【ZiDongHua 之智能自動化收錄關(guān)鍵詞：人工智能  生命科學(xué)領(lǐng)域  中醫(yī)藥】

中國中醫(yī)藥報：AI為中醫(yī)藥診療裝上精準“導(dǎo)航”

如果將人體比喻為一個地圖，中藥進入人體產(chǎn)生的作用就像地圖上一條條路線，這些路線能夠被清晰呈現(xiàn)嗎?如果把中醫(yī)藥對人體的宏觀治療比喻為一片森林，中醫(yī)藥對細胞、分子層面的作用就像森林中的樹木，森林與樹木的關(guān)系能夠一目了然嗎?

日前，清華大學(xué)北京市中醫(yī)藥交叉研究所所長、歐洲科學(xué)與藝術(shù)院院士李梢?guī)ьI(lǐng)團隊自主研發(fā)的“基于網(wǎng)絡(luò)靶標的中西醫(yī)藥智能和定量分析技術(shù)與系統(tǒng)(簡稱UNIQ系統(tǒng))”獲得第49屆日內(nèi)瓦國際發(fā)明展最高級別的“評審團特別嘉許金獎”，該系統(tǒng)有望將上述設(shè)想變?yōu)楝F(xiàn)實。

“借助人工智能，該系統(tǒng)對疾病的發(fā)生、發(fā)展、藥物的干預(yù)效果起到精準導(dǎo)航的作用，既體現(xiàn)出中醫(yī)的整體觀，又使中醫(yī)藥能夠深入到微觀層面，為中醫(yī)藥的傳承發(fā)展提供生物機理上的支撐。”李梢說。

學(xué)科交叉打開解密中醫(yī)藥機理之門

對于中醫(yī)藥診療疾病的原理，出生于中醫(yī)世家的李梢在少年時代就有自己的洞見。他認為，中醫(yī)藥治病的原理是可以用現(xiàn)代科學(xué)的語言闡釋的，中醫(yī)藥與現(xiàn)代科學(xué)并不互斥，二者能夠相得益彰、共同發(fā)展。他的想法也得到了父親——首屆國醫(yī)大師李濟仁的肯定。

1999年，在北京中醫(yī)藥大學(xué)跟隨中國工程院院士王永炎攻讀博士期間，李梢提出了中醫(yī)藥和生物分子網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的假說——中醫(yī)藥不是和單個生物分子有關(guān)，而是和生物分子相互作用的網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)變化有關(guān)，這個網(wǎng)絡(luò)有可能表征中醫(yī)藥的整體。

在清華大學(xué)生物信息學(xué)專家、中國科學(xué)院院士李衍達的支持下，李梢于2001年進入清華大學(xué)自動化系(自動化系以“三論一智”為特點，“三論”指信息論、系統(tǒng)論、控制論;“一智”指人工智能，其學(xué)科特點和中醫(yī)藥整體觀、系統(tǒng)觀的思維很契合)，進行“生物信息學(xué)與中醫(yī)藥現(xiàn)代化”的大跨度交叉學(xué)科研究，也開始了他20多年的解密中醫(yī)藥現(xiàn)代原理之路。

交叉學(xué)科可以探索，但如此大的跨度，怎樣才能守住中醫(yī)藥的底蘊，巧妙地將現(xiàn)代科學(xué)融入其中，李梢面臨三道難關(guān)。第一，講不清中醫(yī)藥在機體內(nèi)部如何發(fā)揮作用，中醫(yī)藥的科學(xué)內(nèi)涵就無法被揭示;第二，如果采用現(xiàn)代醫(yī)學(xué)常用的還原分析方法，很容易丟掉中醫(yī)的整體特色，難以“守正”;第三，缺少中醫(yī)藥在微觀層面的數(shù)據(jù)積累，從微觀和系統(tǒng)的角度闡釋中醫(yī)藥的“整體”特色亦是挑戰(zhàn)。

經(jīng)過反復(fù)思考，李梢提出了一個大膽的想法：把中醫(yī)的整體思維用于微觀的生物層面，在人體“黑箱”里建立一個“GPS(導(dǎo)航)系統(tǒng)”，全面計算出中西醫(yī)藥與生物分子的關(guān)聯(lián)，用于支撐中醫(yī)藥的創(chuàng)新發(fā)展。

經(jīng)過團隊多年攻關(guān)，一個能夠展現(xiàn)出中西醫(yī)藥與生物分子的關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)——“中西醫(yī)藥分子網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)航系統(tǒng)(UNIQ系統(tǒng))”應(yīng)運而生。

數(shù)據(jù)編碼掌握中醫(yī)藥精準診療之鑰

假設(shè)一名感染風(fēng)寒后咳嗽的患者服用了某種中藥進行治療而后痊愈，這一過程中，癥狀、藥物、人體細胞之間是如何發(fā)生聯(lián)系的?這個系統(tǒng)如何呈現(xiàn)人類疾病、生物分子網(wǎng)絡(luò)、中西藥物之間的關(guān)聯(lián)?

李梢打了一個簡單的比方：“如果我想要通過微信朋友圈知道一個人與全世界所有人的關(guān)系，如何去篩選呢?只要用這個人的朋友圈和全世界所有人的朋友圈去做一個對比，如果兩個人的朋友圈重合度很高，那么這兩個人是朋友的可能性就越大。這種關(guān)聯(lián)規(guī)律同樣適合于建立宏觀臨床表型、微觀生物實體、藥物之間的多層次聯(lián)系，什么病和證需要用什么藥來治，大數(shù)據(jù)就可以幫忙得到答案。”

李梢介紹，UNIQ系統(tǒng)借鑒了中醫(yī)整體觀的“取象比類”思想，從全局上看，人類表型網(wǎng)絡(luò)(人類疾病，包括中醫(yī)證候的臨床表現(xiàn))、生物分子網(wǎng)絡(luò)(生物體內(nèi)部的基因、蛋白之間)、中西藥物網(wǎng)絡(luò)之間存在著一種“宏微觀模塊化關(guān)聯(lián)”關(guān)系。例如，臨床表型越相似，相關(guān)的基因和基因產(chǎn)物在網(wǎng)絡(luò)上越聚集。

“一張由疾病、藥物和生物分子織成的網(wǎng)絡(luò)就好比由無數(shù)道路組成的地圖，找到編碼規(guī)律才能獲取揭秘人體‘黑箱’的鑰匙。”李梢說。

基于這一規(guī)律，團隊已經(jīng)研制了中西醫(yī)表型、生物分子網(wǎng)絡(luò)、中西藥物的“關(guān)系推斷”算法，實現(xiàn)同時期國際最高精度的致病基因、藥物靶標預(yù)測，通過計算，系統(tǒng)解析了疾病機制和藥物作用的關(guān)聯(lián)，在生物分子網(wǎng)絡(luò)上實現(xiàn)了疾病和藥物內(nèi)在關(guān)系的定位和導(dǎo)航。

事實上，這一系統(tǒng)已經(jīng)被應(yīng)用在臨床，在中醫(yī)診療和中藥研發(fā)上實現(xiàn)了規(guī)?；瘧?yīng)用。一個典型范例是，利用UNIQ系統(tǒng)，結(jié)合大規(guī)模病例樣本的采集和檢測，李梢團隊構(gòu)建了胃炎癌轉(zhuǎn)化的寒熱證分子網(wǎng)絡(luò)、舌苔菌群網(wǎng)絡(luò)、胃組織單細胞網(wǎng)絡(luò)，發(fā)現(xiàn)了本虛標實、寒熱失衡促使胃炎癌轉(zhuǎn)化的內(nèi)在規(guī)律，尤其是在部分中醫(yī)證候典型、病理診斷處于低級別異型增生階段的患者胃組織上發(fā)現(xiàn)了一類“胃癌極早期細胞”，它與胃早癌細胞分子特征高度類似，可以表征胃癌癌變的萌芽階段。圍繞發(fā)現(xiàn)的胃癌極早期這一全新分期，李梢團隊還研制了胃癌極早期中西醫(yī)智能篩查系統(tǒng)、胃癌極早期生物標志物，以及精準防治中藥，為解決我國胃癌早診率低的難題提供了重要突破口。

“這一系統(tǒng)即讓中醫(yī)藥思維能夠在微觀層次發(fā)現(xiàn)規(guī)律，又使現(xiàn)代醫(yī)學(xué)生命科學(xué)積累的大數(shù)據(jù)能夠為中醫(yī)藥所用，從一個全新的角度說明白、講清楚中醫(yī)藥科學(xué)原理，為中醫(yī)藥精準診療奠定基礎(chǔ)。”李梢說。

清華大學(xué)自動化系教授李梢榮獲第十七屆中國藥學(xué)發(fā)展獎·突出成就獎。

打破壁壘破解中醫(yī)藥傳承創(chuàng)新之題

“中醫(yī)藥發(fā)展過程中面臨的困難可以成為中醫(yī)藥的發(fā)展機遇。”李梢說，在自己的科研之路上，最大的感觸就是中醫(yī)藥不斷在突破原有的研究模式，開拓創(chuàng)新，與時俱進。

建立以中西醫(yī)學(xué)和生物大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)、以信息與系統(tǒng)為特點、融合人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的中醫(yī)藥網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)等關(guān)鍵技術(shù)，建設(shè)符合中醫(yī)藥整體特色的自主創(chuàng)新體系，是李梢團隊的目標。

為了跨越傳統(tǒng)與現(xiàn)代之間的鴻溝，李梢牽頭創(chuàng)立清華大學(xué)北京市中醫(yī)藥交叉研究所。2021年，研究所揭牌。研究所依托清華大學(xué)自動化系，聯(lián)合清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院、藥學(xué)院、生命科學(xué)學(xué)院、化學(xué)系、附屬長庚和玉泉醫(yī)院等多個院系的力量共同建設(shè)。聚焦中醫(yī)藥關(guān)鍵科技需求，以“醫(yī)工結(jié)合、中西結(jié)合、交叉創(chuàng)新”為特色，真正實現(xiàn)了多學(xué)科交叉融合共建新模式。李梢作為所長，成為了“中醫(yī)藥+AI”領(lǐng)域的探路者。

李梢介紹，交叉研究所自成立以來，已率先制定并發(fā)布了網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)首個國際標準，促進了中醫(yī)藥科研方法走向國際前沿，積極推動中醫(yī)藥創(chuàng)新發(fā)展。

2023年夏季，首位晉升瑞典卡羅林斯卡醫(yī)學(xué)院終身教授的亞裔教授、歐洲科學(xué)與藝術(shù)院院士、中國工程院外籍院士、血管新生頂尖科學(xué)家曹義海訪問清華大學(xué)中醫(yī)藥交叉研究所，看到李梢的研究成果后感到很振奮，認為其具有極大的開創(chuàng)性。在曹義海等專家的力薦下，經(jīng)過評審，由于在網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)與傳統(tǒng)醫(yī)藥研究上的開創(chuàng)性貢獻，以及在胃癌極早期防治研究上的突破性成就，李梢當選為歐洲科學(xué)與藝術(shù)院院士。該院為國際科學(xué)院組織、中國科學(xué)院發(fā)起成立的“一帶一路”國際科學(xué)組織聯(lián)盟等權(quán)威機構(gòu)收錄的唯一歐洲科學(xué)院，也標志著該系統(tǒng)邁出了國際化的步伐。

“用現(xiàn)代科學(xué)解讀中醫(yī)藥原理，我們不能只做旁觀者、批評者，要勇于做建設(shè)者、創(chuàng)造者，這是我們這一代研究者的使命。”李梢表示，在這條溝通傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)與現(xiàn)代科技的道路上，團隊還將持續(xù)攻堅。