中醫(yī)學(xué)理論計(jì)算機(jī)仿真初探

中醫(yī)學(xué)理論計(jì)算機(jī)仿真初探  
發(fā)布時(shí)間： 2003-7-11  作者：李婷，陳曉東  
摘 要：雖然中醫(yī)學(xué)所構(gòu)建的龐大而復(fù)雜的系統(tǒng)難以在簡(jiǎn)單系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室中得到驗(yàn)證，但現(xiàn)代計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)為中醫(yī)學(xué)提供了復(fù)雜系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室。而面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)與中醫(yī)學(xué)相似的思維方式使之成為可能。運(yùn)用這一技術(shù)可以作出諸如中醫(yī)學(xué)意義上的生理、病證、實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停�不僅可以對(duì)中醫(yī)學(xué)概念、理論、方法的客觀性、有效性、實(shí)用性進(jìn)行證實(shí)，而且有前瞻性和預(yù)測(cè)性。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)仿真；復(fù)雜系統(tǒng)；中醫(yī)學(xué)；面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)


1 計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)提供了適合中醫(yī)學(xué)理論的實(shí)驗(yàn)室
 　　科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，推動(dòng)著整個(gè)人類(lèi)社會(huì)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，使人類(lèi)社會(huì)由工業(yè)社會(huì)向后工業(yè)社會(huì)——信息社會(huì)過(guò)渡。我國(guó)著名的科學(xué)家錢(qián)學(xué)森說(shuō)：“我們所設(shè)計(jì)的信息體系簡(jiǎn)直可以包括全部人類(lèi)千百年來(lái)創(chuàng)造的、而且還在不斷創(chuàng)造的精神財(cái)富。而這全部精神財(cái)富可以由我們每個(gè)人隨手調(diào)用和享受。這不但是從舊的腦力勞動(dòng)中解放出來(lái)，而且是獲得一個(gè)偉大的世界，從來(lái)未有的高度文化的世界�！�…人將變得更為聰明，人類(lèi)的前進(jìn)步伐更將加快�！边@位大科學(xué)家以前所未有的高度論述了由計(jì)算機(jī)引起的這場(chǎng)技術(shù)革命。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，一種嶄新的學(xué)科——仿真學(xué)誕生了，從新藥品的仿真測(cè)試到行星和星系的創(chuàng)生模型，以及計(jì)算機(jī)化培養(yǎng)皿中生長(zhǎng)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(shí)驗(yàn)，而是基于從真實(shí)空間向虛擬空間的映射。雖然這項(xiàng)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(gè)偉大的時(shí)代，古老的中醫(yī)學(xué)面臨著前所未有的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。怎樣將計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)融入中醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，是一個(gè)值得深思和大膽嘗試的問(wèn)題。值得慶幸的是，計(jì)算機(jī)仿真是建立在復(fù)雜系統(tǒng)理論基礎(chǔ)上的，而中醫(yī)學(xué)理論所描述的正是這樣一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)。 
　　當(dāng)伽俐略第一次拿起望遠(yuǎn)鏡仰望太空時(shí)，他為人類(lèi)創(chuàng)造了科學(xué)方法，即用實(shí)驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)關(guān)于世界如何成其為世界的種種假說(shuō)。于是有了擁有試管、曲頸瓶和本生燈的化學(xué)實(shí)驗(yàn)室，用來(lái)探測(cè)物質(zhì)內(nèi)核的價(jià)值連城的粒子加速器，以及在任何生物實(shí)驗(yàn)室都能看到的解剖青蛙和用顯微鏡觀察植物細(xì)胞。然而，這些都是僅適用于簡(jiǎn)單系統(tǒng)中物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究的實(shí)驗(yàn)室�，F(xiàn)代理論物理學(xué)家薛定諤（Erwin Schrodinger）在《生命是什么？》一書(shū)中寫(xiě)道：“只要我們涉及活物質(zhì)的結(jié)構(gòu)，我們就必須面對(duì)這樣一個(gè)事實(shí)：它是以不能還原成通常的物理學(xué)定律的方式起作用的。原因不在于某種‘新的力’或某種類(lèi)似的東西支配著活的機(jī)體中的一個(gè)個(gè)原子，而是其結(jié)構(gòu)不同于任何我們已從試驗(yàn)室研究中認(rèn)識(shí)的東西。”[1]也正因如此，尤其是對(duì)于與西醫(yī)學(xué)思維方式大相徑庭的中醫(yī)學(xué)理論，實(shí)驗(yàn)室研究一直是一籌莫展，經(jīng)絡(luò)實(shí)質(zhì)的研究無(wú)功而返，各種“證”的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ驮O(shè)計(jì)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(xué)所構(gòu)建的龐大而復(fù)雜的系統(tǒng)難以在簡(jiǎn)單系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室中得到驗(yàn)證，這是不難理解的。計(jì)算機(jī)仿真學(xué)的出現(xiàn)真值得每一位中醫(yī)界的同仁為此干上一杯，因?yàn)檫@一方法的出現(xiàn)能使中醫(yī)學(xué)多年的“科學(xué)夢(mèng)”成為現(xiàn)實(shí)！雖然計(jì)算機(jī)仿真學(xué)正在起步? ??舛災(zāi)幸窖Ю此等詞悄訓(xùn)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(jì)算機(jī)仿真技術(shù)運(yùn)用于中醫(yī)學(xué)，面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)是一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，下面將面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)作一簡(jiǎn)要介紹。


2 面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)（OOP）概述
　　面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)簡(jiǎn)稱(chēng)OOP，是Object-Oriented Programming的縮寫(xiě)。面向?qū)ο笫桥c面向過(guò)程相對(duì)而言的，傳統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言,如Ｃ語(yǔ)言，是面向過(guò)程的結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，這種語(yǔ)言在２０世紀(jì)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(lái)越大，導(dǎo)致軟件的生產(chǎn)、調(diào)試、維護(hù)越來(lái)越困難，因而發(fā)生了軟件危機(jī)。人們期待著一種效率更高，更加容易理解，更加符合人類(lèi)思維習(xí)慣的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，ＯＯＰ就是在這種情況下應(yīng)運(yùn)而生的。在２０世紀(jì)９０年代，ＯＯＰ異軍突起，成為最有希望，最有活力的程序設(shè)計(jì)方法。
①面向?qū)ο笈c面向過(guò)程的區(qū)別
　　計(jì)算機(jī)沒(méi)有思想，人必須明確地告訴它如何運(yùn)算，每一步做什么。站在這種計(jì)算機(jī)的角度進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，就是面向過(guò)程的方法。如：用計(jì)算機(jī)模擬一只貓捉老鼠的過(guò)程，程序員必須告訴計(jì)算機(jī)每一步貓的具體的動(dòng)作。如果用面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)方法來(lái)做，就可以把貓作為一個(gè)獨(dú)立的對(duì)象，貓會(huì)奔跑，貓會(huì)捉老鼠，這些是它的固有屬性，被封裝在貓這個(gè)對(duì)象之中，所以，只需給出老鼠出現(xiàn)的信息，貓就會(huì)自動(dòng)去捉。與面向過(guò)程相比，面向?qū)ο蟮姆椒ǜ�符合人的思維習(xí)慣。 
②對(duì)象與類(lèi)的概念
　　對(duì)象與類(lèi)是面向?qū)ο蠓椒ㄖ械膬蓚�(gè)基本概念�？陀^世界中實(shí)體的抽象構(gòu)成對(duì)象，任何事物都可以作為一個(gè)對(duì)象，如一個(gè)人、一輛汽車(chē)、一個(gè)窗口、一個(gè)按鈕、一座建筑、一項(xiàng)貸款等等。對(duì)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(gè)或多個(gè)對(duì)象的集合成為一類(lèi)。類(lèi)有層次之別，類(lèi)下可以有子類(lèi)，類(lèi)上可以有父類(lèi)。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(lèi)是對(duì)象的抽象，對(duì)象是類(lèi)的實(shí)例。類(lèi)的劃分也是靈活的，依需要而定。子類(lèi)可以作為父類(lèi)的對(duì)象看待。 
③對(duì)象的特性
　　對(duì)象有以下基本特性：
封裝性：對(duì)象是相對(duì)獨(dú)立的單元，與之相關(guān)的數(shù)據(jù)和操作被封裝在內(nèi)部，對(duì)外是不可見(jiàn)的。對(duì)象和對(duì)象之間通過(guò)信息交換進(jìn)行聯(lián)系。如一只花貓，它是一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的個(gè)體，它的機(jī)體內(nèi)包含復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，而這些結(jié)構(gòu)是不可見(jiàn)的。 
繼承性：每個(gè)對(duì)象都從它所屬的類(lèi)中繼承共性。如一只花貓，它從貓這一類(lèi)中繼承了貓的共性。
多態(tài)性：每個(gè)對(duì)象都有其特有的屬性，使之區(qū)別于其它對(duì)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�可以用下列方程式�?lái)概括：
　　OO=Objects+Classes+Inheritance+Communication With Messages
　　即：面向?qū)ο螅綄?duì)象＋類(lèi)＋繼承＋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(jiǎn)單系統(tǒng)與復(fù)雜系統(tǒng)的區(qū)別：簡(jiǎn)單系統(tǒng)通常是少量的個(gè)體對(duì)象，它們之間的相互作用較弱，甚至可以忽略不計(jì)，故而可以作為獨(dú)立的個(gè)體進(jìn)行研究；而復(fù)雜系統(tǒng)中涉及中等數(shù)目的對(duì)象，不僅如此，對(duì)象通常具有智能性與自適應(yīng)性，它們可以按照各種規(guī)則作出決策，隨時(shí)準(zhǔn)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(gè)對(duì)象不能獨(dú)立的看待，這正符合了中醫(yī)學(xué)的整體觀。


3 運(yùn)用面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)進(jìn)行中醫(yī)學(xué)的計(jì)算機(jī)仿真


①面向?qū)ο蠓椒ㄅc中醫(yī)學(xué)具有相似的思維方式
　　假使我們想

用傳統(tǒng)的面向過(guò)程的方法來(lái)完成中醫(yī)學(xué)理論的計(jì)算機(jī)仿真，不僅是一件難以想象的事，而且是不可能的事，對(duì)計(jì)算機(jī)發(fā)出人體生理、病理等過(guò)程的每一步指令，既使是在分析還原思維方式指導(dǎo)下對(duì)人體結(jié)構(gòu)分解得極細(xì)，對(duì)人體生化過(guò)程了解得極為透徹的西醫(yī)學(xué)也無(wú)能為力，更何況中醫(yī)學(xué)本身就只重整體，不重結(jié)構(gòu)。而面向?qū)ο蠓椒�，因其與中醫(yī)學(xué)在思維方式上有驚人的相似之處，使之運(yùn)用于中醫(yī)學(xué)成為可能，成為對(duì)中醫(yī)學(xué)進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真的基礎(chǔ)。其相似性體現(xiàn)在中醫(yī)學(xué)的整體觀與黑箱方法和ＯＯＰ中的對(duì)象的特性及其信息交換上�？梢詫⑸衔闹忻嫦�?qū)ο蠓椒▽W(xué)的方程式用下圖表示： 而這正是黑箱方法的圖形表達(dá)。黑箱方法典型地表現(xiàn)在中醫(yī)學(xué)的藏象學(xué)說(shuō)中。藏象學(xué)說(shuō)是關(guān)于人體臟腑功能的學(xué)說(shuō)。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(rèn)為“藏府之在胸脅腹里之內(nèi)，若匣匱之藏禁器也�！保ㄍ�上）更重要的是，基于不同于西方的思維方式，中國(guó)古代對(duì)于整體性和運(yùn)動(dòng)性的強(qiáng)調(diào)，使得中醫(yī)學(xué)未從解剖入手，分析人體的結(jié)構(gòu)、成分，而是以極簡(jiǎn)單的解剖為基礎(chǔ)，構(gòu)造出了以象為內(nèi)容的有機(jī)的學(xué)術(shù)體系。由“藏象”之名可知，中醫(yī)是以現(xiàn)之于外的象來(lái)把握藏之于內(nèi)的臟的，即“執(zhí)其見(jiàn)功處見(jiàn)其形” ，即黑箱方法。對(duì)此《靈樞·順氣一是分為四時(shí)》中論述道：“內(nèi)外相襲，若鼓之應(yīng)桴，響之應(yīng)聲，影之似形�！崩�如《素問(wèn)·六節(jié)藏象論》對(duì)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(yáng)中之太陽(yáng)，通于夏氣�！逼渌�四臟與此相仿。由此可以看出，這里的心己不是解剖學(xué)中的有一定形態(tài)結(jié)構(gòu)之心，而是一系列相關(guān)的生命活動(dòng)的表現(xiàn)在人腦中形成的綜合的象。它不具有實(shí)體性，卻正好可以作為面向?qū)ο蠓椒▽W(xué)中的一個(gè)對(duì)象來(lái)看待。推而廣之，中醫(yī)學(xué)中的其它概念，如氣、血、津液、精、神、經(jīng)絡(luò)等，都可以作為一個(gè)個(gè)對(duì)象，對(duì)象之間通過(guò)信息的交換，相互密切聯(lián)系，從而形成一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)，中醫(yī)學(xué)的計(jì)算機(jī)仿真便可由此開(kāi)始。 

②中醫(yī)學(xué)的計(jì)算機(jī)仿真應(yīng)用前景


　　用計(jì)算機(jī)仿真學(xué)對(duì)中醫(yī)學(xué)中的概念、現(xiàn)象、原理、機(jī)制等進(jìn)行模擬，可以建立各種模型，服務(wù)于教學(xué)、科研、臨床。主要可以用于建設(shè)生理模型、病證模型、實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀?nbsp;
　　生理模型：在中醫(yī)學(xué)中五臟、六腑、氣、血、津、液、經(jīng)絡(luò)、筋、脈、骨、髓等，都可以構(gòu)成相對(duì)獨(dú)立的對(duì)象，賦予每個(gè)對(duì)象適當(dāng)?shù)膶傩�，�?duì)象具有智能性與自適應(yīng)性，它們可以按照各自的屬性作出決策，并隨時(shí)準(zhǔn)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(guò)信息交換互相聯(lián)系，構(gòu)成一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)，這一復(fù)雜系統(tǒng)即人體。在此基礎(chǔ)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(jiǎn)單圖示，實(shí)際中的生理模型還要復(fù)雜的多。

（圖略）


　　病證模型：中醫(yī)學(xué)中的證是非常復(fù)雜的，也是獨(dú)具特色的。辨證論治非常靈活，以哮喘為例，說(shuō)明中醫(yī)病證模型的組建。哮喘發(fā)病，總因本虛標(biāo)實(shí)，其病位雖在肺，但與脾、腎密切相關(guān)，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(fēng)、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(yùn)用ＯＯＰ將各種因素的特性封裝起來(lái)，作為對(duì)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(yīng)的信息，就可以得出諸如肺脾兩虛，寒痰蘊(yùn)肺；肺腎不足，腎不納氣；風(fēng)寒外束，痰熱內(nèi)阻等證型，有力地指導(dǎo)臨床實(shí)踐。

（圖略）

　　實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停赫�如在汽�?chē)研制中需要的碰撞實(shí)驗(yàn)可以用計(jì)算機(jī)模擬代替，中醫(yī)學(xué)中的實(shí)驗(yàn)也可以用計(jì)算機(jī)模擬來(lái)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(kù)、方劑模型庫(kù)、病因模型庫(kù)、生理模型庫(kù)、病證模型庫(kù)，如下圖所示，中藥模型庫(kù)和方劑模型庫(kù)作用于病證模型庫(kù)，就可以模擬出對(duì)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(kù)作用于生理模型庫(kù)，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(xué)研究工作提供有力的參考。

（圖略）

4 小結(jié)
　　運(yùn)用面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)進(jìn)行中醫(yī)學(xué)的計(jì)算機(jī)仿真，不僅可以提高教學(xué)、科研、臨床的生產(chǎn)力，節(jié)省大量的人力、物力、財(cái)力，而且可以屏棄簡(jiǎn)單系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的不足，為中醫(yī)學(xué)提供實(shí)驗(yàn)的空間。十六世紀(jì)，伽利略通過(guò)引入可重復(fù)的受控實(shí)驗(yàn)室的思想，開(kāi)創(chuàng)了近代科學(xué)的實(shí)踐，目前這一思想成為判定延續(xù)幾千年的中醫(yī)學(xué)是否科學(xué)的依據(jù)，而這一思想的中心在于能夠?qū)嵤┮恍��?shí)驗(yàn)，以檢驗(yàn)關(guān)于待研究現(xiàn)象的假說(shuō)。運(yùn)用面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)進(jìn)行中醫(yī)學(xué)的計(jì)算機(jī)仿真不僅可以對(duì)中醫(yī)學(xué)概念、理論、方法的客觀性、有效性、實(shí)用性進(jìn)行證實(shí)，而且有前瞻性和預(yù)測(cè)性。
　　引入計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)是中醫(yī)學(xué)科研的大勢(shì)所趨，也是目前將當(dāng)代最前沿的信息技術(shù)與最古老的中醫(yī)學(xué)相結(jié)合的最佳契機(jī),這里有大量的工作尚待有志者去完成。

參考文獻(xiàn)： 

[1] [德]克勞斯·邁因策爾 著， 曾國(guó)屏 譯.復(fù)雜性中的思維.北京：中央編譯出版社，2000：111.

作者簡(jiǎn)介：

李婷（1972-），女，山西人。1993年于南京大學(xué)獲理學(xué)學(xué)士學(xué)位，1996年于上海中醫(yī)藥大學(xué)獲中醫(yī)學(xué)第二學(xué)士學(xué)位，現(xiàn)為南京中醫(yī)藥大學(xué)在讀碩士研究生。主要從事中醫(yī)基礎(chǔ)理論、中醫(yī)學(xué)方法論、方劑學(xué)的研究。


陳曉東（1972-），男，黑龍江人。1993年于南京大學(xué)獲理學(xué)學(xué)士學(xué)位，1996年于上海中醫(yī)藥大學(xué)獲中醫(yī)學(xué)第二學(xué)士學(xué)位，2002年于南京中醫(yī)藥大學(xué)獲醫(yī)學(xué)碩士學(xué)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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