生物醫(yī)學(xué)知識(shí)整合論

1、物物 數(shù)數(shù) 學(xué)學(xué) 能設(shè)計(jì)一個(gè)能捉住山坡上奔能設(shè)計(jì)一個(gè)能捉住山坡上奔 跑的野兔的可操作數(shù)學(xué)模型跑的野兔的可操作數(shù)學(xué)模型 （或機(jī)器人）嗎？（或機(jī)器人）嗎？ 如果把野兔放在規(guī)定在一如果把野兔放在規(guī)定在一 個(gè)管道中呢？個(gè)管道中呢？ 開放系統(tǒng)對(duì)人類理性或智開放系統(tǒng)對(duì)人類理性或智 能提出了極大的挑戰(zhàn)。能提出了極大的挑戰(zhàn)。 經(jīng)典的數(shù)學(xué)屬純意識(shí)系統(tǒng)或形式系經(jīng)典的數(shù)學(xué)屬純意識(shí)系統(tǒng)或形式系 統(tǒng)，獨(dú)立于物理世界。但統(tǒng)，獨(dú)立于物理世界。但機(jī)體的數(shù)機(jī)體的數(shù) 學(xué)學(xué)與經(jīng)典的數(shù)學(xué)大相徑庭，為物理與經(jīng)典的數(shù)學(xué)大相徑庭，為物理 世界和意識(shí)世界的結(jié)合體，世界和意識(shí)世界的結(jié)合體，經(jīng)典的經(jīng)典的 數(shù)學(xué)原理在機(jī)體中受到形形色色的數(shù)學(xué)原理在

2、機(jī)體中受到形形色色的 異質(zhì)物理空間的軌道式或結(jié)構(gòu)式制異質(zhì)物理空間的軌道式或結(jié)構(gòu)式制 導(dǎo)。導(dǎo)。 生物機(jī)體則是極開放系統(tǒng)（假設(shè)開生物機(jī)體則是極開放系統(tǒng)（假設(shè)開 放性是可以度量的話），在那里放性是可以度量的話），在那里 “自然的意志自然的意志”幾乎可以隨心所欲。幾乎可以隨心所欲。 因此有人說生物學(xué)是數(shù)學(xué)的沙漠。因此有人說生物學(xué)是數(shù)學(xué)的沙漠。 基本哲學(xué)觀點(diǎn)體系(1)： 形式空間概念形式空間概念: :所謂空間是事物的一種理性背所謂空間是事物的一種理性背 景：它必須是某種景：它必須是某種( (低階的，高階的，單純的，低階的，高階的，單純的， 復(fù)合的復(fù)合的) )均勻性。均勻性。 物理性異質(zhì)空間物理性異質(zhì)空間

3、: :生物機(jī)體是形形色色的物理生物機(jī)體是形形色色的物理 性異質(zhì)空間通過性異質(zhì)空間通過“硬的硬的”即非理性物理原理整即非理性物理原理整 合。合。 超復(fù)雜性超復(fù)雜性: :生物醫(yī)學(xué)的異質(zhì)空間的整合的復(fù)雜生物醫(yī)學(xué)的異質(zhì)空間的整合的復(fù)雜 性與一般系統(tǒng)理論對(duì)象的復(fù)雜性不可同日而語(yǔ)，性與一般系統(tǒng)理論對(duì)象的復(fù)雜性不可同日而語(yǔ)， 依靠單純形式化的系統(tǒng)研究試圖得到對(duì)生物系依靠單純形式化的系統(tǒng)研究試圖得到對(duì)生物系 統(tǒng)整合機(jī)制的理解猶如統(tǒng)整合機(jī)制的理解猶如杯水車薪杯水車薪。 物理源性物理源性: :物數(shù)學(xué)中任何形式空間都依賴于某物數(shù)學(xué)中任何形式空間都依賴于某 種具體的物質(zhì)基礎(chǔ)或運(yùn)動(dòng)形態(tài)。種具體的物質(zhì)基礎(chǔ)或運(yùn)動(dòng)形態(tài)。 數(shù)

4、學(xué)的存在數(shù)學(xué)的存在: :生物醫(yī)學(xué)物數(shù)學(xué)在生物醫(yī)學(xué)物數(shù)學(xué)在高緊密性高緊密性，高高 異質(zhì)性異質(zhì)性，高交互性高交互性的物理實(shí)體中尋求形形色色的物理實(shí)體中尋求形形色色 的的( (低階的，高階的，單純的，復(fù)合的低階的，高階的，單純的，復(fù)合的) )均勻性。均勻性。 基本哲學(xué)觀點(diǎn)體系(2)： 量子力學(xué)中發(fā)生的重大事件量子力學(xué)中發(fā)生的重大事件 玻爾理論玻爾理論 原子結(jié)構(gòu)之父玻爾對(duì)原子結(jié)構(gòu)提出了如下原子結(jié)構(gòu)之父玻爾對(duì)原子結(jié)構(gòu)提出了如下 理論：理論：“原子中的電子繞著某些特定的原子中的電子繞著某些特定的 軌道以一定的頻率運(yùn)行，并時(shí)不時(shí)從一軌道以一定的頻率運(yùn)行，并時(shí)不時(shí)從一 個(gè)軌道躍遷到另一個(gè)軌道上去。每個(gè)電個(gè)軌道

5、躍遷到另一個(gè)軌道上去。每個(gè)電 子軌道都代表一個(gè)特定的能級(jí)，因此當(dāng)子軌道都代表一個(gè)特定的能級(jí)，因此當(dāng) 這種躍遷發(fā)生的時(shí)候，電子就按照量子這種躍遷發(fā)生的時(shí)候，電子就按照量子 化的方式吸收或者發(fā)射能量，其大小等化的方式吸收或者發(fā)射能量，其大小等 于兩個(gè)軌道之間的能量差。于兩個(gè)軌道之間的能量差?！?9“玻爾玻爾 模型的建立有著氫原子光譜的支持。每模型的建立有著氫原子光譜的支持。每 一條光譜線都有一種特定的頻率。一條光譜線都有一種特定的頻率。 玻爾理論玻爾理論 玻爾模型的建立有著氫原子光譜的支玻爾模型的建立有著氫原子光譜的支 持。每一條光譜線都有一種特定的持。每一條光譜線都有一種特定的 頻率。從量子公式

6、頻率。從量子公式E1-E2 = h（其（其 中中E是能量，是能量，h是普朗克常數(shù)，是普朗克常數(shù)，是是 頻率），我們知道這是電子在兩個(gè)頻率），我們知道這是電子在兩個(gè) 能級(jí)之間躍遷的結(jié)果。光譜中的每能級(jí)之間躍遷的結(jié)果。光譜中的每 一條光譜線，代表了兩個(gè)一條光譜線，代表了兩個(gè)“能級(jí)能級(jí)” 之間的之間的“能量差能量差”，并不代表能級(jí)，并不代表能級(jí) 本身。本身。 量子力學(xué)量子力學(xué) 假設(shè)某原子的某電子有能級(jí)假設(shè)某原子的某電子有能級(jí)E1， E2，,En，那么各能級(jí)的能量是，那么各能級(jí)的能量是 多少？假如一個(gè)電子躍遷途徑為：多少？假如一個(gè)電子躍遷途徑為： E1E5E8，另一個(gè)躍遷途徑為：，另一個(gè)躍遷途徑為：

7、E1E5E8，那么二個(gè)途徑的所，那么二個(gè)途徑的所 吸收或釋放的能量是否相等？吸收或釋放的能量是否相等？ 量子力學(xué)量子力學(xué) 我們知道，第一個(gè)問題的答案必須我們知道，第一個(gè)問題的答案必須 借助物理實(shí)驗(yàn)，但第二個(gè)問題似乎借助物理實(shí)驗(yàn)，但第二個(gè)問題似乎 是很簡(jiǎn)單的邏輯問題，答案應(yīng)該是是很簡(jiǎn)單的邏輯問題，答案應(yīng)該是 肯定的?？隙ǖ摹?但物理學(xué)家但物理學(xué)家海森堡海森堡堅(jiān)持必須由實(shí)驗(yàn)觀察和數(shù)據(jù)堅(jiān)持必須由實(shí)驗(yàn)觀察和數(shù)據(jù) 來回答這些問題。他后來來回答這些問題。他后來“獨(dú)立發(fā)明獨(dú)立發(fā)明”了矩陣了矩陣 的數(shù)學(xué)概念處理這一問題的數(shù)學(xué)概念處理這一問題(實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)+矩陣矩陣, 可以可以 ABBA)。其形狀如下：。其

8、形狀如下： 陣中陣中A，B，C，aa，ab，ac,可分別表示可分別表示 電子的能級(jí)軌道和躍遷所吸收或釋放的能量電子的能級(jí)軌道和躍遷所吸收或釋放的能量。 cccbcaC bcbbbaB acabaaA CBA 在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，海森堡的在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，海森堡的必須由必須由 實(shí)驗(yàn)觀察和數(shù)據(jù)來回答問題實(shí)驗(yàn)觀察和數(shù)據(jù)來回答問題的主張的主張 受到廣泛的支持受到廣泛的支持(例如例如ABBA隨處隨處 可見可見)，“一棵樹氧化燃燒成灰并一棵樹氧化燃燒成灰并 放出能量放出能量”和和“一堆灰加能量變成一堆灰加能量變成 一棵樹一棵樹”不僅是不對(duì)稱，而且是不不僅是不對(duì)稱，而且是不 可逆的可逆的 從小波分析看從小波分析看

9、“結(jié)構(gòu)數(shù)結(jié)構(gòu)數(shù)” 很多人看到了傅立葉變換和小波分析的很多人看到了傅立葉變換和小波分析的 技術(shù)意義，似乎很少人聯(lián)想到傅立葉變技術(shù)意義，似乎很少人聯(lián)想到傅立葉變 換和小波分析的哲學(xué)意義。換和小波分析的哲學(xué)意義。 通常我們用一個(gè)函數(shù)通常我們用一個(gè)函數(shù)y = f(x)y = f(x)表示表示 一個(gè)函數(shù)或信號(hào)波。所得到的圖像一個(gè)函數(shù)或信號(hào)波。所得到的圖像 是有是有(x,y)(x,y)點(diǎn)（我們可稱其為點(diǎn)（我們可稱其為“理理 想粒子想粒子”）組成的軌跡。對(duì)于心電）組成的軌跡。對(duì)于心電 圖，這樣的軌跡是相對(duì)規(guī)則的，但圖，這樣的軌跡是相對(duì)規(guī)則的，但 對(duì)大部分生物醫(yī)學(xué)信號(hào)如腦電圖，對(duì)大部分生物醫(yī)學(xué)信號(hào)如腦電圖，

10、肌電圖來說。這種軌跡是非常不規(guī)肌電圖來說。這種軌跡是非常不規(guī) 則的，有些甚至是雜亂無(wú)章的。則的，有些甚至是雜亂無(wú)章的。 傅立葉變換的基本原理是認(rèn)為任何信號(hào)傅立葉變換的基本原理是認(rèn)為任何信號(hào) 是有一系列正弦波和余弦波組成。這里是有一系列正弦波和余弦波組成。這里 信號(hào)波的基本成分已不再是一個(gè)信號(hào)波的基本成分已不再是一個(gè)“理想理想 粒子粒子”，而是一種波，一種，而是一種波，一種“理想粒子理想粒子 的理想運(yùn)動(dòng)的理想運(yùn)動(dòng)”或函數(shù)。傅立葉變換告訴或函數(shù)。傅立葉變換告訴 我們，對(duì)任何信號(hào)波，最基本的我們，對(duì)任何信號(hào)波，最基本的”粒子粒子” 不是不是“理想粒子理想粒子”而是其運(yùn)動(dòng)模式或結(jié)而是其運(yùn)動(dòng)模式或結(jié) 構(gòu)

11、。（我們可以提取其頻譜。后者是各構(gòu)。（我們可以提取其頻譜。后者是各 種頻率的波成分的強(qiáng)度或貢獻(xiàn)。這里頻種頻率的波成分的強(qiáng)度或貢獻(xiàn)。這里頻 率已是一種運(yùn)動(dòng)屬性或關(guān)系。）率已是一種運(yùn)動(dòng)屬性或關(guān)系。） 傅立葉變換的基本單元波是正弦波和余傅立葉變換的基本單元波是正弦波和余 弦波，因?yàn)槎咴跁r(shí)間上（或廣義地說弦波，因?yàn)槎咴跁r(shí)間上（或廣義地說 在參考維度上）是無(wú)限延伸的，因此還在參考維度上）是無(wú)限延伸的，因此還 是一種是一種“理想的單元理想的單元”。而現(xiàn)實(shí)世界中。而現(xiàn)實(shí)世界中 很多信號(hào)僅在參考維度有限的值域內(nèi)存很多信號(hào)僅在參考維度有限的值域內(nèi)存 在，對(duì)此傅立葉變換就會(huì)遇到困難。在，對(duì)此傅立葉變換就會(huì)遇到

12、困難。 與傅立葉變換的基本原理一樣，小波分與傅立葉變換的基本原理一樣，小波分 析也認(rèn)為析也認(rèn)為“信號(hào)是由基本函數(shù)（即小波）信號(hào)是由基本函數(shù)（即小波） 組成組成” * * * *, , 但小波與正弦波和余弦波不 但小波與正弦波和余弦波不 同，它存在于同，它存在于“參考維度有限值域內(nèi)參考維度有限值域內(nèi)”， “有限值域有限值域”外被忽略不記。因而小波外被忽略不記。因而小波 是比正弦波和余弦波更為實(shí)際或現(xiàn)實(shí)的是比正弦波和余弦波更為實(shí)際或現(xiàn)實(shí)的 波。波。 我們是否可以跳出傳統(tǒng)基于歐氏空間我們是否可以跳出傳統(tǒng)基于歐氏空間 （或（或“理想粒子理想粒子”組成的空間），而進(jìn)組成的空間），而進(jìn) 到一個(gè)由更現(xiàn)實(shí)的到

13、一個(gè)由更現(xiàn)實(shí)的“結(jié)構(gòu)粒子結(jié)構(gòu)粒子”或或“形形 態(tài)粒子態(tài)粒子”組成的新空間。在這些新空間組成的新空間。在這些新空間 中，組成單元為有形態(tài)或有特征或有結(jié)中，組成單元為有形態(tài)或有特征或有結(jié) 構(gòu)的單元。我們甚至可以把它們稱為構(gòu)的單元。我們甚至可以把它們稱為 “形態(tài)數(shù)形態(tài)數(shù)”，“結(jié)構(gòu)數(shù)結(jié)構(gòu)數(shù)”或或“復(fù)合數(shù)復(fù)合數(shù)”。 “小波分析的過程是這樣的，選擇一個(gè)適 當(dāng)?shù)男〔ㄔ秃瘮?shù)（即母版小波或分析 小波），必須滿足某種限制。所有的構(gòu) 成函數(shù)來自母版小波的時(shí)間和幅度的延 伸、縮放。通過小波變換，信號(hào)分解成 許多母版小波的縮放版。實(shí)際上，傅立 葉分析中使用的構(gòu)成余弦可以認(rèn)為是母 版余弦的延伸、縮放?！?從小波分析：形

14、態(tài)判斷導(dǎo)出的廣從小波分析：形態(tài)判斷導(dǎo)出的廣 義數(shù)義數(shù) 形態(tài)模擬數(shù)例子：形態(tài)模擬數(shù)例子： “近似近似”基函數(shù)基函數(shù) 1 -1 0 00.5 1 0.5 0 -0.5 “反變換反變換”的低頻濾波系數(shù)的低頻濾波系數(shù) Haar小波小波 0 1 0.5 0 -0.5 “反變換反變換”的高頻濾波系數(shù)的高頻濾波系數(shù) “細(xì)節(jié)細(xì)節(jié)”基函數(shù)基函數(shù) 1 -1 0 00.5 1 Haar小波小波 01 下文從下文從InternetInternet提供的例子看這種提供的例子看這種“形形 態(tài)數(shù)態(tài)數(shù)”如何參與一個(gè)信號(hào)波的分解和復(fù)如何參與一個(gè)信號(hào)波的分解和復(fù) 合合 * * * *： ： （featherskyfeathers

15、ky ：小波分析系列講座，：小波分析系列講座， /Article_Cla/Article_Cla ss.asp?ClassID=25ss.asp?ClassID=25） 小波分析的（泛）共性小波分析的（泛）共性- -個(gè)性原理個(gè)性原理 在圖象或信號(hào)壓縮中的應(yīng)用（為醫(yī)在圖象或信號(hào)壓縮中的應(yīng)用（為醫(yī) 學(xué)背景的讀者起見，筆者補(bǔ)充了矩學(xué)背景的讀者起見，筆者補(bǔ)充了矩 陣運(yùn)算的過程）一例：陣運(yùn)算的過程）一例： 可以用可以用“和平均和平均”表示表示“低頻部分低頻部分”，用，用“差差 平均平均”表示表示“高頻部分高頻部分”。 設(shè)

16、有信號(hào)或圖象設(shè)有信號(hào)或圖象 xx0 0,x,x1 1,x,x2 2,x,x3 3=90,70,100,70=90,70,100,70。為壓。為壓 縮信號(hào)或圖象，取縮信號(hào)或圖象，取(x(x0 0+x+x1 1)/2)/2和和(x(x0 0- - x x1 1)/2)/2分別代表分別代表 x x0 0,x,x1 1( (即和平均和差平即和平均和差平 均均) )。這樣。這樣90,7090,70被表示為被表示為 80,1080,10， 8080為信號(hào)或圖象振幅或頻率的平均數(shù)；為信號(hào)或圖象振幅或頻率的平均數(shù)； 1010是小范圍波動(dòng)數(shù)。同理是小范圍波動(dòng)數(shù)。同理100,70100,70被表被表 示為示為85

17、,1585,15。因此。因此90,70,100,70 90,70,100,70 被被 表示為表示為80,85,10,1580,85,10,15。 接著，經(jīng)同一操作，接著，經(jīng)同一操作，80,85 80,85 又被表示又被表示 為為82.5, -2.582.5, -2.5。至此，原始圖象。至此，原始圖象 90,70,100,70 90,70,100,70 最終被表示為最終被表示為82.5, 82.5, -2.5, 10, 15-2.5, 10, 15，達(dá)到了壓縮的目的，達(dá)到了壓縮的目的 （數(shù)字范圍小了）。（數(shù)字范圍小了）。 在小波變換是通過小波系數(shù)運(yùn)算進(jìn)行的。在小波變換是通過小波系數(shù)運(yùn)算進(jìn)行的。

18、小波系數(shù)取矩陣形式。上述圖象處理屬小波系數(shù)取矩陣形式。上述圖象處理屬 于于HaarHaar小波處理，其具體矩陣運(yùn)算過程小波處理，其具體矩陣運(yùn)算過程 如下：如下： 90,7090,70到到80,1080,10的轉(zhuǎn)化可通過以下運(yùn)算實(shí)現(xiàn)：的轉(zhuǎn)化可通過以下運(yùn)算實(shí)現(xiàn)： 90,70 90,70 * * 1/2, 1/2,1/21/2 1/2 ,-1/21/2 ,-1/2= = 9090* *1/2+701/2+70* *1/2 901/2 90* *1/2-701/2-70* *1/2 = 1/2 = 80,1080,10 如果是如果是90,70,100,7090,70,100,70第一步就可寫成矩陣第一

19、步就可寫成矩陣M1 (#AM1 (#A14 14* *B B4444 = C= C14 14） ） =90=90* *1/2+701/2+70* *1/2+1001/2+100* *0+700+70* *0 0 9090* *0+700+70* *0+1000+100* *1/2+701/2+70* *1/2 901/2 90* *1/2-701/2-70* *1/2+1001/2+100* *0+700+70* *0 0 9090* *0+700+70* *0+1000+100* *1/2-701/2-70* *1/2 =80 85 10 151/2 =80 85 10 15 210210

20、210210 021021 021021 第二步 只對(duì)低頻 L操作 高頻不變（#只用低頻的列相乘） 故可寫成M2(#A A14 14* *B B4444 = C = C14 14) 80 85 10 15* = 80*(1/2)+85*(1/2)+10*0+15*0 80*(1/2)+85*(- 1/2)+10*0+15*0 80*0+85*0+10*1+15*0 80*0+85*0+10*0+15*1 = 82.5 -2.5 10 15 1000 0100 002121 002121 第一步把信號(hào)的高頻和低頻部分分開，第二步第一步把信號(hào)的高頻和低頻部分分開，第二步 只選擇低頻率部分，進(jìn)一步把

21、它的高頻和低頻只選擇低頻率部分，進(jìn)一步把它的高頻和低頻 部分分開。部分分開。 矩陣的運(yùn)算操作信號(hào)形態(tài)，矩陣就是某種形式矩陣的運(yùn)算操作信號(hào)形態(tài)，矩陣就是某種形式 的的“形態(tài)數(shù)形態(tài)數(shù)”。 BMKI空間關(guān)系論 （A）BMKI拓?fù)潇o態(tài)空間拓?fù)潇o態(tài)空間(比鄰空間比鄰空間)：（：（1）集合：機(jī)）集合：機(jī) 體內(nèi)的所有物理實(shí)體（不計(jì)物理質(zhì)的差異）集合；（體內(nèi)的所有物理實(shí)體（不計(jì)物理質(zhì)的差異）集合；（2） 定義一個(gè)映射（鄰接關(guān)系）：定義一個(gè)映射（鄰接關(guān)系）：f(x,y)1，0：先定義鄰：先定義鄰 接關(guān)系如歐氏空間，但最小正量接關(guān)系如歐氏空間，但最小正量r 的選定是（的選定是（r 0但但 不致物理實(shí)體改變），如果

22、物理實(shí)體不致物理實(shí)體改變），如果物理實(shí)體x和物理實(shí)體和物理實(shí)體y是連是連 續(xù)的，那么續(xù)的，那么x與與y是鄰接的。是鄰接的。 自反性：自反性：f(x,y) = 1； 對(duì)稱性：對(duì)稱性：f(x,y) = f(y,x)。 鄰接關(guān)系是聯(lián)通關(guān)系及鄰接關(guān)系是聯(lián)通關(guān)系及Input-output關(guān)系的基礎(chǔ)，沒有鄰關(guān)系的基礎(chǔ)，沒有鄰 接關(guān)系就沒有聯(lián)通關(guān)系。接關(guān)系就沒有聯(lián)通關(guān)系。 （B）BMKI人體人體outside-inside空間空間; （C） （UndergoingUndergoing） 維度論（萬(wàn)維看世界）維度論（萬(wàn)維看世界） （）抽象維度抽象維度： （A A）一般認(rèn)知維度）一般認(rèn)知維度： （B B）一般抽

23、象維度：）一般抽象維度： （1 1）時(shí)間維度；）時(shí)間維度；(2)(2)歐氏空間維度；歐氏空間維度；(3)(3)非非 歐氏空間或抽象空間維度；歐氏空間或抽象空間維度；(4)(4)計(jì)量維度；計(jì)量維度； (5)(5)運(yùn)算維度。運(yùn)算維度。 （C C）非結(jié)構(gòu)層次：統(tǒng)計(jì)學(xué)維度。）非結(jié)構(gòu)層次：統(tǒng)計(jì)學(xué)維度。 （D D）結(jié)構(gòu)層次：信息維度）結(jié)構(gòu)層次：信息維度( (關(guān)系維度關(guān)系維度) )或（動(dòng)或（動(dòng) 態(tài)或靜態(tài)）結(jié)構(gòu)層次。態(tài)或靜態(tài)）結(jié)構(gòu)層次。 （1 1）一般系統(tǒng)結(jié)構(gòu)性：）一般系統(tǒng)結(jié)構(gòu)性：有序性有序性 （無(wú)序性），信息，熵，序參量，（無(wú)序性），信息，熵，序參量， 組織程度（研究結(jié)構(gòu)的一般性），組織程度（研究結(jié)構(gòu)的一般

24、性）， 熱力學(xué)規(guī)律熱力學(xué)規(guī)律, ,混沌性（起始域，軌混沌性（起始域，軌 道束，值域）（運(yùn)動(dòng)形式），分形道束，值域）（運(yùn)動(dòng)形式），分形 性（結(jié)構(gòu)或運(yùn)動(dòng)形式），突變性性（結(jié)構(gòu)或運(yùn)動(dòng)形式），突變性 （態(tài)變形式），超循環(huán)性；（態(tài)變形式），超循環(huán)性； （2 2）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)化性：）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)化性：耗散結(jié)構(gòu)耗散結(jié)構(gòu) 理論性，自組織性（研究進(jìn)化的一理論性，自組織性（研究進(jìn)化的一 般機(jī)制）。般機(jī)制）。 （）數(shù)據(jù)與知識(shí)庫(kù)數(shù)據(jù)與知識(shí)庫(kù)： 語(yǔ)義學(xué)，邏輯學(xué)，教科書，統(tǒng)計(jì)學(xué)語(yǔ)義學(xué)，邏輯學(xué)，教科書，統(tǒng)計(jì)學(xué) 關(guān)系數(shù)據(jù)，規(guī)則庫(kù)，本體學(xué)庫(kù)，對(duì)關(guān)系數(shù)據(jù)，規(guī)則庫(kù)，本體學(xué)庫(kù)，對(duì) 象庫(kù)，過程庫(kù)，個(gè)體描述性數(shù)據(jù)庫(kù)。象庫(kù)，過程庫(kù)，個(gè)體描述性

25、數(shù)據(jù)庫(kù)。 ( (一種廣義的關(guān)系、運(yùn)動(dòng)、結(jié)構(gòu)形一種廣義的關(guān)系、運(yùn)動(dòng)、結(jié)構(gòu)形 式式) ) （）物理（或物質(zhì)）機(jī)制維度物理（或物質(zhì)）機(jī)制維度( (實(shí)體實(shí)體 維度維度) ) ： （按組織程度分）整體生理學(xué)機(jī)制層次（按組織程度分）整體生理學(xué)機(jī)制層次器官器官 生理學(xué)機(jī)制層次生理學(xué)機(jī)制層次組織生理學(xué)機(jī)制層次組織生理學(xué)機(jī)制層次細(xì)胞細(xì)胞 生理學(xué)機(jī)制層次生理學(xué)機(jī)制層次分子網(wǎng)絡(luò)（如蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)）分子網(wǎng)絡(luò)（如蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)） 生物學(xué)生物學(xué)大分子生物學(xué)機(jī)制層次大分子生物學(xué)機(jī)制層次生物化學(xué)機(jī)生物化學(xué)機(jī) 制（或分子）層次：血糖濃度，血脂濃度，血制（或分子）層次：血糖濃度，血脂濃度，血 壓，血色素濃度壓，血色素濃度亞分子層次：化學(xué)

26、鍵，離子亞分子層次：化學(xué)鍵，離子 鍵鍵基本物質(zhì)維度層次：力場(chǎng)，能量轉(zhuǎn)化，磁基本物質(zhì)維度層次：力場(chǎng)，能量轉(zhuǎn)化，磁 場(chǎng)等。場(chǎng)等。 圖圖6 6 為以兩大元維度：概念的結(jié)構(gòu)程度或抽象程度（概念的還原為以兩大元維度：概念的結(jié)構(gòu)程度或抽象程度（概念的還原 和復(fù)合）和和復(fù)合）和.物理的結(jié)構(gòu)程度或組織程度（物質(zhì)的還原和復(fù)合）物理的結(jié)構(gòu)程度或組織程度（物質(zhì)的還原和復(fù)合） 構(gòu)成的參照空間的（帶有某些隨意性的）學(xué)術(shù)群投影圖。構(gòu)成的參照空間的（帶有某些隨意性的）學(xué)術(shù)群投影圖。 *金中正編：最新人體正常值，北京：海潮出版社，56-57，2002 生理學(xué)角度：等價(jià)生理學(xué)角度：等價(jià)(有徑有徑)線線 臨床學(xué)角度：異勢(shì)臨床學(xué)角

27、度：異勢(shì)(有徑有徑)線線 (undergoing) 知識(shí)框架論知識(shí)框架論 知識(shí)框架是領(lǐng)域本體的基知識(shí)框架是領(lǐng)域本體的基 礎(chǔ)，因此知識(shí)框架論是領(lǐng)礎(chǔ)，因此知識(shí)框架論是領(lǐng) 域本體論的基礎(chǔ)。域本體論的基礎(chǔ)。 定義定義: :知識(shí)的框架部分反映了（歷時(shí)的或共時(shí)知識(shí)的框架部分反映了（歷時(shí)的或共時(shí) 的）群體的共性部分。所謂知識(shí)框架是同類事的）群體的共性部分。所謂知識(shí)框架是同類事 物或同類過程中以較高頻率重復(fù)出現(xiàn)的事件的物或同類過程中以較高頻率重復(fù)出現(xiàn)的事件的 相對(duì)不變的概念組合，這種組合可以是結(jié)構(gòu)性，相對(duì)不變的概念組合，這種組合可以是結(jié)構(gòu)性， 功能性，也可以是過程性的。功能性，也可以是過程性的。 框架層次論框

28、架層次論 生物醫(yī)學(xué)的物性知識(shí)框架生物醫(yī)學(xué)的物性知識(shí)框架 關(guān)于正常機(jī)體的知識(shí)框架舉例：關(guān)于正常機(jī)體的知識(shí)框架舉例： （1 1）正常生命框架）正常生命框架 （2 2）標(biāo)準(zhǔn)解剖學(xué)結(jié)構(gòu)框架。）標(biāo)準(zhǔn)解剖學(xué)結(jié)構(gòu)框架。 （3 3）生理功能性框架）生理功能性框架 （4 4）生化代謝性框架）生化代謝性框架 疾病的知識(shí)框架舉例：疾病的知識(shí)框架舉例： 如急性闌尾炎癥狀框架如急性闌尾炎癥狀框架 知識(shí)框架，存在頻率及其知識(shí)框架，存在頻率及其 在認(rèn)知行為中的核心地位在認(rèn)知行為中的核心地位 可分性和連續(xù)性可分性和連續(xù)性 心靈的意志心靈的意志 物質(zhì)的意志物質(zhì)的意志 知識(shí)知識(shí) 知識(shí)知識(shí) 還原論的還原論的 聯(lián)結(jié)論的聯(lián)結(jié)論的 形式

29、形式 屬性屬性 特征特征 特征特征 離散程度離散程度 聯(lián)結(jié)程度聯(lián)結(jié)程度 圖圖5 從心靈系統(tǒng)，經(jīng)過感受系統(tǒng)，到物理系統(tǒng)之間基于離散性、聯(lián)結(jié)性和連續(xù)從心靈系統(tǒng)，經(jīng)過感受系統(tǒng)，到物理系統(tǒng)之間基于離散性、聯(lián)結(jié)性和連續(xù) 性的演繹示意圖，提示了各種類型的知識(shí)表示的適用或覆蓋范圍。性的演繹示意圖，提示了各種類型的知識(shí)表示的適用或覆蓋范圍。 命題邏輯，命題邏輯， 謂詞邏輯謂詞邏輯 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 圖像，電影，錄像等圖像，電影，錄像等 框架框架 真實(shí)事物真實(shí)事物 心靈的，封閉的，心靈的，封閉的， 離散的或聯(lián)結(jié)的系離散的或聯(lián)結(jié)的系 統(tǒng)；知識(shí)性整合統(tǒng)；知識(shí)性整合 感官的，連續(xù)的系感官的，連續(xù)的系 統(tǒng)；數(shù)據(jù)整合統(tǒng)；

30、數(shù)據(jù)整合 物理的，開放的，物理的，開放的， 連續(xù)的系統(tǒng)；物理連續(xù)的系統(tǒng)；物理 性整合性整合 心靈的，封閉的心靈的，封閉的, 聯(lián)結(jié)的系統(tǒng)；知識(shí)聯(lián)結(jié)的系統(tǒng)；知識(shí) 或數(shù)據(jù)性性整合或數(shù)據(jù)性性整合 廣義數(shù)字虛擬人體論廣義數(shù)字虛擬人體論 Generalized Digital Virtual Human Generalized Digital Virtual Human Body(GDVHBBody(GDVHB）為人體數(shù)據(jù)）為人體數(shù)據(jù)( (及其關(guān)系及其關(guān)系) )的數(shù)字化的數(shù)字化 無(wú)須限制在形象層次來談?wù)摕o(wú)須限制在形象層次來談?wù)?GDVHBGDVHB。 建立所謂標(biāo)準(zhǔn)人體，即某人群建立所謂標(biāo)準(zhǔn)人體，即某人群

31、的平均人體。的平均人體。 GDVHBGDVHB的類型：的類型： （）靜態(tài)（）靜態(tài)GDVHBGDVHB （）時(shí)間性動(dòng)態(tài)（）時(shí)間性動(dòng)態(tài)GDVHBGDVHB （）關(guān)系性動(dòng)態(tài)（）關(guān)系性動(dòng)態(tài)GDVHB 概念形式化概念形式化 Original relationships meta-dimensional combinations G-A236(Advanced) continuity-discontinuity*degree* motility G-A336(Expanding), G-A337(Shrinking) Size*motility G-A127 (Afferent) , G-A128 (Ef

32、ferent) Inside-outside*transporting G-A334 (Endogenous), G-A335(Exogenous) Inside-outside*generation Table 2 The example of relationships of SNOMED and their meta-dimensional combinations. 醫(yī)學(xué)認(rèn)知發(fā)動(dòng)機(jī)開放模型醫(yī)學(xué)認(rèn)知發(fā)動(dòng)機(jī)開放模型 （An open model of the An open model of the launcher of medical launcher of medical cogni

33、tioncognition） Meta-dimension: cognitive attribute An open model of the 1st o r d e r launching engine of m e d i c a l cognition Meta-dimension: Object attribute Meta-dimension: Attribute of BSK (Meta)-1-dimension: Existence attribute (Meta)-1-dimension: Inherent attribute (Meta)-1-dimension: Rlati

34、onship attribute (Meta)-1-dimension: Time attribute (Meta)-2-dimension: Inner-rel attribute (Meta)-2-dimension: Outer-rel attribute Fig.8 The 1st order launching engine or ontology of medical cognition，BSK：Background Space of Knowledge. Meta-dimension: cognitive attribute An open model of the 2nd o

35、r d e r launching engine of m e d i c a l cognition Meta-dimension: Object attribute Meta-dimension: Attribute of BSK (Meta)-2-dimension: CGD-wishes (Meta)-2-dimension: CGD-benifit (Meta)-2-dimension: CGD-fondness (Meta)-2-dimension: CGD-certainty (Meta)-2-dimension: CGD-granularity (Meta)-2-dimensi

36、on: CGD-action Fig. 9 The 2nd order launching engine or ontology of medical cognition， BSK：Background Space of Knowledge, CGD: cognitive goal determined. An open model of the 3rd o r d e r launching engine of m e d i c a l cognition 。 (Meta)-3-dimension: Observation (Meta)-3-dimension: Comparision (

37、Meta)-3-dimension: Judgement (Meta)-3-dimension: Abstraction (Meta)-3-dimension: Calculation (Meta)-3-dimension: Intervention (Meta)-3-dimension: Domain Fig. 10 The 3rd order launching engine or ontology of medical cognition. 知知 識(shí)識(shí) 整整 合合 論論 知識(shí)轉(zhuǎn)化知識(shí)轉(zhuǎn)化 個(gè)體知識(shí)與群體知識(shí)的轉(zhuǎn)化：個(gè)體知識(shí)與群體知識(shí)的轉(zhuǎn)化： 在人類的認(rèn)知過程中，我們常常在人類的認(rèn)知過程中

38、，我們常常 進(jìn)行上述二種知識(shí)的轉(zhuǎn)化。進(jìn)行上述二種知識(shí)的轉(zhuǎn)化。 抽象化和具體化抽象化和具體化 同樣地，命題的一般性和具體同樣地，命題的一般性和具體 性也存在這種關(guān)系。性也存在這種關(guān)系。 知識(shí)框架或模式的一般性和具體性知識(shí)框架或模式的一般性和具體性 轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化 信息單元成分之間的其他運(yùn)算：信息單元成分之間的其他運(yùn)算： 我們可以依據(jù)信息單元及其組分之間的我們可以依據(jù)信息單元及其組分之間的-is a-is a- 關(guān)系，關(guān)系，-a part of-a part of-關(guān)系，關(guān)系，代數(shù)代數(shù)關(guān)系，關(guān)系，函數(shù)函數(shù)關(guān)關(guān) 系，映射關(guān)系及系，映射關(guān)系及各種物理語(yǔ)義之間各種物理語(yǔ)義之間的關(guān)系對(duì)信的關(guān)系對(duì)信 息單元進(jìn)行操

39、作或運(yùn)算，也可通過加上必要的息單元進(jìn)行操作或運(yùn)算，也可通過加上必要的 約束使事物由相對(duì)一般、相對(duì)粗粒度、相對(duì)不約束使事物由相對(duì)一般、相對(duì)粗粒度、相對(duì)不 確定向相對(duì)具體、相對(duì)細(xì)粒度、相對(duì)確定的方確定向相對(duì)具體、相對(duì)細(xì)粒度、相對(duì)確定的方 向轉(zhuǎn)化。向轉(zhuǎn)化。 框架的整合框架的整合 求供覆蓋求供覆蓋整合的一種基本原則整合的一種基本原則 現(xiàn)在我們用求供覆蓋原則來觀察心臟泵血循環(huán)現(xiàn)在我們用求供覆蓋原則來觀察心臟泵血循環(huán) 中多關(guān)系整合的實(shí)現(xiàn)。中多關(guān)系整合的實(shí)現(xiàn)。 意識(shí)性意識(shí)性“大或大或”空間（空間（Big-Or SpaceBig-Or Space），只能），只能 允許聯(lián)想，不能保證推導(dǎo)。允許聯(lián)想，不能保證推導(dǎo)

40、。 （S=SS=S1 1SS2 2SS3 3） 概念性本體、實(shí)驗(yàn)性本體和概念性本體、實(shí)驗(yàn)性本體和 羅盤羅盤- -燈塔式本體燈塔式本體 本體的重要特性是共享性和重復(fù)應(yīng)用性，本體的重要特性是共享性和重復(fù)應(yīng)用性， 那么本體首先必須是關(guān)于標(biāo)準(zhǔn)的（典型那么本體首先必須是關(guān)于標(biāo)準(zhǔn)的（典型 的、共性的、群體的）概念性知識(shí)。被的、共性的、群體的）概念性知識(shí)。被 BMKIBMKI稱為概念性（或典型性）本體稱為概念性（或典型性）本體 （Conceptual OntologyConceptual Ontology，COCO）。）。 即使有一天所有的CO都運(yùn)轉(zhuǎn)起來，那 我們的醫(yī)學(xué)信息學(xué)的知識(shí)工程領(lǐng)域 體來講也是個(gè)“獨(dú)

41、腳領(lǐng)域”（當(dāng)然 她在限定的認(rèn)知目標(biāo)內(nèi)還是威力巨 大的），因?yàn)樗笔Я酥挥袑?shí)驗(yàn)證 據(jù),但經(jīng)過統(tǒng)計(jì)學(xué)檢驗(yàn)因而與CO一 樣具有公認(rèn)性的實(shí)驗(yàn)性本體 （EO,BMKI這樣稱呼它）。 這是一片巨大的荒蕪的處女地，大 腦與電腦都幾乎對(duì)它無(wú)能為力。但 是一個(gè)函數(shù)表示的連續(xù)關(guān)系，如果 確定某種需要的精度，是可以離解 為一系列的陳述來表示。因而也可 以實(shí)現(xiàn)本體Web化。這么一片巨大 荒原被開發(fā)，對(duì)醫(yī)學(xué)信息學(xué)的貢獻(xiàn) 無(wú)論如何評(píng)價(jià)都不會(huì)太過。是前無(wú) 古人的偉大事業(yè)。 定義：概念性知識(shí)本體定義：概念性知識(shí)本體為意識(shí)性或?yàn)橐庾R(shí)性或 理性模型化項(xiàng)目，即某領(lǐng)域的概念理性模型化項(xiàng)目，即某領(lǐng)域的概念 結(jié)構(gòu)模型。結(jié)構(gòu)模型。 定義：

42、實(shí)驗(yàn)性知識(shí)本體定義：實(shí)驗(yàn)性知識(shí)本體為物理性或?yàn)槲锢硇曰?映射性模型化，包括實(shí)驗(yàn)性數(shù)字映映射性模型化，包括實(shí)驗(yàn)性數(shù)字映 射或函數(shù)關(guān)系等。射或函數(shù)關(guān)系等。 定義：羅盤定義：羅盤- -燈塔式本體燈塔式本體為為COCO與與EOEO 的結(jié)合。的結(jié)合。 BMKIBMKI基本形式基本形式 BMKIBMKI的任務(wù)是探索群體性知識(shí)的任務(wù)是探索群體性知識(shí) 概念性本體、實(shí)驗(yàn)性本體及個(gè)概念性本體、實(shí)驗(yàn)性本體及個(gè) 體性知識(shí)三大部分的關(guān)系、相體性知識(shí)三大部分的關(guān)系、相 互轉(zhuǎn)化和連接?；マD(zhuǎn)化和連接。 圖15 意識(shí)或理論推導(dǎo)海洋及物理知識(shí)島嶼相結(jié)合的知識(shí)整合哲學(xué)：物理世界作為背景 是各類知識(shí)體系的承載體，各類知識(shí)體系包括人工

43、智能建立的意識(shí)體系即一系列小的 公理-概念體系（白色方塊）和各種經(jīng)驗(yàn)或?qū)嶒?yàn)性物理知識(shí)燈塔（白色星形）和島嶼（ 黑色多邊形）。每個(gè)公理-概念體系理論上都有無(wú)限長(zhǎng)的邏輯推導(dǎo)距離，但其有效推導(dǎo) 距離接受其相應(yīng)的知識(shí)燈塔或島嶼檢驗(yàn)和指導(dǎo)。 各類領(lǐng)域知識(shí)體系 公理-概念體系單元 物理世界背景 物理性知識(shí)燈塔和島嶼 CO EO 群體性知識(shí)（群體性知識(shí)（ KP），如），如 CBO 個(gè)體性知識(shí)（個(gè)體性知識(shí)（ KI），），如電如電 子病歷關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)子病歷關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù) 生物醫(yī)學(xué)知生物醫(yī)學(xué)知 識(shí)體系識(shí)體系 圖16 生物醫(yī)學(xué)知識(shí)體系的三大部分。 人生苦短過路客人生苦短過路客 記物數(shù)學(xué)記物數(shù)學(xué)“有徑線有徑線”誕生誕生 人

44、生苦短過路客，人生苦短過路客， 名位財(cái)色煙云物。名位財(cái)色煙云物。 天生我才不當(dāng)負(fù)，天生我才不當(dāng)負(fù)， 悠悠真理催腰折。悠悠真理催腰折。 2006210 B M K I 網(wǎng)址（由醫(yī)學(xué)信息學(xué)年輕學(xué)者維護(hù)）：網(wǎng)址（由醫(yī)學(xué)信息學(xué)年輕學(xué)者維護(hù)）： （中文）（中文） http:/ htmhtm （英文）（英文） http:/ h/index_english.htmh/index_english.htm http:/www.china- http:/www.china- 生物醫(yī)學(xué)知識(shí)整合論生物醫(yī)學(xué)知識(shí)整合論 人生苦短過路客人生苦短過路客 記物數(shù)學(xué)記物數(shù)學(xué)“形態(tài)數(shù)形態(tài)數(shù)”誕生誕生 人生苦短過路客，人生苦短過路客， 名位財(cái)色煙云物。名位財(cái)色煙云物。 天生我才不當(dāng)負(fù)，天生我才不當(dāng)負(fù)， 悠悠真理催腰折悠悠真理催腰折 。 2006210 謝謝大家！謝謝大家！ 量子力學(xué)量子力學(xué) 我們知道，第一個(gè)問題