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杨鸿智-后现代理论医学博客

《后现代医学》、《正反馈医学》、《自体原位器官重构技术》

 
 
 

日志

 
 
关于我

这是一个宣传后现代理论医学的博客.后现代理论医学是以系统理论为指导的新医学.该理论认为,在生命组织中干细胞是决定机体功能状态最基本的因素.通过调节机体内环境和为干细胞提供再生所需要的物质和能量,就可以使干细胞在患者体内原位再生,实现器官重构,使器质性病变得到治疗.现在,已经在北京医药信息学会内成立了后现代理论医学专业委员会,杨鸿智是主任委员.

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(6)生物医学知识整合论(Ⅳ)  

2013-06-30 19:48:09|  分类: 干细胞病 |  标签: |举报 |字号 订阅

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6)生物医学知识整合论(Ⅳ)

——关于知识的深层次哲学思考

包含飞

上海中医药大学中医学信息化-标准化研究室,200032

bhf2002@online.sh.cn  bhf@shutcm.edu.cn

 

摘要

 

本文继续讨论与生物医学知识整合及其他知识工程相关的一些基本问题。探讨了生物医学领域中信息概念与香农提出的信息概念的差异。文章指出生物医学“结构”是产生这种差异的内在原因。最后描述了27个可以影响甚至决定生物医学专业领域概念的形成、确定性、静态和动态属性、相互之间的关系、表达形式和操作性的基本概念。

 

 

1.关于香农的信息和生物医学信息差异的讨论

 

我们在谈论生物医学信息、生物医学信息学、医学知识库或医学知识整合(biomedical knowledge integrationBMKI[1-12]时,不能离开实际生物医学对象及其特性。M.S. Blois指出:“医学是复杂的和医学知识的本体学是多层次、多方面的。医学信息学应视为有别于其他信息学的特殊分支,因为医学的本体学极端复杂性决定着我们的系统” [13]。与此相似,MA Musen说:“如果有一个标语以表示“为什么信息学不同于计算机科学,那就是“我们的学科是关心内容的科学” [13]。这些关于生物医学信息学的性质的论述十分中肯。

美国科学家C.E. Shanonn根据事件发生概率的差异给出了信息的定量公式。因为哲学上事件的概率差异仅仅为一种不平衡性,因而无论是德国科学家R.E. Clausius和瑞典科学家L. E. Boltzmann的提出的熵还是C.E. Shanonn提出的信息,都不过是一种平衡或不平衡性(机会不平衡性)。然而“不平衡”是“结构”的最抽象的描述或最简单的模型。图1显示不平衡程度与结构的复杂性的关系。从平衡-无结构世界(如果存在的话),无机物分子,有机物分子,生物大分子,细胞结构到机体结构,其平衡性或不平衡性的性质、结构的复杂性或信息含量相互之间千差万别(见图2)。因此对于生物医学结构这种高度组织化的结构,ClausiusBoltzmannShanonn用机会不平衡描述的熵和信息概念只能给我们提供最一般、最简化、最低层次的描述。生物医学的信息概念具有奠基者们提出的信息概念截然不同的新质,反映层次更高的、性质不同不平衡性,这与基于机会不平衡性的信息定量决不可同日而语。换言之,必须对生物医学科学的信息概念作出重新解释,作出与生物医学结构密切相关的重新解释。

 

在《医学信息学》中有如下关于生物医学认知过程的描述:“临床医生在观察病人或某一(生物的)过程中产生的数据,并从这些数据中通过解释或推理得到信息……”,“通过仔细地研究大量医学方面诸如此类的解释过程,或者通过收集来自大量病人的数据解释,最后归纳推理得到新的见解和新的知识。” [14])此处生物医学的信息处于非常具体的数据和非常具体的知识之间(因为我们知道生物医学的可操作知识都是非常具体的!)。因此,可想而知此处的信息也是非常“具体的”。以笔者的理解,数据、信息及知识有如下关系:数据:原始观测的记录—→信息:数据之间的关系—→知识:数据之间的更深层的关系(信息和知识之间并无明确的界限)。

 

以生物医学的“基础理论”为例说明一般性和具体性在该领域中的尖锐冲突:与其他科学比较,生物医学各个领域的“基础理论”如DNA指导蛋白质合成的中心法则,酶催化生物化学理论,细胞分化理论,神经递质和调节理论,第二信使理论,激素-体液调节理论,体液和细胞免疫理论,载体-受体理论,离子通道理论等等,很多情况下仅仅是生命哲学层次的一些理解,其操作性和临床指导意义(如细胞分化理论对癌症治疗的指导性,神经分布对逻辑思维的解释性)十分有限。生命系统是一个复杂的同质-异质的、同构-异构的或复合结构的世界。基础理论的一般性、普适性、应用性和解释能力均受到无情的挑战。就象“在崇山峻岭上耕作” 拖拉机一样举步维艰,必须小心翼翼地调整其每一步。经验、实验和现象还是“绝对权威”,不容你不承认,科学理论常常不得不低下“傲慢的头”,向复杂多变的个性折腰致敬!医学还是经验论者和手工操作者的天堂。一个责任性强的好医生在其工作中必须永远睁大双眼,边判断-边观察-边处理。

 

究其原因,这是因为所有这些基本理论与XYZ轴在笛卡儿空间可以自由伸展不同,其作用和行为都不是独立的和自由的,它们以各式各样的相互结合或结构的形式起作用。生物医学世界是充满结构的世界!

 

2.生物医学知识整合基础概念的讨论

 

知识体系可看作是客观物理世界和主观意识世界二者的模型。从根本上讲,知识体系和意识世界依赖于客观物理世界而存在。但在相当程度上,知识和意识世界具有自己的独立于客观物理世界的运动和发展规律[12]。而作为“第三者”,数据-信息-知识系统(体系)是物理世界与意识世界二者模型的混合,既有物理性的一面,又有意识性的一面。这是我们发展知识工程包括知识整合工程[1-12]首先要明确的基本哲学关系(见图3)。

 

我们不可能离开知识和它们所对应的物理或逻辑对象的丰富多彩的哲学属性来对生物医学知识进行建模、表达、处理、操作或整合。因此讨论下述可以影响甚至决定生物医学专业领域概念的形成、确定性、静态和动态属性、相互之间的关系、表达形式和操作性的基本概念是必要的。

 

定义

:可以独立影响某一事物的因素。)

 

定义

(广义)空间:广义的或想象的环境,其中的事物由单个或联合的多个维控制,在二维以上的n空间中,每个维度都不再是自由的,但由n个维度决定的n维复合体是自由的。)

 

定义

知识背景空间:(在知识表示)形式以外的但可影响该知识表示含义的事物的总称。)(换言之,知识背景空间为一个知识表示的精确含义所依赖的除知识表示本身以外的所有事物的总称) (它们可以是知识赖以观察和发现的广义的维度空间或参量空间。)例如专业领域就是我们所熟悉的BSK)(另一个明晰而严密地建立的BSK的例子是欧几里得几何的5-公设空间。)在牛顿力学的BSK中,普通意义下的空间和时间是均匀的,物质的质量是不变的。)而令人难以想象的是,在爱因斯坦的广义相对论的BSK中,普通意义下空间和时间不再是恒定的,质量和速度之间是可以互变的,只有光速是恒定的) BSK也包括视点或视场,意识方向或意识场)(例如“猫抓住老鼠”这一事实,对猫是“一顿美餐”,对老鼠是“一场灭顶之灾”,对生态学家来讲是“物种之间的平衡”。)(所谓标准或公认知识的有效性所依赖的人类的共有的普通逻辑的省缺空间(DSL)是一种最基本的BSK)DSL一般是下意识存在,有待于人工智能专家加以探索)(可以想象,在DSL中人体的感觉系统及其工作原理起着重要作用。)

 

(也许是由于大脑内在的经济原理,BSK往往以下意识的方式存在,致使逻辑学家或人工智能学家往往忘了它们的存在,误把知识的存在和行为当成无背景“赤膊”形式的。)(当把开发成功人工智能系统最后用于复杂情况(特别是生物医学领域)中,这些系统就成了红楼梦中弱不禁风的“林黛玉”。)

(在专业领域中,BSK应该是有限的,也即是可操作的。)

 

定义 4

(广义的实验性知识背景空间(一种BSK,知识赖此得以生成。也即直接生成或发现知识的所有方法、条件和参量的整合。涉及人们观察、测量和干涉研究对象的方法,用肉眼、滤光镜、望远镜、显微镜还是其他仪器?)

GEBSK的另一个例子是火车中的旅客对于车站是运动的,对火车本身是静止的。)

 

定义 5

(有效知识背景空间: BSK的子空间,即直接与知识应用者的目的相关的BSK。所有其他子空间为非有效空间。)

 (拳击是可作为这一定义的解释。在拳击圈里,拳手所得到的点数之差或一位拳手可以击倒对方,以及拳手的体重,行为的规范,点数的计算方法就组成了SBSK。而拳手的身高,长相,婚姻状况都属于非SBSK)

(生物医学知识的有效背景空间是形形色色的,这导致生物医学知识的极端复杂性)(如此多变的知识背景空间是复杂性之发生源之一,对生物医学整合探索是一个巨大的挑战。)

 

定义 6:

(概念):《医学信息学》的定义是“定义一类对象的综合性概念”[14]。更详细地说,概念是一个由某(些)关系联系起来的对象集合在人类意识中的对应物,按照其在某一BSK中的属性或行为,可看成一个整体。因此概念也是BSK依赖性的。)

 (似乎除了人之外,现代计算机还不能创造概念。)

 

定义

(结构(Structure):在某一BSK中有意义的相对固定一组关系的结合。结构反映一种事物之间的物理的或意识的不可分性。)

(相对固定的两个以上事物的结合都是结构。著名的三体问题,大部分的知识整合和以框架为基础的知识表示问题都是(动态的或静态的)结构问题。)

 

定义

(意识性结构:):.(存在于意识的结构。包括逻辑模型,数学概念或算法,知识表示形式等。)

 

定义

(物理结构:存在于意识以外或实际世界中的结构。)

 

定义 10 

(自然物理结构:):.(非人力形成的物理结构。)

 

定义 11

(人工物理结构:):(人力(物理的、意识的)形成的物理结构。)

 

定义 12

(人类意识的自然物理载体(结构)(此处指人脑。)

 

定义 13

(人类意识的人工物理载体(结构)(本概念包括计算机,计算机程序和其他人工智能产品,但不包括人脑。)

 

定义 14

 (结构形成机制(具体的或广义的结构形成动力学,包括自组织机制,他自组织机制,自组织-他组织机制等。).

 

 定义 15

(自组织机制):):(开放系统内部组织形成或信息积累过程)(例如生命或细胞的起源和进化,种系的分化和发展。)

(一般说来,对物理性自组织机制,人类的意志只能施加外在影响,例如输入或输出。).(例如我们只能对庄稼进行施肥或拔除野草,我们不能“拔苗助长”。)

 

定义 16

(他组织机制:). ((意识的、物理的、人工的、自然的)外力起主导作用的结构形成机制)(例如各种各样人工产品如汽车、手表的制造和装配,以及智力创造的结构如计算机的逻辑结构和欧几里得几何体系等。)

 

定义 17 

(意识性自组织机制(这里意指先天形成的意识结构及其行为。)

 

定义 18

((意识性他组织机制:): ( 外力为智力的他组织机制。)(指后天获得的、学习的或形成的意识性结构。)(故而为一种特殊的他组织机制。)(这种机制形成很多意识性结构,如数学结构和算法:平行四边形、等腰三角形、等边三角形、圆等和各种知识表示及其推理原则、各种软件系统和抽象的问题解决方法等。也即所有由后天获得的智能的产品。)

 

(在基于语义网络的知识表示方法中,当我们表示一个常见的授受行为“张先生给李先生一本书”,它的结构如图4和图5。从此例可以看出,说到底,基本的或逻辑的意识或逻辑结构依赖于相应的物理结构。)

 

定义 19

(物理性自组织结构:):(即生命系统。为一种自然物理结构。)

 

定义 20 

(物理性他组织结构):(由他组织机制形成的物理结构。)意指由他组织机制形成的(自然的、人工的)物理结构,如山河、海洋、钟表、飞机、火车、计算机和其他产品。)

 

定义 21

(自组织-他组织机制(由内力和外力共同驱动的结构形成机制。如由人力加上自组织力驱动的机制。)(通常是人类的意志加到自组织机制上。)(此种机制可生成若干-自然物理结构,如组织工程形成的器官、转基因物种、器官或组织移植、植物嫁接等。)

 

定义 22  (人类意志的可控性(人类意志对某一事物的控制程度。)可分为全可控性、部分可控性和零可控性。)(可通过对输入、输出进行控制,或部分、全部组分更换等方式加以控制。)(结构形成的人类参与程度往往是是可控性的一个参考值。)

 

定义 23

(结构维:维度的本质是结构而不是广义的“质点”。) (可看作一种结构形成机制的一种保守性,一种广义的惯性运动,如B. Mandelbrot描述的分形机制。)以笔者的理解,人类或其他物种的延续,即E.H. Haeckel的重演律,就是以分形维为特征的惯性运动。)

 

定义 24 

(客观事物(:):.(客观世界的任何事物。)

 

定义 25 

(状态():(事物的属性、关系和运动形式的总称。可分为动态和静态。)

 

定义 26

(静态():)(某事物在某一BSK的有效(或操作)域中的常态或非运动态。).

 

定义 27

(动态():(某事物在某一BSK的有效(或操作)域中的变化态或运动态。). (k可被看作是时空或其他关系的因果链。)(因果链中的每一环节的稳定性是如此微小,以致有效BSK中那怕是最粗的粒度也无法对之观察或量度。)(动态事物的知识表示、行为和其他方面与静态有着巨大差异。)(我们知道,让机器人搬一张桌子和让它抓一只兔子其难度不可同日而语。可以想象,在我们的知识整合或其他知识工程中,同样的挑战正等待着我们。)

 

 

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