生物与医学中的复杂性问题

香山科学会议学术讨论会——生物与医学中的复杂性问题

        二十世纪末，随着分子生物学的迅猛发展，与人类健康密切相关的分子生物学数据大量产生。同时，医学与生物学日益密切结合，构成以健康为主要目标的生命科学的崭新发展世态。新时期的人体健康科学既关注生物化学作用的分子信息，也注重人体作为一个整体的系统特征，并开始注意研究在社会自然环境中的人，这种科学观正在将经典科学还原论与系统论或综合论结合起来。生物信息技术和分析方法的发展和不断完善，为全面理解人体系统，全面推进健康科学的发展提供了历史性的契机。

        中医学独特的思维方法和对复杂系统整体状态的把握以及中医的有效性等方面引起了与会的各个领域专家的广泛兴趣。医学专家和控制专家认为，现代医学和控制科学研究在许多基本的层面上存在共性：如对系统的建模与系统运作机理的研究，用控制科学的理论方法对系统的演化加以干预并使得系统朝着预定目标演化等，因此两大领域的合作研究具有广阔的前景。

        在生物医学研究中由于因素多、数据多、信息量大存在客观的复杂性，但同时因为缺乏对系统本质规律的把握、对系统重要因素的提炼，复杂性也具有主观的因素；开展复杂性研究，既要发展处理海量数据的工具，也要不断提炼复杂现象和复杂事物的本质规律，找出系统的共性；中医学对人体内部的相互作用以及人体与环境的相互作用提出了众多的命题，为现代医学研究准备了丰富的素材，但对中医的理论体系的认识必须运用物理学、生物学、数学、控制论、系统论等学科的最新知识；中医药是中华文化的宝贵财富，应该成为中华民族立于世界之林的支柱产业之一，要将中医的发展放到国家科研发展战略高度。

        日前，在北京召开了主题为“生物与医学中的复杂性问题”的香山科学会议第255次学术讨论会。北京大学第三医院韩启德院士、中科院自动化所戴汝为院士、北京大学的黄琳院士和佘振苏教授担任执行主席。来自生物物理学、医学、物理学、力学、心理学、控制等不同领域的37位专家参加了讨论会。会议中心议题为基础医学中的复杂性问题、生物系统中复杂性问题、脑与认知中的复杂性问题、复杂系统研究方法探讨等。

        韩启德院士在题为“生命科学与医学中的复杂性”的主题评述报告中，就生命体复杂性、医学复杂性、走出现代医学困境等问题进行了论述。关于生命体复杂性，认为生命体组成成分不是简单的堆积，而是彼此间有广泛的相互作用，越是高级生命作用越广泛；组成成分之间的相互作用不是简单直线性关系，而是交错编织成网络，网络使生命体复杂性具有层次性特征；生命体存在于多因素、多变化的环境中，随时要接受外界的刺激和干扰，是一种远离平衡态的开发系统。关于医学复杂性，认为生命体的多样性、复杂性决定了医学本身的复杂性；疾病是复杂的，不仅生命体本身病理过程复杂，而且心理、社会、环境等因素都会影响病理过程；许多复杂性疾病，如心血管疾病、癌症、艾滋病等皆是生命体多层次、多层面因素作用的结果。关于走出现代医学困境，指出在还原论指导下对生命和疾病的认识是局部的、分离的，仍停留在分析和描述的水平上；需要在研究方法和观念上有大的突破，需要各学科间相互协作，共同努力应对面临的新挑战。他还介绍了2003年美国国立卫生研究院（NIH）推出的“路线图计划”，强调探索发现生命现象的新途径。

        中科院理论物理所郝柏林院士在题为“粗粒化描述与生物学符号序列的复杂性”的主题评述报告中，指出生物学符号序列包括记载生物遗传信息的DNA序列和生物基本构成的蛋白质序列，是当代生物信息学研究的核心对象。我们对自然界只能进行各个层次的粗粒化描述，而粗粒化描述不可避免地导致符号和符号序列（包括自然语言），因此对符号序列的复杂性分析可以对我们认识各种复杂系统有所帮助。他还介绍了研究DNA序列的K串组分分析方法，并从自己多年研究的经验中，提炼出研究这些复杂符号序列的基本思路和方法，引起与会者广泛关注和从中受到启发，为深入探讨复杂系统的一般性方法提供了具体的指导。他还强调应该关注具体的复杂现象，关注复杂现象中的具体科学问题。

        基础医学中的复杂性问题

        北京大学柯杨教授在基础医学中的复杂性的中心议题报告中，通过肿瘤研究课题组所从事的肿瘤相关新基因的功能研究、肿瘤的人群遗传易感性研究、肿瘤病人免疫功能指标确定研究等，分析了肿瘤疾病的复杂性。如同一种分子具备多种功能，不同的分子行使同样功能，同样的分子、通路、网络、发挥功能的时空差别，多种类环境因素多基因相互作用，性别、年龄和环境都对“正常值”产生影响等。这些讨论提出了基础医学研究中正面临的一些具体问题，如面对个体间（年龄、性别）的巨大差异，如何确定免疫指标的正常范围等。

        朱宗涵研究员在“医学科学中的系统复杂性研究”的专题报告中，说明许多复杂性疾病（如癌症）是多个因素引起的全身系统的功能紊乱。如果在这些疾病的治疗过程中过分关注身体局部状态的调整，而忽视了整个身体状况的改善会引起一系列不良后果，因此对这些疾病的认识和治疗急需引入系统化思维。他还提出了一系列医学复杂性问题研究的新思路，如人体复杂系统表现为三种反应方式——适应，代偿和失代偿，这分别体现了人体健康的三种状态——健康，亚健康和疾病。他进一步提出了医学科学中的系统复杂性研究提纲，呼吁探讨生命过程中信息作用的机制和原理，探讨生命信息的存在形式和动力学规律，探讨生命信息和环境的关系等，提出了有关生命科学中生命信息研究的新领域，即生命信息动力学。   (责任编辑：泉水)

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