的构型变化循环；6.横桥与肌纤蛋白结合-扭动-解 离循环(依赖于肌球蛋白的头部即ATP酶激活-分解ATP-释放能量-抑制循环)；7. 粗肌丝与细肌丝的滑动循环；8.肌节的缩舒循环；9.肌纤维的缩舒循环；10.肌肉 的缩舒循环；11.心室内血液压力循环；12.房室瓣开闭循环；13.心房内血液压力
• 美国Texas州大学张家杰教授在 CMIA2005年年会（深圳）大会上 发言指出医疗事故死亡的人数每每
被医学信息学家形象化地描述 “One jumbo jet crash every day” （每天掉一架大型喷气式客机）。
Internet难救**!
成为中国首位利用“互联网”寻求拯救的病人。据 统计，前后在网上收到1000多封信， …… 出院时，家人收到了……50万元账单 十盒盒装的普鲁士蓝，总共四十余元…… ……严重的后遗症却将和她相伴终生。
• 4.这种态势尚未被广泛地意识和理解， 现有的很多技术的设计不能相互匹配 和交互操作。
• 5. OpenClinical为一个个人，组织 和商业公司组成的协会，它的成员认 识到在医学中改善知识处理的重要性 和相信通过合作和一致性可以达到目 。
• “生活在医疗卫生服务发达的富裕国家， 我们通常都认为当我们遇到什么医学问 题，它们必定会得到及时的有效的与高 度发达的医疗事业相称的治疗和处理。 一直以来，我们大家期望随着对疾病的 科学理解和处理的快速发展不断地得到 改善，期望着随后基因时代新知识爆炸 获得进一步提高。不幸的是，这种获得 最优质的服务的前景并不那么肯定，即 使对富裕的阶层。”
系统生物学家的梦想
• “系统生物学不是系统的生物学。它是驾于界于 个体成分与系统之间的中间领域，所以它是新领 域。它研究从分子走向系统时出现的新特征。它 不同于生理学或整体论（Holism）。它也不同 于还原学家的事业例如分子生物学，后者只研究 各种分子。系统生物学界于二者之间。”
-----Hans V. Westerhoff. Ph.D Department of Molecular Cell, Physioloy, BioCentrum Amsterdam
• 5．认知倾向的隐显性：
• 6．认知负荷L：认知负荷L = 1/I,与所需信息量 成反比。
数据认知倾向性举例
• “我们对疾病的理解和处理的史无前例的 发展与实际中应用这些知识的能力并不 匹配。这些问题根源是缺乏对新知识的 一致性的访问，缺乏足够的资源使大家 分享新知识的成果。”
• 英国i4u的主席Ian Purves 教授 来华讲学时提供了一组发生在 医疗行业的令人震惊数据：
–一个临床医生每年需要阅读 16,000篇专业文章（平均每天44 篇）以掌握最新的医学信息。
经济崛起 技术创造崛起 学科创新崛起 理论创建崛起
图1 一个民族的科学崛起
生命系统——物理整合的大师
• 是我们人类的科学活动而不是机体 本身把机体分解为量子生物学、分 子生物学、生物物理学、生物化学、 细胞学、组织学、解剖学、生理学、 免疫学、遗传学……各层次。相反， 大自然把万千机制都有条不紊地融 为一体，把无数元素、无数机制融 合和联合成一个完美的动态网络。