時間：2023-08-24 17:26:57
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇熱力學(xué)在生命科學(xué)中的應(yīng)用，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
【關(guān)鍵詞】 生命科學(xué)；復(fù)雜性科學(xué)；生物復(fù)雜性
復(fù)雜性科學(xué)的概念誕生至今已經(jīng)20多年，這期間有大批學(xué)者從不同的領(lǐng)域入手展開了卓有成效的探索。人們希望更全面深入地從客觀世界事物的整體與部分以及層次關(guān)聯(lián)在時空演化的全程描述角度來研究支配客觀事物運行的基本規(guī)律，建立起新世紀(jì)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的理論基礎(chǔ)，以指導(dǎo)新的發(fā)展實踐。
這其中在生命科學(xué)領(lǐng)域的復(fù)雜性研究又受到了許多跨學(xué)科學(xué)者的關(guān)注，也有人將其稱之為生物復(fù)雜性（biocomplexicity）研究，生物復(fù)雜性科學(xué)主要探索在一些傳統(tǒng)學(xué)科間交叉的問題。準(zhǔn)確地說，是尋求以定量和整合的途徑來深入了解各種生命系統(tǒng)之間復(fù)雜的相互作用，其中既包括生物的、行為的、化學(xué)的和物理的相互作用，也包括生態(tài)的、環(huán)境的和社會的綜合作用等［1］。
1 復(fù)雜性科學(xué)研究的概念和范疇
復(fù)雜性的定義是相對于簡單性而言的，簡單性一向是現(xiàn)代自然科學(xué)、特別是物理學(xué)的一條指導(dǎo)原則。許多科學(xué)家相信自然界的基本規(guī)律是簡單的。還原論的基本思想也就是找出復(fù)雜現(xiàn)象或事物背后的簡單機制。事實上一些復(fù)雜的事物或現(xiàn)象，其背后確實存在簡單的規(guī)律或過程。
關(guān)于復(fù)雜性的概念并沒有一個統(tǒng)一的說法，而是根據(jù)研究的對象有不同提法，比如，從熵的角度：復(fù)雜性等于熱力學(xué)測定的一個系熵和無序；信息的角度：復(fù)雜性等于一個系統(tǒng)使一個觀測者“驚奇的能力”；分形尺寸：一個系統(tǒng)的“模糊狀況”，即在越來越小的尺寸上顯示的詳細程度；有效的復(fù)雜性：一個系統(tǒng)顯示“規(guī)律性”而不是隨機性的程度；體系復(fù)雜性：由一個體系結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的不同層次所顯示的多樣性；語法的復(fù)雜性：描述一個系統(tǒng)所需要的語言的普遍性程度；熱力學(xué)深度：將一個系統(tǒng)從頭組織在一起所要的熱力學(xué)資源的數(shù)量；時間計算上的復(fù)雜性：一部計算機描述一個系統(tǒng)或解決一個問題所需要的時間；空間計算上的復(fù)雜性：一部計算機描述一個系統(tǒng)或解決一個問題所需要的存儲量［2］；等等。
從20世紀(jì)30年代系統(tǒng)科學(xué)開始興起，人們逐漸認識到系統(tǒng)大于其組成部分之和，系統(tǒng)具有層次結(jié)構(gòu)和功能結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)處于不斷地發(fā)展變化之中，系統(tǒng)經(jīng)常與其環(huán)境（外界）有物質(zhì)、能量和信息的交換，系統(tǒng)在遠離平衡的狀態(tài)下也可以穩(wěn)定（自組織），確定性的系統(tǒng)有其內(nèi)在的隨機性（混沌），而隨機性的系統(tǒng)卻又有其內(nèi)在的確定性（突現(xiàn)）。
復(fù)雜性科學(xué)往往研究的是復(fù)雜性系統(tǒng)，復(fù)雜系統(tǒng)主要有以下表現(xiàn)：（1）系統(tǒng)各單元之間的聯(lián)系廣泛而緊密，構(gòu)成一個網(wǎng)絡(luò)。因此每一單元的變化都會受到其他單元變化的影響，并會引起其他單元的變化。（2）系統(tǒng)具有多層次、多功能的結(jié)構(gòu)，每一層次均成為構(gòu)筑其上一層次的單元，同時也有助于系統(tǒng)的某一功能的實現(xiàn)。（3）系統(tǒng)在發(fā)展過程中能夠不斷地學(xué)習(xí)并對其層次結(jié)構(gòu)與功能結(jié)構(gòu)進行重組及完善。（4）系統(tǒng)是開放的，它與環(huán)境有密切的聯(lián)系，能與環(huán)境相互作用，并能不斷向更好地適應(yīng)環(huán)境的方向發(fā)展變化。（5）系統(tǒng)是動態(tài)的，它不斷處于發(fā)展變化之中，而且系統(tǒng)本多對未來的發(fā)展變化有一定的預(yù)測能力。
一般來說，復(fù)雜性研究的基本方法是：（1）定性判斷與定量計算相結(jié)合。（2）微觀分析與宏觀綜合相結(jié)合。（3）還原論與整體論相結(jié)合。（4）科學(xué)推理與哲學(xué)思辨相結(jié)合。
復(fù)雜科學(xué)研究中所用的理論工具：（1）非線性科學(xué)——非線性動力系統(tǒng)理論（穩(wěn)定性和分叉理論、混沌、孤子）和統(tǒng)計力學(xué)（分形、標(biāo)度），及非平衡系統(tǒng)中的復(fù)雜和隨機現(xiàn)象的研究；（2）計算機模擬——它是十分重要的手段，目前已廣泛用于復(fù)雜科學(xué)的研究中；（3）計算智能；（4）數(shù)理邏輯；（5）在不確定條件下的決策技術(shù)；（6）綜合集成技術(shù)；（7）整體優(yōu)化技術(shù)等。
2 生命科學(xué)與復(fù)雜性研究
生命科學(xué)的研究對象都是復(fù)雜系統(tǒng)，（具有關(guān)聯(lián)性、多樣性、自學(xué)習(xí)、自組織、開放、動態(tài)的特點），生命科學(xué)研究的系統(tǒng)正因為其復(fù)雜性，對其構(gòu)成的原因和演化的歷程，此前均缺乏了解，也因此吸引了復(fù)雜性科學(xué)研究者的高度重視。近幾十年來，對生物系統(tǒng)所具有的整體性、關(guān)聯(lián)性、網(wǎng)絡(luò)層次性、統(tǒng)計漲落性、內(nèi)在和外在的隨機性、模糊性、開放性和歷史性等這一類復(fù)雜系統(tǒng)的典型特征進行了探討。生物體本身的特點以及生物的進化使得人們的思維方式從單純的物理學(xué)簡單系統(tǒng)的研究轉(zhuǎn)變?yōu)閷ι飳W(xué)的復(fù)雜系統(tǒng)的研究［3］。
基因是生命遺傳的基本密碼，生物體的復(fù)雜結(jié)構(gòu)和功能不僅僅是由基因決定的，也是由基因組中大量的非編碼信息和非編碼基因決定的。因此生物體的復(fù)雜結(jié)構(gòu)和功能不僅僅是由基因決定的，也不僅僅是由基因組中大量的非編碼信息決定的，而是由這些元素在生物體各個層次上復(fù)雜、動態(tài)的相互作用決定的。
作為生命系統(tǒng)的指揮和協(xié)調(diào)中心—神經(jīng)系統(tǒng)，其中樞功能結(jié)構(gòu)為大腦，近十年來腦功能的科學(xué)研究是復(fù)雜科學(xué)領(lǐng)域中的一個熱點。大腦有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，它的組織層次按空間尺度有：分子、膜、突觸、神經(jīng)元、核團、回路、網(wǎng)絡(luò)、層、投射、系統(tǒng)。大腦表現(xiàn)出的某些高級功能是不能在較低的層次上觀察到的，其中有些是由各個單元之間的相互作用而涌現(xiàn)出的集體行為。人們的思維規(guī)律是不斷變化的，但是最低層次的規(guī)律是不變的。腦功能的復(fù)雜性首先體現(xiàn)在各神經(jīng)子系統(tǒng)自身的高度非線性、不穩(wěn)定性和適應(yīng)性；其次體現(xiàn)在它們之間相互連接的非均勻性及大規(guī)模并行等特點。不僅如此，即使在非常簡單的神經(jīng)系統(tǒng)中也存在著令人驚異的復(fù)雜性，這反映在它們的功能、演化歷史、結(jié)構(gòu)和編碼方式。比如，單個神經(jīng)元放電的時間序列包含復(fù)雜多樣的時間模式，反映了神經(jīng)細胞內(nèi)的復(fù)雜的動力學(xué)過程［4］。腦電信號是中樞神經(jīng)系統(tǒng)自發(fā)產(chǎn)生的生物電活動，它包含了豐富的神經(jīng)系統(tǒng)狀態(tài)和變化的信息，因而在臨床和神經(jīng)電生理研究中得到了廣泛的應(yīng)用。現(xiàn)在人們對EEG建立動力學(xué)模型，并研究其中的混沌現(xiàn)象，顯示動力學(xué)模型方法對于研究大腦正常生理和病理狀態(tài)具有的意義［5］。
近年來控制領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)和發(fā)展了腦控系統(tǒng)，即基于腦電信號的人機融合控制系統(tǒng)，直接以腦電信號為基礎(chǔ)，通過腦機接口來實現(xiàn)控制。“腦控”研究涉及神經(jīng)科學(xué)、計算機科學(xué)、控制科學(xué)和心理學(xué)等多學(xué)科交叉。相關(guān)研究已經(jīng)開發(fā)出了利用大腦的思維、通過電子接口來控制各種設(shè)施的運動狀態(tài)，并取得預(yù)期效果的“腦控技術(shù)”，這項技術(shù)在醫(yī)療等多個方面具有重要的應(yīng)用價值。
人工生命（Artificial Life）是近10年發(fā)展起來的一個新方向，是以進化為主要特征的復(fù)雜性研究。人工生命致力于研究生命形式（并不局限于某種特定的載體）的普遍特征。地球上的生命被看成是一種具有特定載體—蛋白質(zhì)—的特定生命形式，地球上的生命進化也僅僅代表一種特定的進化途徑，因此可以用別的物質(zhì)來構(gòu)造另類載體的生命形式，賦予它們生命的特征，使其具有進化、遺傳、變異等等生命現(xiàn)象，得到生命的普遍行為［2］。
其他如心血管系統(tǒng)中的心率變異性和管腔應(yīng)變問題；動態(tài)病（以異常時間組織結(jié)構(gòu)為特征的疾病，如周期性發(fā)熱、周期性關(guān)節(jié)腫脹等）的預(yù)防、治療和數(shù)學(xué)建模問題；生態(tài)系統(tǒng)的種群繁殖問題；流行病中的疾病傳染規(guī)律；生化反應(yīng)的動力學(xué)過程；免疫系統(tǒng)中信號產(chǎn)生、傳遞和轉(zhuǎn)導(dǎo)的動力學(xué)過程等都體現(xiàn)了生物系統(tǒng)的復(fù)雜性，屬于復(fù)雜性科學(xué)研究的范疇。
因為生命體的多樣性和復(fù)雜性決定了臨床醫(yī)學(xué)本身的復(fù)雜性；疾病是復(fù)雜的，不僅生命體本身病理過程復(fù)雜，而且心理、社會、環(huán)境等因素都會影響病理過程；許多復(fù)雜性疾病，如心血管疾病、癌癥、艾滋病等皆是生命體多層次、多層面因素作用的結(jié)果。現(xiàn)代醫(yī)學(xué)是在還原論指導(dǎo)下對生命和疾病局部的、分離的認識，仍停留在分析和描述的水平上；所以需要借助復(fù)雜性研究方法。在研究方法和觀念上有所突破。
祖國傳統(tǒng)中醫(yī)學(xué)獨特的思維方法和對復(fù)雜系統(tǒng)整體狀態(tài)的把握與復(fù)雜性研究有類似的思路。中醫(yī)學(xué)對人體內(nèi)部的相互作用以及人體與環(huán)境的相互作用提出了眾多的命題，為現(xiàn)代醫(yī)學(xué)研究準(zhǔn)備了豐富的素材，對中醫(yī)的理論體系的認識還必須運用物理學(xué)、生物學(xué)、數(shù)學(xué)、控制論、系統(tǒng)論等學(xué)科的最新知識。
復(fù)雜性科學(xué)對我們來說是一個充滿未知的領(lǐng)域，研究方法上既有還原論，也有綜合論和系統(tǒng)論，這兩種思想正在經(jīng)歷碰撞并開始出現(xiàn)融合的趨勢。但是在研究對象上，它研究的問題并不是剛剛出現(xiàn)，而是因為人們認識的深度和它本身的難度，使這一類問題被擱置了起來。目前，對復(fù)雜性的研究已經(jīng)分別在一些學(xué)科取得了初步的進展，隨著科技的進步、人類對自然和自身認識的深化，生命科學(xué)中的復(fù)雜性問題必然會被逐步地認識和解決。
【參考文獻】
1 米歇爾·沃爾德羅普.復(fù)雜—誕生于秩序與混沌邊緣的科學(xué).北京:生活讀書新知三聯(lián)書店，1997，276-335.
2 成思危.復(fù)雜性科學(xué)探索.北京:民主與建設(shè)出版社，1999，166-188.
3 Werner BT. Complexity in natural landform patterns. Science，1999，284(5411): 102-104.
踏足高分子科學(xué)領(lǐng)域十余年來，李劍鋒取得了傲人的成果。他完成的碳纖維氧化炭化成套工藝優(yōu)化項目，直接為企業(yè)實現(xiàn)850萬元年銷售收入；他將自洽場方法拓展至普通曲面，2014年被歐洲物理學(xué)報E作為封面文章報道。
然而，李劍鋒似乎是個“不安分”的科研者。他思維活躍，興趣廣泛，漸漸將研究觸角延伸到了意識科學(xué)領(lǐng)域。在這個無形的世界中，他構(gòu)建出一套意識科學(xué)理論。
一個問題千次實驗
21世紀(jì)，我們進入了一個新型材料時代。各種新型材料如雨后春筍般出現(xiàn)，它們正悄然改變著我們的生活。“碳纖維”是材料大家族的其中一員，這是一種含碳量在95%以上的高強度、高模量纖維的新型纖維材料，由片狀石墨微晶等沿纖維軸向方向堆砌而成。用“外柔內(nèi)剛”來形容碳纖維最適合不過。它質(zhì)量比金屬鋁輕，但強度卻高于鋼鐵，并且具有耐腐蝕、高模量的特性。另外，它不僅具有碳材料的固有本征特性，同時兼?zhèn)浼徔椑w維的柔軟可加工性，是新一代增強纖維。因此，碳纖維在國防軍工和民用方面都屬于重要材料。
我國開展對碳纖維的研究已有近40年歷史，雖然多家單位都取得了一定的實驗室成果，但由于產(chǎn)品成本高、質(zhì)量不穩(wěn)定，連續(xù)大規(guī)模生產(chǎn)難于實現(xiàn)。上海具有良好的碳纖維研發(fā)基礎(chǔ)，復(fù)旦、東華等多家高校和中科院有機所等院所都先后取得了一些科研成果，但同樣未能邁向產(chǎn)業(yè)化。
2012年，上海石化―復(fù)旦大學(xué)成立了碳纖維研究課題組。項目組圍繞碳纖維生產(chǎn)過程中的各個環(huán)節(jié)，包括聚合、紡絲、整理、氧化碳化等開展攻關(guān)。李劍鋒作為青年科技骨干參加其中并主要承擔(dān)氧化炭化工藝基礎(chǔ)研究的具體工作。
目前，國內(nèi)氧化炭化工藝參數(shù)的獲得主要靠試驗試錯，對整個工藝的物理化學(xué)機理并沒有一個清晰的理論認識。這也是我國碳纖維制品品質(zhì)不高的重要原因所在。李劍鋒結(jié)合自己的基礎(chǔ)研究背景，將高分子物理理論運用到研究碳纖維生產(chǎn)工藝中氧化炭化過程，并創(chuàng)造性地提出耦合雙化學(xué)反應(yīng)的拉伸流變學(xué)理論模型，很好地解釋了聚丙烯腈原絲氧化炭化過程中發(fā)生的物理化學(xué)過程。
為了驗證這個理論，李劍鋒先后帶領(lǐng)50多個研究生做了上千次原絲氧化炭化拉伸流變學(xué)實驗。功夫不負有心人，他們最終在實驗和理論的基礎(chǔ)上提出了氧化碳化生產(chǎn)工藝參數(shù)優(yōu)化的成套解決方案。方案指出，恰當(dāng)?shù)靥幚砗醚趸炕^程中的物理松弛與化學(xué)反應(yīng)的矛盾、及避免高溫氧化區(qū)的碳流失是提高碳纖維材料強度和模量的關(guān)鍵。
李劍鋒不僅給出了定性指導(dǎo)原則，還促使成套解決方案直接從理論上算出可直接應(yīng)用實際生產(chǎn)的工藝參數(shù)，“針對任意一種原絲，通過實驗測量擬合基本模型參數(shù)，然后用耦合雙化學(xué)反應(yīng)的拉伸流變化學(xué)模型模擬分析得到初步優(yōu)化工藝參數(shù)，再通過實驗進一步驗證工藝參數(shù)，最后將工藝參數(shù)直接運用于碳纖維的實際生產(chǎn)中”，他詳細介紹道。
目前，此成套解決方案已成功地應(yīng)用于上海石化1500噸/年碳纖維生產(chǎn)線，為上海石化實現(xiàn)T300碳纖維的規(guī)模化、穩(wěn)定化量產(chǎn)奠定了夯實基礎(chǔ)。這一成果的發(fā)現(xiàn)，不僅提高國內(nèi)碳纖維行業(yè)對氧化碳化工藝全方面的認知水平，還在一定程度上推動了我國碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展，研發(fā)出高性能和高品質(zhì)的產(chǎn)品系列。數(shù)據(jù)顯示，2014年，上海石化累計銷售碳纖維108.24噸，實現(xiàn)850萬元年銷售收入。
復(fù)雜空間中的高分子研究
高分子材料制備往往離不開熱力學(xué)研究。在聚合物熱力學(xué)研究中，自洽場理論是目前平均場層次上，最為精確、系統(tǒng)、完整的理論。它也成為研究高分子體系相平衡態(tài)結(jié)構(gòu)問題中一個十分重要的理論方法。據(jù)悉，該方法最初由英國理論物理學(xué)家Edwards于上世紀(jì)60年代中期提出，隨后由Helfand， Noolandi等將該理論引入到了嵌段共聚物等多相高分子體系中。
自洽場實空間方法往往主要被用于二維平面周期和三維立方周期性條件下的嵌段共聚物微相分離研究，體系為球面的情況卻很少受到科研者的關(guān)注。然而在廣袤的生物界中，存在很多像球面一樣有界無限體系的物質(zhì)。因此，研究嵌段共聚物在球面上的微相分離具有重大意義。
2006年，李劍鋒首次將自洽場實空間方法拓展至球面上，并研究了兩嵌段及三嵌段共聚物的微相分離形態(tài)。他比最早提出自洽場理論實空間解法的Fredrickson把自洽場理論拓展至球面，整整早了1年。在文中，F(xiàn)redrickson及其合作者充分肯定了李劍鋒方法的首創(chuàng)性。然而，他們采用的是準(zhǔn)譜法，“這個方法的缺點是需要構(gòu)造基函數(shù)，但普通曲面一般沒有基函數(shù)，因此不能進一步拓展至曲面”，李劍鋒意識到問題的所在。
后來，李劍鋒提出了自己的研究方法。其實，他的方法除了坐標(biāo)系有所不同外，其它的思想和方法都與原來平直空間上的做法一致。不同于平面上的田字網(wǎng)格劃分――他采用球面二十面體的三角網(wǎng)格劃分離散球面上的點。
隨著研究的進一步深入，成果漸漸顯現(xiàn)。李劍鋒寫出了球面拉普拉斯差分算子的分裂形式，因此，“我們同樣可以設(shè)計球面及普通曲面的交替隱式格式”。對于平面、球面、普通曲面上三種交替隱式格式的不同，李劍鋒形象地比喻道“前人像紡織工人一般通過經(jīng)緯兩個方向編織田字網(wǎng)格，然后分別在經(jīng)、緯兩個方向設(shè)計交替隱式格式；我們用六條寬的絲帶將球面裹起來，然后在每條帶子上設(shè)計交替隱式格式；最后，我們像手工者用竹篾編織籃子一樣編織普通曲面，然后在每根竹篾上設(shè)計交替隱式格式”。就這樣，他將球面自洽場方法拓展至普通曲面。至此，他們完全解除了自洽場方法在空間形式上的限制。同時歐洲物理學(xué)報E將這一重大突破作為2014年封面文章進行了相關(guān)報道。
探索細胞的微觀世界
細胞是生物體的最基本形式。探尋復(fù)雜而又神秘的生命活動，我們可以從小小的細胞里找尋到很多未知的答案。當(dāng)下，如何研究單細胞的復(fù)雜性進而規(guī)模更大的生命形式，乃至整個生態(tài)系統(tǒng)，無疑是擺在生物學(xué)家面前一個充滿挑戰(zhàn)性的課題。事實上，傳統(tǒng)的實驗研究思路和分析方式早已無法勝任目前高標(biāo)準(zhǔn)的研究要求，僅憑生物學(xué)家自身也是力所不及。但幸運的是，計算機科學(xué)發(fā)展到今天，已達到相當(dāng)發(fā)達的程度，借助多學(xué)科交叉的力量或許可以為研究提供新途徑，一門名為“生物信息學(xué)”的學(xué)科也應(yīng)運而生。
典型研究案例是日本Keio大學(xué)學(xué)者設(shè)計的電子細胞和美國康涅狄格州州立大學(xué)學(xué)者設(shè)計的虛擬細胞，即允許生物學(xué)實驗在一個人工環(huán)境里運行。自此，生物學(xué)家將有可能利用這種新的工具來研究對于常規(guī)實驗技術(shù)來說要漫長或復(fù)雜困難的生命過程機制。
李劍鋒同樣認為，未來生物物理的一個重要發(fā)展方向是生物計算機模擬。他說，要真正模擬細胞及其它生命體系的生理過程，首要解決的是模擬細胞及其它細胞器復(fù)雜的形變過程。
在相分離動力學(xué)計算機模擬中，普通的做法是先對連續(xù)的自由能進行變分得到連續(xù)的動力學(xué)方程，然后再對動力學(xué)方程進行離散。但此方法存在一個嚴(yán)重缺陷：由于動力學(xué)方程中經(jīng)常會出現(xiàn)一階或二階微分算符，如何對這些算符進行離散至今沒有統(tǒng)一的恰當(dāng)方案，離散不當(dāng)將導(dǎo)致數(shù)值模擬不穩(wěn)定。
經(jīng)過研究，李劍鋒發(fā)展出一套高效穩(wěn)定的模擬細胞和囊泡劇烈形變的數(shù)值方法――離散空間變分法，即先對自由能進行離散，然后對離散的自由能做變分直接得到離散的動力學(xué)方程。這種方法巧妙地回避了上述問題。
根據(jù)離散空間變分法，李劍鋒成功地對二維囊泡動力學(xué)過程進行了模擬，隨后和已有的理論方法的計算結(jié)果進行比較，結(jié)果顯示二者完全一致。也就是說，離散空間變分法正確可靠。同時，李劍鋒還從模擬結(jié)果中發(fā)現(xiàn)這種模擬方法具有穩(wěn)定、光滑和模擬速度快的特點，更重要的是它可以考慮膜與膜之間的長程相互作用。“離散空間變分法在一定程度上解決了自由能方程的數(shù)值計算問題，這種方法并不需要預(yù)先假設(shè)囊泡的對稱性，也就意味著直接推廣到更一般的三維囊泡和多組分的囊泡也是可行的。”
此工作2013年被J. Phys. Chem. B作為封面文章報道。值得注意的是，離散空間變分法也可用于解釋金晶格起泡、帶電囊泡和紅血球穿過毛細血管等體系，應(yīng)用前景廣泛。
開啟另一扇門
隨著科學(xué)技術(shù)的日新月異，生命科學(xué)家開始關(guān)注神奇的大腦，各國也紛紛提出各自的腦計劃。如火如荼中，一個更基礎(chǔ)的、也極富爭議性的領(lǐng)域卻被大家忽視，那就是“意識科學(xué)”。人類對意識的研究有著悠久的歷史，在古代，它純粹是一個哲學(xué)問題；在西方哲學(xué)傳統(tǒng)中，它主要以心身問題的形式表現(xiàn)，漸漸從傳統(tǒng)的心身變?yōu)楫?dāng)今的意識科學(xué)。
李劍鋒清晰地認識到，實施腦計劃的終點應(yīng)該就是意識科學(xué)，“但由于目前大多數(shù)科學(xué)家都覺得離這個目標(biāo)太遠而干脆不去怎么提及”。時光倒退回2003年，李劍鋒進入了這個嶄新的領(lǐng)域。直到現(xiàn)在，他也是我國為數(shù)不多從事嚴(yán)肅的意識科學(xué)研究的學(xué)者。樂于分享的他還開設(shè)了自己的社交賬號，在上面交流自己關(guān)于意識科學(xué)的點滴想法。
談及意識科學(xué)，一定繞不開著名的“困難問題”。李劍鋒在其編纂的“困難問題”的百度百科中這樣寫道：現(xiàn)在困難問題一般特指意識科學(xué)中的困難問題。1995年，著名的哲學(xué)家查爾默絲對意識科學(xué)中的問題進行了分類，認為大致可分成簡單問題與困難問題。簡單問題是指可歸結(jié)為結(jié)構(gòu)和功能的問題，比如所有的認知相關(guān)的問題都為簡單問題，當(dāng)然目前很熱的人工智能相關(guān)的問題亦為簡單問題；而困難問題是指不能歸結(jié)為結(jié)構(gòu)和功能的問題，一般此類問題主要涉及到解釋意識體驗的來源及其本質(zhì)。
準(zhǔn)確地說：自20世紀(jì)80年代以來，我們已是處在一個信息爆炸的時代、一個知識經(jīng)濟的時代。有人還更形象地說：這是一個一“網(wǎng)”情深的時代；一個“網(wǎng)”事如歌的時代；一個無“網(wǎng)”而不勝的時代。的確，進入20世紀(jì)的后期，我們已實實在在地處在了一個信息網(wǎng)絡(luò)化的時代中。未來學(xué)家們又進一步預(yù)言說：21世紀(jì)將是生物科技的時代，或者說是生命科學(xué)的時代。因為生物技術(shù)和信息技術(shù)的迅猛發(fā)展已向人們展現(xiàn)出了更加誘人前景，并使得將生物學(xué)和信息學(xué)結(jié)合起來的生物信息學(xué)的研究成為可能。運用生物信息學(xué)的原理或機制去提示生命的奧秘，認識和探討人類疾病的發(fā)生和發(fā)展及至康復(fù)等醫(yī)學(xué)問題，將是一個全新的課題，并有望開啟一個嶄新醫(yī)學(xué)時代。生物信息醫(yī)學(xué)的時代。這是一個將“物質(zhì)、能量和信息”三基元的思想用來指導(dǎo)醫(yī)學(xué)的研究和發(fā)展的新階段，是對現(xiàn)代醫(yī)學(xué)僅從人體的物質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能(能量)或者注重從生物物理和生物化學(xué)的角度去認識疾病和防治疾病方法的一種進步和完善。換句話說：我們將從生理、生化和生物信息三方面去看待機體和生命，去認識和防治疾病。這不正是我們傳統(tǒng)中醫(yī)學(xué)的“形、氣、神”理論的現(xiàn)代體現(xiàn)嗎?所以，我們認為，21世紀(jì)的醫(yī)學(xué)發(fā)展趨勢將是以生物信息為主導(dǎo)的醫(yī)學(xué)新時代。
下面我想從4個方面來分析和探討一下，我們所提出的“生物信息醫(yī)學(xué)”形成的可能性或可行性。即：①現(xiàn)代高新科技發(fā)展所提供的時代科技背景；②信息時代新的哲學(xué)思想原則為之提供的認識論和方法論；③生物信息醫(yī)學(xué)已存在的歷史和發(fā)展現(xiàn)狀；④生物信息醫(yī)學(xué)未來的發(fā)展前景展望。
1生物信息醫(yī)學(xué)形成的時代背景――現(xiàn)代高新科技
現(xiàn)代醫(yī)學(xué)科學(xué)的每一個新進展都與當(dāng)時的科學(xué)研究和技術(shù)的支持是分不開的，在當(dāng)今蓬勃發(fā)展的醫(yī)學(xué)背后有現(xiàn)代高新技術(shù)強有力的支撐。
現(xiàn)代高新科技來自現(xiàn)代尖端科學(xué)的研究，所謂尖端科學(xué)就是人類探索自然界規(guī)律，攀登科學(xué)知識高峰的前沿。當(dāng)前，科學(xué)研究的最前沿主要可以歸結(jié)為以下幾個方面的問題，即物質(zhì)的組成或結(jié)構(gòu)，生命的本質(zhì)和演化，人類生存的環(huán)境，宇宙的起源和人類智力的奧秘。正是對在這些問題探索研究的過程中，人們不斷獲取尖端科學(xué)知識，并應(yīng)用這些知識，又進一步開發(fā)出了如下高新科學(xué)技術(shù)，即：①生命科學(xué)技術(shù)(或稱生物科學(xué)技術(shù))――對生命的本質(zhì)和演化的探索；②信息科學(xué)技術(shù)――對人類智力的探索；③軟科學(xué)技術(shù)(或稱管理科學(xué))――對人類智力的探索；④海洋科學(xué)技術(shù)――對生存環(huán)境的探索；⑤空間科學(xué)技術(shù)(或稱航空航天技術(shù))――對宇宙空間的探索；⑥環(huán)境科學(xué)技術(shù)――有益于環(huán)境的高新技術(shù)；⑦新材料科學(xué)技術(shù)――對物質(zhì)的組成或結(jié)構(gòu)的探索；⑧新能源和可再生能源科學(xué)技術(shù)――對物質(zhì)的組成或結(jié)構(gòu)的探索。
這高新技術(shù)中，其中信息科學(xué)技術(shù)、生命科學(xué)技術(shù)和軟科學(xué)(管理科學(xué))是與人的生命和智力的探索直接相關(guān)的。自然也是與醫(yī)學(xué)是密切相關(guān)的科學(xué)和技術(shù)。海洋科學(xué)和空間科學(xué)及環(huán)境科學(xué)，主要研究人類生存空間的拓展和生存環(huán)境的保護，也是以人為本的。新材料科學(xué)和新能源及可再生能源科學(xué)則主要是為人類尋找更好的使用工具和動力資源，提高人類勞動效率和生存生活質(zhì)量。同時，其新材料科學(xué)技術(shù)還將會為我們的醫(yī)學(xué)提供更精細和精密的診療儀器或技術(shù)手段。例如：納米技術(shù)可使我們造制出更加精細的檢測儀器，如：纖維鏡、胃鏡等，也可提供更精細手術(shù)器械等。
在現(xiàn)代高新科學(xué)技術(shù)的基礎(chǔ)上，現(xiàn)代醫(yī)學(xué)科學(xué)研究方法的特點：一是研究更為深入，利用現(xiàn)代生物學(xué)先進技術(shù)，在核酸、蛋白質(zhì)等生物大分子水平上闡述生命體的結(jié)構(gòu)和功能特征，并且利用基因技術(shù)使人們能夠設(shè)計和改變生物體特征；二是研究技術(shù)的綜合應(yīng)用，以往各學(xué)科單一的研究方法、系統(tǒng)正在被跨學(xué)科多水平的實驗體系所取代，高水準(zhǔn)的研究一般都在整體、離體組織、細胞、分子多種水平上證實一種論點；三是高新技術(shù)的發(fā)展完善，使得元損傷非侵入式研究越來越廣泛被采用，不僅可以在實驗動物上得出與人更接近的結(jié)果，還能直接用于人體的研究；四是信息科學(xué)技術(shù)又為現(xiàn)代醫(yī)學(xué)科學(xué)的研究提供了新的思路和方法。它使我們對生命體的認識不再只考慮其物質(zhì)結(jié)構(gòu)和能量代謝兩個方面的問題，而是將生命體內(nèi)物質(zhì)、能量和信息三個基本要素都考慮進來。目前，對于人體信息系統(tǒng)的組成、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)及有關(guān)的分子家族、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程、細胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、細胞間通訊、神經(jīng)信息的傳遞、大腦信息的加工、處理等有了前所未有的詳細認識。
因此，在這里我將重點介紹一下信息科學(xué)技術(shù)和生物科學(xué)技術(shù)。因為，這兩項技術(shù)與我所提出的生物信息醫(yī)學(xué)是緊密相連的。
1．1信息科學(xué)技術(shù)
1．1．1信息的定義及本質(zhì)的討論：從20世紀(jì)中葉開始，對于信息的定義及其本質(zhì)的問題在世界范圍內(nèi)已引起了非常廣泛的討論，但仍未有一個定論。
其實，信息現(xiàn)象十分古老，早在人類歷史發(fā)端以前，信息已存在于物質(zhì)世界。如陽光普照，星光燦爛，就是宇宙天體發(fā)出的信息，在人類社會誕生以后，信息不僅來自物質(zhì)世界，而且來自精神領(lǐng)域。人類認識和改造客觀世界的過程，實質(zhì)上就是一個信息過程。所以，人類自誕生以來，一直是在不斷地進行信息的加工、傳遞、交流和利用等過程。
人類雖然很早并一直在接觸和利用信息，但對信息進行有意識的科學(xué)闡析，都是20世紀(jì)以后的事。在此之前，我們對信息的認識和理解，主要是指一些通知、報告、新聞消息、報道、情報、知識見聞、資料等，進一步指思想、事實、思維、意念、資訊等，在通信科學(xué)發(fā)展的時代中是指信號、指令、代碼、數(shù)據(jù)、圖像等等。這些都是我們的日常可能接觸到的一些信息。。然而，從哲學(xué)的角度去深究信息的本質(zhì)，是相當(dāng)艱難的，在學(xué)術(shù)上也一直是爭論不休的。這些爭論，始終是圍繞著信息同物質(zhì)、能源的關(guān)系，同認識、意識的關(guān)系問題展開的。由于人們認識上的差異以及觀察角度和采用方法的不同，各國學(xué)者在探索過程中，給“信息”下的定義已有四五十個之多，每種定義都有理性的面，但還沒有一個是定義在世界范圍內(nèi)得到公認。不過，從這些討論中可以肯定的是：信息與物質(zhì)和能量一起共同構(gòu)成了人類可利用的三大基本資源要素。換句話說：整個世界(包括人體)是由物質(zhì)、能量和信息三大資源構(gòu)成的。信息論的創(chuàng)始人之一，美國學(xué)者唯納說過一句有名的話，他說：信息就是信息，它不是物質(zhì)也是能量；不承認這一點的唯物論，在今天就不能存在下去。
隨著信息科學(xué)和技術(shù)的發(fā)展與完善，相信人們一定會對信息的本質(zhì)作出一個比較全面的科學(xué)闡析。目前，對信息的單位已確定了用“比特”來表示。所謂的信息流也就是比特流。美國麻省理工學(xué)院媒體實驗室主任尼古拉•尼葛洛龐帝先生說過：信息社會的基本要素不是原子，而是比特。比特與原子遵循著不同的安全法則。比特沒有重量，易于復(fù)制，可以以極快的速度傳播。它在傳播時，時空障礙完全消失。而原子只能由有限的人使用，使用的人越多其價值越高。尼葛洛龐帝還說：“我覺得我們的法律就仿佛在甲板上吧達吧達掙扎的魚一樣。這些垂死的魚拼命喘著氣，因為數(shù)字世界是個截然不同的地方。大多數(shù)法律都是為了原子的世界而不是比特的世界而制定的”。可見信息與物質(zhì)和能量有著本質(zhì)的不同。另外信息網(wǎng)絡(luò)帶來的挑戰(zhàn)，可能會更超出我們所有人的想象。所有這些都將有助于我們對“信息”的進一步理解。對于信息的定義值得一提的有：《中國新聞實用大辭典》(人民日報出版社)從“實用”的角度，把“信息”表述為：一切事物的狀態(tài)和特征的反映。它普遍存在于自然界、人類社會以及人們的認識和思維過程中。人類生活的世界是一個充滿信息的世界。另有一個比較通俗的說法：即認為凡是人和動物通過眼睛、耳朵、鼻子、舌頭、身體、大腦接受到的外界事物及其變化，統(tǒng)統(tǒng)都含有信息。如五彩濱紛的圖畫、火車的鳴叫、香水的芬芳、蘋果的酸味、棒擊的疼痛、靈感的觸發(fā)等等。據(jù)專家統(tǒng)計，一般來說，人類通過視覺獲得的信息占83％，通過聽覺獲得的信息占12％，而其余6％的信息通過嗅覺、觸覺和味覺獲得。然而，這些也只不過是指人體從外界接收或獲取的體外信息，只是機體信息中一個方面。而另一方面在生物體內(nèi)自身還有其信息的加工、處理、發(fā)出、傳輸、儲存和利用等過程。如大腦的思維、心理活動、神經(jīng)反射、激素調(diào)節(jié)、體液傳導(dǎo)、遺傳變異、氣功意念、經(jīng)絡(luò)傳感、細胞、組織的新陳代謝等等，都是一些重要的生物信息過程。可見，“生物信息”的過程要比現(xiàn)在我們了解的“電子信息”處理的過程更為復(fù)雜。
現(xiàn)代醫(yī)學(xué)是建立在分子生物學(xué)、細胞學(xué)、組織胚胎學(xué)、解剖學(xué)、生理學(xué)和生物化學(xué)的基礎(chǔ)上的。它注重的是機體不同部分之間的差異性，即每發(fā)現(xiàn)一個部分在結(jié)構(gòu)和功能上的不同，就給予這個部分一個命名，就成為一種新發(fā)現(xiàn)。這也正是科學(xué)界歷來所信奉的“結(jié)構(gòu)決定功能”的理論觀念。由于這種思想觀念的指導(dǎo)，使人們對機體內(nèi)部各個部分都有了深刻的研究和了解，便于得到各部分之間的結(jié)構(gòu)方式和本質(zhì)差別，進而了解其功能特征。然而，這種只從物質(zhì)結(jié)構(gòu)狀態(tài)和功能(或能量)特征去認識機體是不全面的，它忽視了生物體不同部分之間還有其信息的聯(lián)系和控制調(diào)節(jié)等特點，即生物體內(nèi)的“信息調(diào)控機制”問題。因而，現(xiàn)代醫(yī)學(xué)也就遇到了許多理論難題和臨床疑點問題，這些問題也正是影響醫(yī)學(xué)和生命科學(xué)全面發(fā)展的主要因素。因此，未來醫(yī)學(xué)則必須是建立在生物物理學(xué)(物質(zhì)結(jié)構(gòu)功能，即分子生物學(xué)、細胞學(xué)、組織胚胎學(xué)、解剖學(xué)、生理學(xué)等)、生物化學(xué)(物質(zhì)和能量代謝)和生物信息學(xué)的基礎(chǔ)上。
1．1．2信息技術(shù)的發(fā)展歷程：在人類誕生之初――即最原始的人類，其信息交流可能主要是靠叫聲和動作手勢，進而就有語言的產(chǎn)生，最后又有了文字符號，并進一步又有印刷術(shù)的出現(xiàn)。緊接著又有書報、信件、郵遞員、信鴿等信息傳播工具或媒體，這些是古代信息傳播技術(shù)發(fā)展的一個基礎(chǔ)過程。到了近代，隨著電的發(fā)明和發(fā)展，利用電來傳遞信息的技術(shù)得以研究和發(fā)展。最初是電報、電傳，到了1876年3月10日，貝爾運用電聲轉(zhuǎn)換技術(shù)發(fā)明了電話，隨后又是有了無線電廣播、電影、電視的發(fā)睨。這些使人類的信息傳播技術(shù)產(chǎn)生的一個飛躍，是一次信息革命
進入20世紀(jì)后，電話、無線電廣播、電影和電視得到了極大的發(fā)展和應(yīng)用。更有意義的是：20世紀(jì)上半葉又有了電子計算機的出現(xiàn)，計算機改變了人類對信息儲存、加工、處理和復(fù)制的基本方式，也使傳統(tǒng)的印刷術(shù)發(fā)生了一場革命。使之告別了鉛與火，代之以光和電。進入20世紀(jì)90年代以后，以Intemet為代表的計算機網(wǎng)絡(luò)得到了飛速的發(fā)展。它從最初的教育科研網(wǎng)絡(luò)，逐漸發(fā)展成為商業(yè)和民用網(wǎng)絡(luò)，并正在改變著我們工作和生活的各個方面。可以毫不夸大地說，Intemet是自印刷術(shù)以來人類通信方面最大的變革。目前，Intemet與電話和電視并稱為三大通信網(wǎng)絡(luò)。從計算機網(wǎng)絡(luò)(Intemet)的發(fā)展速度和趨勢來看，有可能以它為核心將“三網(wǎng)合而為一”。
1993年9月15日，美國政府了一個在全世界引起很大反響的文件，其文題是“國家信息基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)行動計劃”。后來人們又通俗、生動而形象地把這個“行動計劃”稱作“信息高速公路”。緊接著全世界所有的工業(yè)發(fā)達國家和很多發(fā)展中國家都紛紛研究和制訂本國建設(shè)信息基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的計劃。這就使得計算機網(wǎng)絡(luò)(Intemet)的發(fā)展進入了一個新的歷史階段。應(yīng)該說，這正是我們進入信息化時代的一個標(biāo)志。當(dāng)然，這個時代是經(jīng)歷了由信息科學(xué)研究一信息技術(shù)革命一信息產(chǎn)業(yè)化、商品化一信息的社會化一信息化時代的過程，也差不多是經(jīng)歷了一個世紀(jì)的發(fā)展歷程。
在這個信息化時代，我們所有的人都可以感受它給我們帶來的快捷和便利。也更驚嘆它的發(fā)展速度以及其社會變化竟是如此變幻莫測。有一個著名的定律是美國貝爾電話實驗室的穆爾提出的，叫穆爾線性定律：他說一個硅片上的晶體管數(shù)量，按每18個月增加1倍的集成度的速度增長。目前，一塊計算機芯片上晶體管的集成度已達幾億個以上。據(jù)估計，到2007年將達到2000億個晶體管。所以，有些學(xué)者說，在信息化時代，我們只能預(yù)測到5年(最多10年)以內(nèi)的發(fā)展情形，10年以后是很難以預(yù)料的，因其發(fā)展太快了。如果說20世紀(jì)末的信息時代是那么地變幻莫測，那么21世紀(jì)的生物科技時代，就更難以預(yù)測了。因為，21世紀(jì)人類的生存、生活、婚姻、家庭以及倫理、道德等方式都將有可能被重新定義或定位。你想想，可以將人進行復(fù)制，并使生命延續(xù)的克隆技術(shù)已予示著將打破一切條條框框(這正是下面我將要介紹的生物科學(xué)技術(shù)的發(fā)展及態(tài)勢)。
1．2生物科學(xué)技術(shù)的發(fā)展態(tài)勢：生物技術(shù)應(yīng)該說不完全是一門新興學(xué)科，它包括傳統(tǒng)生物技術(shù)和現(xiàn)代生物技術(shù)兩部分。傳統(tǒng)的生物技術(shù)是舊有的制造醬油、醋、酒、面包、奶酪、酸奶及其他食品等傳統(tǒng)工藝。現(xiàn)代生物技術(shù)則是指20世紀(jì)70年代末80年代初發(fā)展起來的，以基因工程為核心，以DNA重組技術(shù)的建立為標(biāo)志的新興學(xué)科。目前我們所提的生物技術(shù)基本上是指現(xiàn)代生物技術(shù)。
現(xiàn)代生物技術(shù)包括：基因工程、細胞工程、酶工程、發(fā)酵工程、蛋白質(zhì)工程以及生化工程等。．不久的將來也許還將有生物信息工程的誕生。
1．2．1基因工程：1944年Averg等科學(xué)家闡明了DNA是遺傳信息的攜帶者；1953年Wats。n和Crick提出了DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，闡明了DNlA的半保留復(fù)制模式，從而開啟了分子生物學(xué)研究的新紀(jì)元；1961年M•Nirenberg等破譯了遺傳密碼，揭示了DNA編碼的遺傳信息如何傳遞給蛋白質(zhì)這一秘密；1972年Berg首先實現(xiàn)了DNA體外重組技術(shù)，這標(biāo)志著生物技術(shù)的核心技術(shù)――基因工程技術(shù)的開始，它向人們提供了一種全新的技術(shù)手段，使人們可以按照意愿在試管內(nèi)切割DNA，分離基因，并經(jīng)重組后導(dǎo)人其他生物或細胞，藉以改造農(nóng)作物或畜牧品種；也可以直接導(dǎo)人人體內(nèi)進行基因治療。基因治療主要包括制備正常基因取代遺傳缺陷的基因，或者關(guān)閉異常表達的基因，或者降低異常基因的表達強度。這樣可以對一些由于基因突變、缺失和異常表達所引起的疾病，如遺傳病、惡性腫瘤等有望達到較理想的治療效果。
根據(jù)基因工程技術(shù)而進行的基因工程藥物的研究自20世紀(jì)70年末也已經(jīng)開始，如人工胰島素、干擾素、生長素類、白細胞介素類和肝炎疫苗等。一還有轉(zhuǎn)基因技術(shù)對人工選育優(yōu)良品種也取得了成功。其中克隆羊的成功為動物轉(zhuǎn)基因研究揭示了廣闊的前景(有關(guān)克隆技術(shù)在下面的細胞工程中介紹)。
1．2．2細胞工程技術(shù)：所謂的細胞工程是指以細胞為基本單位，在體外條件下進行培養(yǎng)、繁殖，或人為地使細胞某些生物學(xué)特性按人們的意愿發(fā)生改變，從而達到改變生物品種和創(chuàng)造新品種，加速繁育個體，或獲得某種有用的物質(zhì)的過程。在這里我重點介紹一下細胞核移植技術(shù)-克隆技術(shù)。進入20世紀(jì)90年代，利用幼胚細胞核克隆哺乳動物的技術(shù)接近成熟。世界上許多國家和地區(qū)，如美國、英國、新西蘭、中國、臺灣等紛紛報道成功克隆猴子、豬、綿羊、牛、山羊、兔等。不過最讓生物學(xué)家和全世界震驚的重大突破是英國PPL生物技術(shù)公司羅斯林(R。slin)研究所的維爾穆特(Wilmut)博士于1997年2月27日在世界著名權(quán)威雜志《Nature》上宣布的用乳腺細胞的細胞核克隆出一只綿羊“多莉”(D。lly)的消息，“多莉”的誕生，既說明了體細胞核的遺傳信息的全能性，也翻開了人類以體細胞核竟相克隆哺乳動物的新篇章。僅僅過了一年半，1998年7月5日，日本人就喜迎來了叫作“能都”和“加賀”的兩頭克隆牛犢的降生。它們是用母牛輸卵管細胞的細胞核克隆成功的，幾乎與此同時，一組科學(xué)家在美國檀香山宣布，他們已經(jīng)采用卵泡細胞的細胞核克隆成功的小鼠“卡繆麗娜”再克隆出了下一代。祖孫三代22只克隆鼠組成的大家庭具有完全一致的遺傳基因和信息。隨后，德國和韓國的科學(xué)家也相繼宣布用體細胞成功克隆出哺乳動物的消息。可見，幾個世紀(jì)以來人類夢寐以求的快速、大量繁殖純種動物的夙愿，在20世紀(jì)快要結(jié)束之前正在變成現(xiàn)實。
如果說1997年2月克隆“多莉”羊的新聞轟動了世界，一些人還是持懷疑態(tài)度的話，那么隨著“能都”和“加賀”等多頭克隆牛的問世以及克隆老鼠的再克隆成功，用體細胞而不是用早期胚胎細胞的細胞核克隆的哺乳動物，已經(jīng)成了廣為科學(xué)界和普通群眾接受的事實。在此基礎(chǔ)上，克隆人已經(jīng)不再是科幻小說中的故事了。1998年初，美國哈佛大學(xué)的理查德•希德宣布了他的克隆人計劃，立即招來了全世界一浪高過一浪的反對呼聲，緊接著歐洲19國聯(lián)合簽署了禁止克隆人的協(xié)議，我國政府以及美、英、德、日也已明確表示反對。然而這位69歲的博士稱：克隆人“只不過是人類生育的另一項先進技術(shù)”。他計劃把自己的體細胞核與捐獻者的卵相結(jié)合后，再將這個胚胎植入他妻子格洛麗亞的子宮中，以期生下他的復(fù)制品。目前全世界都以關(guān)切的目光注視著希德的舉動和美國政府的一些反應(yīng)。另據(jù)報道，韓國科學(xué)家已于最近克隆成功了人的早期胚胎，但攝于法律的約束，又主動將她銷毀了。正象核能的開發(fā)具有截然相反的作用那樣，人類對克隆自身已采取了十分慎重的嚴(yán)肅態(tài)度。
但是，科學(xué)的發(fā)展是無法阻擋，即便是法律最終也可能無能為力，它也只能為順應(yīng)科學(xué)的發(fā)展而變化或制訂新的條文，以此來對新生事物加以規(guī)范或約束，強制阻撓是愚蠢的。正如信息時代一樣對信息犯罪必須重新修訂法律條文。所以，克隆人最終還是會變成現(xiàn)實的。據(jù)了解，目前在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域是允許可以克隆器官的，以便提供被人體易接受的一模一樣的器官移植。
總之，這項技術(shù)必將對21世紀(jì)的醫(yī)學(xué)科學(xué)、生命科學(xué)以及農(nóng)學(xué)等諸多領(lǐng)域產(chǎn)生重大的影響和變革。如果一旦被允許可以克隆人時，那么，整個社會的形態(tài)，生存和生活的方式都將發(fā)生變化，人與人之間的關(guān)系、婚姻、家庭和倫理道德等概念都將會被重新改寫或定義，因為，一種新的生育方式將改變這一切。因此，21世紀(jì)的生命科學(xué)時代的確是人們難以預(yù)料的。
1．2．3生物信息學(xué)的萌生：隨著人類基因組計劃等大型國際項目的實施，以及生物技術(shù)和信息科學(xué)技術(shù)的進一步研究和發(fā)展，一門新興的邊緣學(xué)科――生物信息學(xué)已應(yīng)運而生。因為，生物科技和信息科技等高新技術(shù)的發(fā)展已為生物信息學(xué)的研究、開發(fā)和利用提供了可能，并已成為當(dāng)前一個前沿領(lǐng)域和研究的熱點。
生物信息學(xué)是以核酸(DNA分子)、蛋白質(zhì)等生物大分子的信息密碼；細胞間的通訊；腦科學(xué)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；內(nèi)分泌激素的信使作用和免疫調(diào)節(jié)，以及中醫(yī)的經(jīng)絡(luò)學(xué)說和精氣神理論為主要研究對象。以數(shù)學(xué)、信息學(xué)、計算機科學(xué)和仿生學(xué)為主要手段，以計算機硬件、軟件和通信網(wǎng)絡(luò)為主要工具，對浩如煙海的原始數(shù)據(jù)和紛繁復(fù)雜的生命信息進行存儲、管理、注釋、加工、解讀，使之成為具有明確生物意義的生物信息。通過對生物信息的查詢、搜索、備份、比較、分析，從中獲取基因編碼、基因調(diào)控，核酸和蛋白質(zhì)的翻譯和其結(jié)構(gòu)功能關(guān)系，大腦的信息加工、處理機制、神經(jīng)信息的傳輸原理等等知識。在弄明白這些大量的生物信息的基礎(chǔ)上，再結(jié)合已有的生理、生化知識去探索生命的起源、生物的進化、生命信息的傳輸調(diào)控機制、大腦的思維和神智；人類的疾病與康復(fù)，以及細胞、器官和個體的發(fā)生、發(fā)育、衰亡等生命科學(xué)中的重大問題，搞清楚它們的基本規(guī)律和內(nèi)在聯(lián)系，是完全可能的。因此，生物信息學(xué)對21世紀(jì)的醫(yī)學(xué)科學(xué)和生命科學(xué)具有不可估量的奠基和推動作用。
高新技術(shù)的重要特征之一是學(xué)科的橫向滲透、縱向加深、綜合交錯、發(fā)展迅速。所以，我們所提出的生物信息學(xué)也正是在現(xiàn)代多學(xué)科發(fā)展的基礎(chǔ)上橫向結(jié)合而產(chǎn)生的。它是生物學(xué)與信息學(xué)，信息學(xué)與生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)等學(xué)科之間的相互交叉、相互滲透的一門邊緣學(xué)科。同樣，生物信息學(xué)又將與生命科學(xué)和醫(yī)學(xué)科學(xué)進行交叉和滲透，并進一步形成生物信息醫(yī)學(xué)這門新興分支學(xué)科。它將促進醫(yī)學(xué)科學(xué)的發(fā)展，并有可能引發(fā)一場醫(yī)學(xué)革命，使我們步入生物信息醫(yī)學(xué)時代。雖然，我們目前尚不能作出一個比較完善的定義或解釋，但是，今天我們大家大概都不會否認，信息過程是生物體(人體)的一個重要過程。這一過程從根本上來說，是個體為了適應(yīng)機體內(nèi)、外瞬息萬變的各種環(huán)境。事實上，現(xiàn)代生物遺傳工程、轉(zhuǎn)基因技術(shù)、細胞工程學(xué)和克隆技術(shù)，還有現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的腦科學(xué)研究、神經(jīng)生理學(xué)、內(nèi)分泌激素、免疫學(xué)、心理醫(yī)學(xué)和思維醫(yī)學(xué)，以及我們祖國傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)中的針灸學(xué)、經(jīng)絡(luò)學(xué)說、氣功和推拿按摩學(xué)等等，這些都已不同程度地揭示了機體內(nèi)的一些信息過程中內(nèi)涵。這些探討生命過程中的信息問題，對于了解生命的本質(zhì)、演化以及疾病的發(fā)生、發(fā)展和轉(zhuǎn)歸等無疑是十分重要的。因此，我們有理由相信，生物信息醫(yī)學(xué)將成為21世紀(jì)醫(yī)學(xué)科學(xué)研究和發(fā)展的主流。
2信息時代的哲學(xué)思想原則與方法
19世紀(jì)和20世紀(jì)初，我們把它稱為工業(yè)化的時代。在工業(yè)化時代，牛頓力學(xué)有力地支撐了對立統(tǒng)一的哲學(xué)思想原則，也使我國古代就已形成的“物生有兩，體分左右，皆有二也”的樸素“二元論”辯證法觀念找到了近代科學(xué)的解釋。然而，牛頓力學(xué)觀察的是兩個物體之間的相互作用，是以質(zhì)量和能量作為物質(zhì)的兩個本源特質(zhì)的。人們很容易理解，任何事物都有正反兩個方面，非此即彼，非我即敵的機械認識論觀點就是這種思想方法的極端體現(xiàn)。
進入20世紀(jì)后半葉，現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展把人們推進到了信息化時代，人們遇到的諸多問題已經(jīng)不可能在牛頓力學(xué)的單一因果鏈的思維平臺上獲得滿意的答案，除了對立雙方之間的力學(xué)作用之外，還必須考慮介質(zhì)或者環(huán)境變化的信息作用問題。對立雙方長期斗爭的結(jié)果并不總是一個吃掉另一個，而往往是兩敗俱傷，由第三者或第三態(tài)主導(dǎo)局面。因此，信息時代的哲學(xué)思想原則應(yīng)該是至少要考慮三個最基本的要素而不是兩個。比如：物質(zhì)、能量和信息；元序、有序和自序；整體、局部和媒介；主體、對象和環(huán)境；正態(tài)、負態(tài)和零態(tài)；宏觀、微觀和中觀等等。現(xiàn)已知曉：物質(zhì)、能量和信息是人類可利用的三大基本的戰(zhàn)略資源。整個世界包括我們的人體，是由物質(zhì)、能量和信息三者所共同構(gòu)成的。因此，一位美國科學(xué)家曾經(jīng)說過這樣一首詩，他說：“沒有物質(zhì)的世界是一個虛無的世界；沒有能量的世界是一個死寂的世界；沒有信息的世界則是一個混亂的世界”。可見，物質(zhì)、能量和信息這三者是缺一不可。物質(zhì)可以被加工成材料，為工具準(zhǔn)備形體；能源可以被轉(zhuǎn)換為動力，為工具注入活力，驅(qū)動機器運轉(zhuǎn)；信息則可以被提煉成為知識和智慧，為工具和機器提供智能指令。在這三種資源之中，物質(zhì)相對直觀；信息資源相對抽象；而能量資源則介于兩者之間：人類認識世界的規(guī)律是由直觀而至抽象，這就決定了一個極為有趣的生產(chǎn)力發(fā)展進程。在農(nóng)業(yè)時代，人們主要利用物質(zhì)一種資源來制造人力工具(稱為一維工具、死工具)，這種“物質(zhì)”又全部取之于自然環(huán)境；在工業(yè)時代，人類進一步學(xué)會了高效地利用能量資源，并把它與材料結(jié)合起來制造動力工具(稱為二維工具、活工具)物質(zhì)和能量大顯身手、大出了風(fēng)頭，使我們看到了電燈代替油燈，汽車代替了馬車。到了信息化時代，人類又學(xué)會了利用信息資源，并把它與物質(zhì)和能量結(jié)合起來制造智能工具(稱為三維工具、聰明工具)，也使我們看到計算機代替生產(chǎn)線上的工人。也因此在信息時代，大量的下崗和失業(yè)是在所難免的。
由此可見，人類的生產(chǎn)活動，實際上是通過能源的開采、運輸和變換，作用于各種物質(zhì)，使之發(fā)生物理的和化學(xué)的種種變化，使之成為人們所需要的各種產(chǎn)品。這種能量流和物質(zhì)流的結(jié)合程度，取決于信息流的注入程度。我們?nèi)祟惖尼t(yī)療實踐活動似乎也遵循了這一發(fā)展規(guī)律，在原始的農(nóng)業(yè)時代，人們的醫(yī)療手段主要是靠自然醫(yī)療和天然藥物醫(yī)療。那時只能憑借自然界的現(xiàn)有條件來同疾病作斗爭。到了工業(yè)時代，人類也就掌握了運用化學(xué)藥物和切開手術(shù)醫(yī)療手段來戰(zhàn)勝疾病，這些正是將物質(zhì)和能量的結(jié)合利用。那么，到了信息化時代，人類也將會把信息導(dǎo)入醫(yī)療實踐活動，并把他作為一種新的診斷和治療手段，或與藥物和手術(shù)結(jié)合起來應(yīng)用，使其醫(yī)療手段更加先進和完善。在工業(yè)化時代，人類對自然資源的過度開采和大量索取，造成了有些資源短缺、物種的滅絕和環(huán)境的嚴(yán)重污染或破壞等，已使人類飽償大自然對人類的懲罰。同樣，現(xiàn)代醫(yī)學(xué)由于大量使用化學(xué)藥物和手術(shù)切除或置換修補，致使藥源性和醫(yī)源性疾病的發(fā)生和泛濫。也使人們也償?shù)娇囝^，并感到了恐慌。把生物信息資源導(dǎo)入醫(yī)療實踐，將很有可能改變這一不利局面。
我們知道，在生產(chǎn)力體系中，物質(zhì)、能量為實體因素，而信息是非實體因素。信息對物質(zhì)和能量起著結(jié)合和控制作用。沒有信息的參與，物質(zhì)和能量無法正常發(fā)揮作用，生產(chǎn)就混亂而無法進行，除了這種“結(jié)合”和“控制”作用外，信息還起到放大或倍增作用――即信息可以憑借它“攜帶”的科技和經(jīng)濟知識、管理智慧，使物質(zhì)和能量十倍、百倍甚至千倍地產(chǎn)生效益。一旦人們掌握了新的技術(shù)信息和管理知識，就可以創(chuàng)造發(fā)明新的工具；利用新的能源，掌握控制先進的生產(chǎn)程序，就可以十倍、百倍地提高勞動生產(chǎn)率。同樣的道理，將信息作為一種診斷和治療手段或要素參與醫(yī)療實踐，無疑將可以降低化學(xué)藥物的用量和手術(shù)的創(chuàng)傷使療效成倍的提高；甚至可以免去不必要的手術(shù)和化學(xué)藥物的應(yīng)用，使治療效果更加穩(wěn)定、可靠，副作用也更小。
總之，在信息時代，人們對信息的本質(zhì)和作用的認識也越來越深刻。并受到廣泛的重視，傳統(tǒng)哲學(xué)的二元論思想原則已受到挑戰(zhàn)。一種以“物質(zhì)、能量和信息”三基元的哲學(xué)指導(dǎo)思想正在起著主導(dǎo)作用。這種新的哲學(xué)思想認為：任何事物都是由三個具有正交完備性的最基本的要素構(gòu)成的，比如熱力學(xué)有三定律，機械學(xué)有三定律，生物學(xué)也有三定律(遺傳、變異、自然淘汰)，現(xiàn)代交叉科學(xué)有老三論(控制論、信息論、系統(tǒng)論)，新三論(協(xié)同論、突變論、耗散結(jié)構(gòu)論)，有三個基本原理，彩色電視中有三基色原理，任何事物可能都是由物質(zhì)、能量和信息三個基本要素的完整體現(xiàn)，任何事物(包括機體)的組織形態(tài)也可能都存在著無序、有序和自序這三種極端模式等等。這種“三基元論”的哲學(xué)指導(dǎo)思想原則，無疑將改變我們對所有自然科學(xué)的研究方法和認識論觀點。
我們知道，西方近、現(xiàn)代自然科學(xué)受英國啟蒙科學(xué)家培根(R．Bac。n，1220～1292)的巨大影響，拋棄了古代科學(xué)家習(xí)慣使用的思辯方法，強調(diào)“實驗方法”和“數(shù)學(xué)”的偉大作用，倡導(dǎo)一種直觀形象的思維方法或模式，采用一種實證方法來進行驗證。也就是我前面所提到的科學(xué)界所信奉的“結(jié)構(gòu)決定功能”科學(xué)思想觀念。因此，在18世紀(jì)以來，實驗和觀察成為所有自然科學(xué)的主要研究途徑和人類認識客觀世界的第一位的最重要實踐活動。并進而將現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)推進到一個很高的水平。
現(xiàn)代醫(yī)學(xué)(西醫(yī))正是在這種哲學(xué)指導(dǎo)思想和科學(xué)發(fā)展的背景下得以取得了巨大發(fā)展的。其思維模式是以具體(個體)的形象思維為主導(dǎo)的，即將其分割后進行驗證，運用形象的邏輯推理的方式，來找到或發(fā)現(xiàn)有可能的因果關(guān)系。因此現(xiàn)代醫(yī)學(xué)(西醫(yī))較偏重于局部的組織結(jié)構(gòu)和功能的研究，而對于整體的宏觀信息調(diào)控的考慮則相對較少，如解剖學(xué)、細胞學(xué)、組織胚胎學(xué)、分子生物學(xué)、病理學(xué)、細菌學(xué)、生物化學(xué)等，這些學(xué)科都是從不同的角度，通過實驗方式進行研究和觀察。它注重和強調(diào)具體的人體物質(zhì)結(jié)構(gòu)和形態(tài)的存在形式。與此正好相反，我們傳統(tǒng)的中醫(yī)學(xué)卻仍然堅守著古代哲學(xué)的思辯方法，即是從復(fù)雜的整體環(huán)境和現(xiàn)象中尋找規(guī)律，通過比類取象的方法，對物質(zhì)世界進行一種抽象的概括或綜合歸納。因此，中醫(yī)學(xué)偏重于整體的宏觀研究和經(jīng)絡(luò)信息網(wǎng)絡(luò)的調(diào)節(jié)機能，是以整體的、運動的、辯證的觀點在活的機體上來認識人體，依據(jù)“天人同理” 原理，采取比類取象的方法，以自然和社會的規(guī)律及現(xiàn)象來類比觀察人體與疾病。如中醫(yī)的陰陽五行學(xué)說、形氣神理論、天人合一理論、五運六氣和臟象學(xué)說等，都是我國勞動人民在長期的生產(chǎn)和生活實踐中測天觀地、比類取象，并引伸到人體的生老病死中，以整體的抽象思維方式概括而成的。同樣，針灸學(xué)中的經(jīng)絡(luò)學(xué)說也是古人根據(jù)人體復(fù)雜的“氣”感和穴位效應(yīng)等機體信息變化現(xiàn)象而抽象概括描述出來的。
這兩種不同的思維模式也就導(dǎo)致中西醫(yī)兩種截然不同的理論體系。現(xiàn)代醫(yī)學(xué)因拋棄了抽象的思辯方法，因而在認識上就不夠全面了，這也是現(xiàn)代醫(yī)學(xué)不能完全取代傳統(tǒng)中醫(yī)學(xué)的原因。信息時代的“物質(zhì)、能量和信息”三基元論的哲學(xué)指導(dǎo)思想原則將使我們重新調(diào)整對人體的認識方法和醫(yī)學(xué)的研究方法。前面說過，物質(zhì)是具體而形象，而信息相對抽象；能量則介于兩者之間。因此，西醫(yī)的形象思維和中醫(yī)的抽象思維模式都只能是認識論的一個方面的，都有一定的片面性或局限性。如果將它們結(jié)合起來作為醫(yī)學(xué)的一種新的認識研究方法，即形成第三種思維方法――維象思維模式，我想我們醫(yī)學(xué)的發(fā)展就會有較大的突破，中西醫(yī)兩種醫(yī)學(xué)也就可能真正結(jié)合到一起。我們所提出的生物信息醫(yī)學(xué)正是以這種新的哲學(xué)指導(dǎo)思想原則和維象思維模式為指導(dǎo)，它將會使我們傳統(tǒng)中醫(yī)學(xué)的一些抽象理論和神奇的治療方法得以挖掘和科學(xué)的闡析。因此可以說，信息科技時代將是我們傳統(tǒng)中醫(yī)學(xué)得以振興和科學(xué)解析的時代。
3生物信息醫(yī)學(xué)存在的歷史和發(fā)展現(xiàn)狀
3．1傳統(tǒng)中醫(yī)學(xué)中的信息醫(yī)療方法和思想：《靈樞•官能篇》日：“語徐而安靜，手巧而心審諦者，可使行針艾……緩節(jié)柔筋而心和調(diào)者，可使導(dǎo)引、行氣”。這就是說在傳統(tǒng)的針灸和按摩治療中，已體現(xiàn)出了一種樸素的信息醫(yī)療思想觀念。它對從事針灸的施術(shù)者(醫(yī)生)提出了要修心養(yǎng)性，語言和藹，施術(shù)時要安靜，注意意念集中，以便達到最佳的信息調(diào)節(jié)治療效果。對從事氣功推拿的要求是：應(yīng)加強修煉，使動作柔緩、心理調(diào)和，這也是強調(diào)意念信息的調(diào)理作用。還有針灸針的針柄也給了我們一個很好啟示，針柄上的“線圈”不應(yīng)單單只是為提插捻轉(zhuǎn)的方便而設(shè)計。這種金屬“線圈”還當(dāng)然具有接收和傳導(dǎo)生物信息的功能，它可接收術(shù)者的意念信息或外界環(huán)境的某些信號并傳導(dǎo)給被施術(shù)的病人體內(nèi)。從而達到一種生物信息的調(diào)節(jié)治療，因此針灸療法實質(zhì)上是一種信息刺激調(diào)節(jié)療法。所以，我們可以這樣來認為：藥物治療主要是給機體補充“能量”以增強機體的抗病能力，是一種“能量”治療，而手術(shù)的切除、修補或置換是對機體物質(zhì)結(jié)構(gòu)形態(tài)的改變，是一種物質(zhì)治療方法。那么，針灸、推拿治療則主要是運用信號刺激和傳輸而達到調(diào)節(jié)生物“信息”節(jié)律為目的的信息醫(yī)療思想和方法。這也正是這類療法的抽象神奇之所在，因信息的調(diào)控機制尚未被揭示，所以，只知其然而暫時不知其所以然。盡管針灸早已引起世界各國科學(xué)家的關(guān)注并成為研究的熱點，但從信息論的角度來研究還只是近幾年的事。例如：隨著山東大學(xué)張穎清教授對生物全息律的發(fā)現(xiàn)和全息生物學(xué)的創(chuàng)立。針刺療法的信息映射傳輸反應(yīng)也從一定的程度上得到一些提示和發(fā)展，隨之也就有全息胚針灸學(xué)的出現(xiàn)。我們堅信，隨著生物信息學(xué)的研究深入，針刺的治病和鎮(zhèn)痛機制將會得到科學(xué)的解釋和進一步的發(fā)展。
不僅僅如此，我國勞動人民在醫(yī)療養(yǎng)生保健活動中，還積累和創(chuàng)造了其它很多寶貴的“信息療法”。如：心理療法、思維療法、物境療法、生物鐘療法、生理饑餓療法、睡眠療法、想象療法、信念療法、靜思療法、善美療法、閱讀療法、技藝療法、音唱療法、笑罵療法、暗示療法、音樂療法、幽默療法、認識行為療法、精神分析療法。還有在臨床上經(jīng)常使用的氣功療法、埋線療法、刮痧療法、灸法等等。另外，在中醫(yī)診斷學(xué)中的切脈就是一種很抽象的“信息”診斷法，它是通過對脈搏的動態(tài)信息變化來進行分析、推測和辯證診斷的。在中藥治療學(xué)中，是很強調(diào)中藥性味的歸經(jīng)和配伍的，其中藥味的甘、辛、苦、寒，其實就是一種可以傳輸給機體的信息，并通過經(jīng)絡(luò)信息網(wǎng)絡(luò)傳遞給所要治療的臟腑器官。而現(xiàn)代的中成藥幾乎是完全去掉了中藥的味，只取其性，因而其效果大打了折扣，所以對中藥進行化學(xué)提純或深加工，并不一定是很理想的選擇。
中醫(yī)的經(jīng)絡(luò)學(xué)說一直是科學(xué)界關(guān)注和廣泛研究的課題，科學(xué)家一直試圖想找到它的物質(zhì)結(jié)構(gòu)形態(tài)。可最終所得到的不是神經(jīng)，就是血管，要不就是網(wǎng)織的膠原纖維組織，根本沒有屬于經(jīng)絡(luò)自身的物質(zhì)結(jié)構(gòu)或組織，其實，如果我們按照中醫(yī)學(xué)“天人同理”思想，將經(jīng)絡(luò)與現(xiàn)代的信息網(wǎng)絡(luò)類比，就不難明白，現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)是由不同的地域(局域網(wǎng))、系統(tǒng)網(wǎng)、有線網(wǎng)和元線網(wǎng)等通信子網(wǎng)互聯(lián)而成的一個很大而且開放的通信網(wǎng)絡(luò)。并且還有電信網(wǎng)、廣播電視網(wǎng)和計算機網(wǎng)等三大異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。它們的傳輸途徑和媒介有光纖傳輸、電纜傳輸、衛(wèi)星傳輸、地面微波接力傳遞等等，還可以互相轉(zhuǎn)換信號，如：模數(shù)或數(shù)模轉(zhuǎn)換等。我們的神經(jīng)系統(tǒng)、血液循環(huán)系統(tǒng)，就如同有線通信子網(wǎng)，機體還存在一個無線通信子網(wǎng)，如：內(nèi)分泌激素、免疫系統(tǒng)等。這些機體通信子網(wǎng)的互聯(lián)通訊就構(gòu)成了一個人體完整的信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。所以，我們可以把經(jīng)絡(luò)系統(tǒng)理解為神經(jīng)系統(tǒng)、血液循環(huán)系統(tǒng)、內(nèi)分泌激素、免疫系統(tǒng)、細胞間的聯(lián)系等組織、器官和系統(tǒng)的信息子網(wǎng)的互聯(lián)，即人體信息的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。
中醫(yī)的相生相克理論認為，機體的五臟六腑、四肢百骸都存在著相互化生和相互制約的關(guān)系。中藥的配伍也存在其相生相克的關(guān)系。世界的萬事萬物都存在著相生相克的關(guān)系。所以，機體(個體)與機體之間也有一個相生相克的關(guān)系。這種相生相克其實就是一種生物信息的相互生成或互相沖突(干預(yù))。因而，在臨床醫(yī)療過程中，我們可能會發(fā)現(xiàn)這樣的一個現(xiàn)象：對同樣一個人，兩個針灸師采用的是同樣的施針方法，選擇的也是同樣的穴位，可是達到的效果卻不一樣。這種情況一般認為是由于針灸師的臨床經(jīng)驗不同而造成的。其實這里面也應(yīng)該存在一個機體之間生物信息的相生相克機制問題。如果一個針灸師的生物信息場與病人的信息場是相克的關(guān)系，那么他對病人進行針刺信息調(diào)節(jié)治療，其效果肯定是不理想，甚至可能還會加重病情。同樣，施行氣功導(dǎo)引和推拿的醫(yī)師也存在這種現(xiàn)象。還有，同一名醫(yī)師，他在不同的時期行醫(yī)，也可能表現(xiàn)出在不同時期雖然采用的診治方法一樣，但臨床診治效果卻不同。這可能是這名醫(yī)師在不同時期，因自身的身體狀況和精神因素變化而造成的生物信息動態(tài)變化所致。其一定時期的生物信息可能剛好與那些病人的生物信息場相生，所以治療效果好。而另外某一個時期的生物信息場不好，正好與病人相克，所以治療效果不佳。其實，這也反應(yīng)了中醫(yī)學(xué)要求行醫(yī)者必需注意個人修練，保持心靜、氣調(diào)、神清的醫(yī)德思想境界。
中醫(yī)的臟象學(xué)說中的“象”是指什么?所謂“象”就是臟腑所表現(xiàn)出的動態(tài)的時空信息變化，即“時空信息花樣”。中醫(yī)學(xué)的“形、氣、神”正好與我們所說“物質(zhì)、能量和信息”是一一對應(yīng)的。只是中醫(yī)學(xué)缺乏對現(xiàn)代科學(xué)知識的引入，加之信息科學(xué)發(fā)展較晚，以致無法揭示“神志”的內(nèi)涵致使中醫(yī)學(xué)顯得有些神秘摸測，甚至有的人還對他的科學(xué)性表示懷疑。隨著生物信息學(xué)的研究和發(fā)展并逐步引入中醫(yī)學(xué)的研究中，相信一定會使中醫(yī)學(xué)重新大放光彩。
中國的氣功科學(xué)盡管還有不少疑點，但確能強身治病，這是舉世公認的。氣功強調(diào)“調(diào)心”、“調(diào)神”、“調(diào)息”、“以意領(lǐng)氣”、“意念觀想”等。這可能都是強調(diào)用意念和精神因素來調(diào)節(jié)或控制神經(jīng)、免疫、內(nèi)分泌等信息經(jīng)絡(luò)系統(tǒng)，使其達到健身、治病和提高生活質(zhì)量的目的。在氣功文獻和氣功醫(yī)學(xué)實踐中，有跡象表明(當(dāng)然還不是證實)大腦中想象的愿望、狀態(tài)、圖景、符號、口決、童趣，以及想象的動作、行為、刺激、過程等，都可通過經(jīng)絡(luò)信息系統(tǒng)的調(diào)控作用而影響人體生理活動，并可強身治病。這與西方醫(yī)學(xué)和心理學(xué)中的“摸擬情緒”影響免疫和內(nèi)分泌功能有著異曲同工之妙。
3．2現(xiàn)代醫(yī)學(xué)中所體現(xiàn)出的信息醫(yī)療思想和方法：過去人們流行的觀點是“生命在于運動”，并把死亡的標(biāo)志確定為以呼吸的停止、心臟的停跳為標(biāo)志。隨著近幾十年來腦科學(xué)的研究與發(fā)展，人們對于腦在整個機體中的重要地位的認識已日益深刻。腦是人體的信息中樞，人體的各個組織、器官和系統(tǒng)都受它的調(diào)節(jié)和控制。科學(xué)研究顯示，人類大腦工作時，大腦的神經(jīng)細胞會從大腦以外的細胞那里搜集信息，并把這些信息綜合起來作出判斷，然后再輸出指令，讓人體的某些部位做出相應(yīng)的反應(yīng)。對于端起一杯咖啡這一簡單的動作，就需要幾百萬個神經(jīng)細胞的協(xié)調(diào)工作。美國國立老年研究所使用計算機控制的電子顯微鏡測定，經(jīng)常用腦的老年人腦細胞比一些中年人還多。國外學(xué)者通過調(diào)查5000名已故的運動員后發(fā)現(xiàn)，他們當(dāng)中多數(shù)人的壽命短于一般人。美國學(xué)者馬勞斯在研究不同職業(yè)者的壽命時也發(fā)現(xiàn)，超級球星和優(yōu)秀拳擊運動員的壽命比學(xué)術(shù)上有成就的學(xué)者、專家平均短8~83歲，究其原因是因為長時間進行劇烈運動會使人體的新陳代謝長期處于旺盛狀態(tài)，縮短了人體細胞分裂的周期，從而加快了機體器官組織的磨損與衰老。而經(jīng)常使用大腦的人，由于大腦的信息調(diào)控作用，使機體各部位的協(xié)調(diào)運動，保持動靜平衡，進而達到延年益壽。據(jù)此，有人將“生命在于運動”的命題引伸為“生命在于腦運動”。并且現(xiàn)代醫(yī)學(xué)對死亡標(biāo)志作了新的認定，即腦死亡是人死亡的主要標(biāo)志。因此，人體健康首先是應(yīng)該腦的健康和運動。
現(xiàn)代醫(yī)學(xué)也已充分地注意到了心理、精神和社會因素對健康和疾病的影響，例如：心理和精神因素對心臟病、高血壓、胃潰瘍、糖尿病和癌癥等均有很大影響。于是，就有了心理醫(yī)學(xué)、思維醫(yī)學(xué)和身心醫(yī)學(xué)的提法，并運用心理療法來配合這些疾病的治療。對癌癥的病人一般不直接告知患者本人的患病情況，只告知其家人――這在醫(yī)學(xué)上稱為“善意的謊言”，目的是不要讓患者的心理負擔(dān)過重，否則，精神就會夸掉。身心醫(yī)學(xué)就是研究社會、心理和精神等因素與疾病發(fā)生與發(fā)展關(guān)系的一門醫(yī)學(xué)新學(xué)科。國外已有人證明，心理刺激可通過氧化自由基而損傷DNA。
人類文明在進步的同時也給人類帶來了許多新的文明病。其中以“大腦信息”失控或失調(diào)所致的精神心理障礙性疾病最為突出。據(jù)世界衛(wèi)生組織的統(tǒng)計數(shù)字，全世界約有5億人患者有不同程度的精神錯亂，有5200萬人患有嚴(yán)重精神病，約有1．5億人患神經(jīng)官能癥，3000萬人患癲癇。加上患有精神過敏癥和其它心理障礙的人數(shù)，估計已占到總?cè)丝诘?0％以上。對于這些精神心理性疾病，現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的藥物或手術(shù)療法已顯得力不從心了，只能采用心理療法或思維療法等信息調(diào)適方法，也有人把目光投向傳統(tǒng)的中醫(yī)、針灸、氣功等信息療法。從而也使我們看到了這些樸素的信息醫(yī)療方法對于現(xiàn)代文明病的攻克，顯示出了廣闊的發(fā)展前景。
在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的診斷學(xué)中，心電圖和腦電圖的檢測技術(shù)，其實就是一種探觸大腦和心臟動態(tài)信息的檢測技術(shù)；現(xiàn)代分子生物學(xué)已揭示了基因遺傳信息的編碼和控制蛋白質(zhì)合成的信息鏈板；腦科學(xué)的研究也從一定程度上揭示了大腦進行信息搜集、加工、分析、處理并發(fā)出信息指令的部分原理；神經(jīng)生物學(xué)、內(nèi)分泌和免疫學(xué)則揭示了一部分機體信息交換、傳輸和產(chǎn)生反應(yīng)的機制。隨著生物信息學(xué)的研究和發(fā)展，現(xiàn)代醫(yī)學(xué)在上述這些研究領(lǐng)域一定會取得更大突破和進展。
4生物信息醫(yī)學(xué)的發(fā)展前景
“電腦”是人們對電子計算機的俗稱，表現(xiàn)了人們的一種愿望――使計算機像人類大腦一樣工作。這種仿生技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，必將對腦科學(xué)和機體信息調(diào)控機制的研究產(chǎn)生巨大促進作用。
迄今為止，科學(xué)家們已經(jīng)模擬出了神經(jīng)系統(tǒng)的一連串的活動規(guī)律，并據(jù)此編制出了相應(yīng)的計算機程序；美、英科學(xué)家已合作成功研制出了世界上第一個硅神經(jīng)元――一種能夠模仿生物大腦細胞信息處理功能的微型芯片。這種面積只有01平方毫米的芯片的工作速度，比同樣大小的生物神經(jīng)細胞的工作速度還要快l00萬倍；與此同時，日本三菱電機公司也已開發(fā)出了每秒可達800億次的神經(jīng)元芯片，這一成果把神經(jīng)元芯片記憶一個字符所需的時間縮短到了萬分之三秒。神經(jīng)細胞是神經(jīng)系統(tǒng)的基本單元，它采用電子工作方式。硅神經(jīng)元在模擬神經(jīng)細胞時，其電子特性和神經(jīng)細胞一樣能夠獨立運行，有自己的“行為規(guī)范”，不受控制者的“指揮”。因此，從理論上說，幾百萬個芯片就可以組成一個功能強大的“人造大腦”，科學(xué)家還研制成了生物芯片，生物芯片傳遞信息的速度比人類大腦還要快l00萬倍。同時，當(dāng)芯片出現(xiàn)故障時，它可以自我修補，成為一種半永久性的器件。
神經(jīng)元芯片和生物芯片的獲得，為生物計算機――仿生電腦研究帶來了勃勃生機。而與之相關(guān)的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)研究上的突破，更使生物計算機的研究大大向前推進了一步。神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)是科學(xué)家們在神經(jīng)科學(xué)、心理生理學(xué)研究的基礎(chǔ)上發(fā)展的，它具有聯(lián)想記憶、相似性識別和分類、誤差較正、時序保留和概括等功能。當(dāng)神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)之間高度連接時，會引起并行機制而使神經(jīng)元集團具有獨特的計算性質(zhì)，如同人腦的一些高級思維和信息處理或控制功能。試想，生物計算機技術(shù)對揭示人類的大腦和生物信息節(jié)律的調(diào)控機制將會起到多么關(guān)鍵的作用，對于大腦疾病、神經(jīng)官能癥、精神和心理障礙以及癲癇等疾病的有效診治，其為期難道還遠嗎?
如今人們常常是，“談癌色變”因為癌癥的確困擾醫(yī)學(xué)很久了，盡管有了很多新藥的研究開發(fā)以及手術(shù)的改進，但這些并非是醫(yī)治癌癥的良方或萬全之策。在生物信息醫(yī)學(xué)時代，我們很有可能找到醫(yī)治它的良方，比如：依據(jù)生物信息原理，我們可以研究“修復(fù)”癌細胞缺損或變異的信息密碼技術(shù)，也就是對癌細胞進行“重新教育”使之“改邪歸正”，或者是恢復(fù)對癌癥等病灶的正常生物信息指令控制。這就好比怎樣平息一個“地區(qū)”的“獨立判亂”一樣，其武力解決(病灶切除)并非是上策，通過說服教育，使人心歸順，才能算得上對該地真正收復(fù)。另外，對于一些組織器官或系統(tǒng)的功能紊亂，可以使用模擬相應(yīng)的生物信息(信息編程)儀器或電子信息藥丸，并設(shè)法讓它進入該信息系統(tǒng)進行調(diào)節(jié)控制，使之恢復(fù)其生物信息節(jié)律的平衡。這種同疾病作斗爭的方式的確如同“現(xiàn)代戰(zhàn)爭”(大家可能看過電視劇《突出重圍》……)。在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，“電子信息戰(zhàn)”已越來越突出而重要，與常規(guī)武器和生化武器等的協(xié)同作用威力也是越來越大。《孫子兵法》中云：“不戰(zhàn)而屈人之兵，乃上之上策也”。這不正是信息戰(zhàn)的偉大之處嗎。同樣，我們未來的醫(yī)療實踐，也必將是以生物信息調(diào)節(jié)為先導(dǎo)，或?qū)⑿畔⒄{(diào)控、藥物治療及手術(shù)治療結(jié)合起來以達到協(xié)同作戰(zhàn)的最佳效果。所以，我們不難預(yù)想21世紀(jì)的醫(yī)療實踐將是一個更加先進和完美的生物信息化的醫(yī)療時代，或者可以簡稱之為“信息醫(yī)學(xué)”時代。
