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中醫(yī)學理論計算機仿真初探
中醫(yī)學理論計算機仿真初探發(fā)布時間： 2003-7-11 作者：李婷，陳曉東
摘 要：雖然中醫(yī)學所構建的龐大而復雜的系統(tǒng)難以在簡單系統(tǒng)的實驗室中得到驗證，但現(xiàn)代計算機仿真技術為中醫(yī)學提供了復雜系統(tǒng)的實驗室。而面向?qū)ο蟪绦蛟O計與中醫(yī)學相似的思維方式使之成為可能。運用這一技術可以作出諸如中醫(yī)學意義上的生理、病證、實驗模型，不僅可以對中醫(yī)學概念、理論、方法的客觀性、有效性、實用性進行證實，而且有前瞻性和預測性。
關鍵詞：計算機仿真；復雜系統(tǒng)；中醫(yī)學；面向?qū)ο蟪绦蛟O計
1 計算機仿真技術提供了適合中醫(yī)學理論的實驗室
科學技術的不斷進步，推動著整個人類社會的發(fā)展，計算機的出現(xiàn)，使人類社會由工業(yè)社會向后工業(yè)社會——信息社會過渡。我國著名的科學家錢學森說：“我們所設計的信息體系簡直可以包括全部人類千百年來創(chuàng)造的、而且還在不斷創(chuàng)造的精神財富。而這全部精神財富可以由我們每個人隨手調(diào)用和享受。這不但是從舊的腦力勞動中解放出來，而且是獲得一個偉大的世界，從來未有的高度文化的世界�！藢⒆兊酶鼮槁斆鳎祟惖那斑M步伐更將加快。”這位大科學家以前所未有的高度論述了由計算機引起的這場技術革命。隨著計算機技術的發(fā)展，一種嶄新的學科——仿真學誕生了，從新藥品的仿真測試到行星和星系的創(chuàng)生模型，以及計算機化培養(yǎng)皿中生長的數(shù)字生命形式，這是一種新的方法，不是基于直接的觀察和實驗，而是基于從真實空間向虛擬空間的映射。雖然這項工作仍處于起歩階段，但已足以讓每一顆好奇的心欣喜若狂。在這樣一個偉大的時代，古老的中醫(yī)學面臨著前所未有的機遇和挑戰(zhàn)。怎樣將計算機科學與技術融入中醫(yī)學領域，是一個值得深思和大膽嘗試的問題。值得慶幸的是，計算機仿真是建立在復雜系統(tǒng)理論基礎上的，而中醫(yī)學理論所描述的正是這樣一個復雜系統(tǒng)。
當伽俐略第一次拿起望遠鏡仰望太空時，他為人類創(chuàng)造了科學方法，即用實驗來檢驗關于世界如何成其為世界的種種假說。于是有了擁有試管、曲頸瓶和本生燈的化學實驗室，用來探測物質(zhì)內(nèi)核的價值連城的粒子加速器，以及在任何生物實驗室都能看到的解剖青蛙和用顯微鏡觀察植物細胞。然而，這些都是僅適用于簡單系統(tǒng)中物質(zhì)結構研究的實驗室�，F(xiàn)代理論物理學家薛定諤（Erwin Schrodinger）在《生命是什么？》一書中寫道：“只要我們涉及活物質(zhì)的結構，我們就必須面對這樣一個事實：它是以不能還原成通常的物理學定律的方式起作用的。原因不在于某種‘新的力’或某種類似的東西支配著活的機體中的一個個原子，而是其結構不同于任何我們已從試驗室研究中認識的東西�！盵1]也正因如此，尤其是對于與西醫(yī)學思維方式大相徑庭的中醫(yī)學理論，實驗室研究一直是一籌莫展，經(jīng)絡實質(zhì)的研究無功而返，各種“證”的實驗模型設計令人啼笑皆非，中藥的研究幾乎與中醫(yī)理論毫不相干……中醫(yī)學所構建的龐大而復雜的系統(tǒng)難以在簡單系統(tǒng)的實驗室中得到驗證，這是不難理解的。計算機仿真學的出現(xiàn)真值得每一位中醫(yī)界的同仁為此干上一杯，因為這一方法的出現(xiàn)能使中醫(yī)學多年的“科學夢”成為現(xiàn)實！雖然計算機仿真學正在起步? ??舛災幸窖Ю此等詞悄訓玫幕?觶?喚隹梢越銥?涔爬隙?衩氐拿嬪矗??矣型??幸窖Т蚩?簧刃碌拇竺牛??馗??憷?姆⒄箍占洹?nbsp;
而將計算機仿真技術運用于中醫(yī)學，面向?qū)ο蟪绦蛟O計是一個關鍵環(huán)節(jié)，下面將面向?qū)ο蟪绦蛟O計作一簡要介紹。
2 面向?qū)ο蟪绦蛟O計（OOP）概述
面向?qū)ο蟪绦蛟O計簡稱OOP，是Object-Oriented Programming的縮寫。面向?qū)ο笫桥c面向過程相對而言的，傳統(tǒng)的程序設計語言,如Ｃ語言，是面向過程的結構化程序設計語言，這種語言在２０世紀８０年代非常流行。隨著軟件業(yè)的發(fā)展，軟件的規(guī)模越來越大，導致軟件的生產(chǎn)、調(diào)試、維護越來越困難，因而發(fā)生了軟件危機。人們期待著一種效率更高，更加容易理解，更加符合人類思維習慣的程序設計語言，ＯＯＰ就是在這種情況下應運而生的。在２０世紀９０年代，ＯＯＰ異軍突起，成為最有希望，最有活力的程序設計方法。
①面向?qū)ο笈c面向過程的區(qū)別
計算機沒有思想，人必須明確地告訴它如何運算，每一步做什么。站在這種計算機的角度進行程序設計，就是面向過程的方法。如：用計算機模擬一只貓捉老鼠的過程，程序員必須告訴計算機每一步貓的具體的動作。如果用面向?qū)ο蟮某绦蛟O計方法來做，就可以把貓作為一個獨立的對象，貓會奔跑，貓會捉老鼠，這些是它的固有屬性，被封裝在貓這個對象之中，所以，只需給出老鼠出現(xiàn)的信息，貓就會自動去捉。與面向過程相比，面向?qū)ο蟮姆椒ǜ先说乃季S習慣。
②對象與類的概念
對象與類是面向?qū)ο蠓椒ㄖ械膬蓚�基本概念�？陀^世界中實體的抽象構成對象，任何事物都可以作為一個對象，如一個人、一輛汽車、一個窗口、一個按鈕、一座建筑、一項貸款等等。對象的劃分和定義是靈活的，視需要而定。具有相同屬性和行為的一個或多個對象的集合成為一類。類有層次之別，類下可以有子類，類上可以有父類。如：人可分為男人和女人，男人又可以分為兒童、青年、成年、老年等等。類是對象的抽象，對象是類的實例。類的劃分也是靈活的，依需要而定。子類可以作為父類的對象看待。
③對象的特性
對象有以下基本特性：
封裝性：對象是相對獨立的單元，與之相關的數(shù)據(jù)和操作被封裝在內(nèi)部，對外是不可見的。對象和對象之間通過信息交換進行聯(lián)系。如一只花貓，它是一個相對獨立的個體，它的機體內(nèi)包含復雜的結構，而這些結構是不可見的。
繼承性：每個對象都從它所屬的類中繼承共性。如一只花貓，它從貓這一類中繼承了貓的共性。
多態(tài)性：每個對象都有其特有的屬性，使之區(qū)別于其它對象。如一只具體的貓，它與其它貓是不同的，有不同色澤、脾氣、體重等。
④面向?qū)ο蠓椒ǹ梢杂孟铝蟹匠淌絹砀爬ǎ?br /> OO=Objects+Classes+Inheritance+Communication With Messages
即：面向?qū)ο螅綄ο螅悾^承＋信息交換
在這里值得注意的是，上面的方程式也可以用作系統(tǒng)的描述，而且容易從中看出簡單系統(tǒng)與復雜系統(tǒng)的區(qū)別：簡單系統(tǒng)通常是少量的個體對象，它們之間的相互作用較弱，甚至可以忽略不計，故而可以作為獨立的個體進行研究；而復雜系統(tǒng)中涉及中等數(shù)目的對象，不僅如此，對象通常具有智能性與自適應性，它們可以按照各種規(guī)則作出決策，隨時準備根據(jù)接收到的新信息修改自身的行為規(guī)則，故而每一個對象不能獨立的看待，這正符合了中醫(yī)學的整體觀。
3 運用面向?qū)ο蟪绦蛟O計進行中醫(yī)學的計算機仿真
①面向?qū)ο蠓椒ㄅc中醫(yī)學具有相似的思維方式
假使我們想
用傳統(tǒng)的面向過程的方法來完成中醫(yī)學理論的計算機仿真，不僅是一件難以想象的事，而且是不可能的事，對計算機發(fā)出人體生理、病理等過程的每一步指令，既使是在分析還原思維方式指導下對人體結構分解得極細，對人體生化過程了解得極為透徹的西醫(yī)學也無能為力，更何況中醫(yī)學本身就只重整體，不重結構。而面向?qū)ο蠓椒ǎ蚱渑c中醫(yī)學在思維方式上有驚人的相似之處，使之運用于中醫(yī)學成為可能，成為對中醫(yī)學進行計算機仿真的基礎。其相似性體現(xiàn)在中醫(yī)學的整體觀與黑箱方法和ＯＯＰ中的對象的特性及其信息交換上�？梢詫⑸衔闹忻嫦�?qū)ο蠓椒▽W的方程式用下圖表示： 而這正是黑箱方法的圖形表達。黑箱方法典型地表現(xiàn)在中醫(yī)學的藏象學說中。藏象學說是關于人體臟腑功能的學說。古人雖然知道“八尺之士，可以剖而視之�！保ā鹅`樞·脹論》）但又認為“藏府之在胸脅腹里之內(nèi)，若匣匱之藏禁器也�！保ㄍ希└匾氖牵诓煌谖鞣降乃季S方式，中國古代對于整體性和運動性的強調(diào)，使得中醫(yī)學未從解剖入手，分析人體的結構、成分，而是以極簡單的解剖為基礎，構造出了以象為內(nèi)容的有機的學術體系。由“藏象”之名可知，中醫(yī)是以現(xiàn)之于外的象來把握藏之于內(nèi)的臟的，即“執(zhí)其見功處見其形” ，即黑箱方法。對此《靈樞·順氣一是分為四時》中論述道：“內(nèi)外相襲，若鼓之應桴，響之應聲，影之似形�！崩纭端貑枴ち�(jié)藏象論》對心的描述是這樣的：“心者，生之本，神之變也；其華在面，其充在血脈，為陽中之太陽，通于夏氣�！逼渌呐K與此相仿。由此可以看出，這里的心己不是解剖學中的有一定形態(tài)結構之心，而是一系列相關的生命活動的表現(xiàn)在人腦中形成的綜合的象。它不具有實體性，卻正好可以作為面向?qū)ο蠓椒▽W中的一個對象來看待。推而廣之，中醫(yī)學中的其它概念，如氣、血、津液、精、神、經(jīng)絡等，都可以作為一個個對象，對象之間通過信息的交換，相互密切聯(lián)系，從而形成一個復雜系統(tǒng)，中醫(yī)學的計算機仿真便可由此開始。
②中醫(yī)學的計算機仿真應用前景
用計算機仿真學對中醫(yī)學中的概念、現(xiàn)象、原理、機制等進行模擬，可以建立各種模型，服務于教學、科研、臨床。主要可以用于建設生理模型、病證模型、實驗模型。
生理模型：在中醫(yī)學中五臟、六腑、氣、血、津、液、經(jīng)絡、筋、脈、骨、髓等，都可以構成相對獨立的對象，賦予每個對象適當?shù)膶傩�，對象具有智能性與自適應性，它們可以按照各自的屬性作出決策，并隨時準備根據(jù)接收到的新信息修改自身的行為規(guī)則，它們之間通過信息交換互相聯(lián)系，構成一個復雜系統(tǒng)，這一復雜系統(tǒng)即人體。在此基礎上很容易就可以建立人體的病理模型。下圖是生理模型的簡單圖示，實際中的生理模型還要復雜的多。
（圖略）
病證模型：中醫(yī)學中的證是非常復雜的，也是獨具特色的。辨證論治非常靈活，以哮喘為例，說明中醫(yī)病證模型的組建。哮喘發(fā)病，總因本虛標實，其病位雖在肺，但與脾、腎密切相關，先天不足后天失養(yǎng)造成肺、脾、腎不足是哮喘發(fā)病的內(nèi)在原因。正氣不足就易感外邪，感邪而產(chǎn)生風、寒、熱、痰、濕、瘀、氣等諸多病理因素，一些病理因素作用于肺，是發(fā)生哮喘的外在原因。如下圖所示，運用ＯＯＰ將各種因素的特性封裝起來，作為對象，它們之間相互聯(lián)系，就可以建造哮喘的病證模型，輸入相應的信息，就可以得出諸如肺脾兩虛，寒痰蘊肺；肺腎不足，腎不納氣；風寒外束，痰熱內(nèi)阻等證型，有力地指導臨床實踐。
（圖略）
實驗模型：正如在汽車研制中需要的碰撞實驗可以用計算機模擬代替，中醫(yī)學中的實驗也可以用計算機模擬來代替。這樣就可以提高效率，降低消耗。比如可以建立中藥模型庫、方劑模型庫、病因模型庫、生理模型庫、病證模型庫，如下圖所示，中藥模型庫和方劑模型庫作用于病證模型庫，就可以模擬出對于某種病證的最佳治療方案，選擇最佳藥物及最佳方劑。病因模型庫作用于生理模型庫，生理就可以模擬出在某些致病因素下，人體生理的變化，疾病的發(fā)生、發(fā)展、及轉(zhuǎn)歸。這些都可以為中醫(yī)學研究工作提供有力的參考。
（圖略）
4 小結
運用面向?qū)ο蟪绦蛟O計進行中醫(yī)學的計算機仿真，不僅可以提高教學、科研、臨床的生產(chǎn)力，節(jié)省大量的人力、物力、財力，而且可以屏棄簡單系統(tǒng)實驗室的不足，為中醫(yī)學提供實驗的空間。十六世紀，伽利略通過引入可重復的受控實驗室的思想，開創(chuàng)了近代科學的實踐，目前這一思想成為判定延續(xù)幾千年的中醫(yī)學是否科學的依據(jù)，而這一思想的中心在于能夠?qū)嵤┮恍⿲嶒�，以檢驗關于待研究現(xiàn)象的假說。運用面向?qū)ο蟪绦蛟O計進行中醫(yī)學的計算機仿真不僅可以對中醫(yī)學概念、理論、方法的客觀性、有效性、實用性進行證實，而且有前瞻性和預測性。
引入計算機仿真技術是中醫(yī)學科研的大勢所趨，也是目前將當代最前沿的信息技術與最古老的中醫(yī)學相結合的最佳契機,這里有大量的工作尚待有志者去完成。
參考文獻：
[1] [德]克勞斯·邁因策爾 著， 曾國屏 譯.復雜性中的思維.北京：中央編譯出版社，2000：111.
作者簡介：
李婷（1972-），女，山西人。1993年于南京大學獲理學學士學位，1996年于上海中醫(yī)藥大學獲中醫(yī)學第二學士學位，現(xiàn)為南京中醫(yī)藥大學在讀碩士研究生。主要從事中醫(yī)基礎理論、中醫(yī)學方法論、方劑學的研究。
陳曉東（1972-），男，黑龍江人。1993年于南京大學獲理學學士學位，1996年于上海中醫(yī)藥大學獲中醫(yī)學第二學士學位，2002年于南京中醫(yī)藥大學獲醫(yī)學碩士學位。
Exploration of Computer Emulation in TCM Theory
CHEN Xiao-dong, LI Ting
(Nanjing University of Traditional Chinese Medicine, Nanjing 210029, China)
ABSTRACT: Modern computer emulation technology has offered TCM a laboratory for research on complex system, althrough the enormous complicated system of TCM difficult to be
confirmed in a simple system laboratory. Due to the similar thoughtway with TCM, Object Oriented Programming can be used to construct models of TCM physiology, syndrome and experimentation, which contribute to the research of TCM theory and have prediction capability as well.
KEY WORDS: computer emulation; complex system; Traditional Chinese Medicine; Object Oriented Programming
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