作者:高长安 来源:中国科学报 发布时间:2020/8/23 18:51:21
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丛斌:深度融合信息技术与生命科学实现重大突破

 

“基因治疗遭遇挫折并进展缓慢、现代医学进步缓慢、医学研究缺乏公理体系和数学计算、有些新方法运用没有根本促进医学进步,”8月22日,在河北省涞源县举行的第三届创新驱动发展大会上,中国工程院院士、九三学社中央副主席丛斌在作题为《揭示人体能量信息网络传递机制的思考》主旨报告时指出,应以信息技术与生命科学深度融合实现生命科学的重大突破。

丛斌认为,人类医学仍然停留在传统时代,依然在用天然的和化学的物质去对抗治疗疾病,对整体生命活动改善有限;外科手术演变成微创治疗,加上一些现代技术的配合,但是微创还是外科手术的一种,这种技术的“发展”是以丢掉组织为代价来治疗疾病的。现代的互联网医学、人工智能医学只是信息技术本身的进步与扩散,还没有实现医学与信息科学的真正融合,相互促进式的发展。现代医学对疾病的认知和治疗上并没有本质上的突破,有些医生甚至对某些疾病的治疗总体上很可能是退步了;疾病的发生不是一个概率过程,其中存在特定的病因;由一种基因导致一类疾病的只是一些罕见病。科学与人文的分离,导致治疗往往被简单归为科学知识的机械地运用。而中医药在新冠肺炎救治上再次彰显优势。

“马克思曾说过:‘一门科学只有当它达到了能够成功地运用数学时,才算真正发展了’。”丛斌指出,现代科学是建立在受控实验所得到的公理之上,关键在于公理化;医学是建立在病理生理学和生物实验观察之上,而这些也未能实现公理化;数学家们在生物学中取得的成功远不及物理化学,没有形成计算医学的研究范式;DNA螺旋依然只能观测一些二维现象,不能系统揭示三维、四维的内在互作机制。

丛斌总结了5个目前尚未解决的难题:一是许多疾病的本质还未揭示清楚;二是对人的整体生命活动规律的认知还停留在局部或碎片化层面,在此领域的研究和发现仍在盲人摸象;三是决定生命本质的基础科学问题尚未系统揭示清楚(截止2019年共有219位诺贝尔生理学或医学诺奖获得者);四是人体究竟是一个怎样的自动运行系统;五是人体内部的互联互通,人体与外部环境的能量与信息交换是怎样的一种生物物理模式。

丛斌说,单细胞检测技术会产生包括DNA序列、RNA序列蛋白质组以及细胞空间位置等海量的数据,要对这些数据进行分析,用生物信息学的方法从中筛选出有用的信息建立细胞结构图谱数据库;要以复杂系统科学的整体论作为方法论,探索在生物分子、细胞、组织、器官等多个层级结构之间相互作用中“涌现”出的新属性,系统探索它们之间的关联关系。

“揭示随时间变化的细胞状态特征、瞬时属性、细胞数量等信息,以及包括不同健康状况、不同基因型、不同生活方式和生活环境下的细胞结构的动态变化规律。采用密集数据驱动的科学范式,挖掘隐藏于高维、高通量多维融合的生物医学大数据中的新洞见,将生物医学领域的知识模型转换为数学模型,以生物医学大数据作为输入参数以人工智能算法对模型进行迭代、训练,输出逼近于真实的生命系统结构与功能的时相变化表征。”丛斌认为。

“以基因组学、蛋白组学、代谢组学、系统生物学等为代表的生命科学技术进步使医学科学有可能从超微观的分子、微观的生物大分子、亚细胞、细胞、细胞间链接、组织、器官、系统和整体层面解析其之间的关联关系,系统性探究组织器官细胞的精细结构及其功能的时空变化,获取海量的生命活动数据知识,并转化为数学模型,模拟、复现或再现相关生命活动过程,系统解密生命活动的本质。”丛斌特别强调,这是生命科学技术发展的方向和追求的目标。医学科学与以大数据、物联网、人工智能和量子计算为代表的信息技术深度融合是促进生命科学进步的必然途径。

丛斌在报告中还强调了五点:一是揭秘人体能量信息网络系统。融合还原论与整体论的系统论层面解析生命现象,用信息技术及其算法刻画人体从微观到宏观,从局部到整体,从分子到组织、器官乃至整体的演进过程。解析局部与整体、局部与局部、局部与节点、节点与节点之间的逻辑关系和互联互通的能量信息网络结构;二是改变生命科学实验模式。减少实验动物的使用,尽量用更多的数字疾病模型替代动物疾病模型,其实验结果可能更接近于人的疾病特征;三是要全球合作共享。推动全球生命科学领域的交流合作;搭建全方位、多层次、机制化的交流平台,共享成果,携手合作,不断提高生命科学研究水平;四是要全面认知生命。对已发现的和今后新发现的局部生命物质运动和演化现象,要放到人体生命系统网络的体系中去评价其价值和意义。促使生命科学技术的全面进步,对人类疾病的精确诊断及治疗,维护人类身心健康有着不可估量的价值和意义。推动脑科学的系统研究向纵深发展,深度挖掘脑与外周的互联关系;五是全面促进科技进步。人体全息生命系统网络解析成果可以引领其他科学技术的快速发展。促进化学、物理学、信息科学、制造业、农业、数学等科学技术领域的发展。

 
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