广义变量值GeneralizedValueGVAL即对GVAR的指定在课件.ppt

1、科学理论是一个优秀民族的科学理论是一个优秀民族的最高精神追求。最高精神追求。一个优秀民族应该一个优秀民族应该“唯理是唯理是求求”，不应该，不应该“唯利是图唯利是图”。经济崛起经济崛起技术创造崛起技术创造崛起学科创新崛起学科创新崛起理论创建崛起理论创建崛起图图1 一个民族的科学崛起一个民族的科学崛起生命系统生命系统物理整合的大师物理整合的大师 是我们人类的科学活动而不是机体是我们人类的科学活动而不是机体本身把机体分解为量子生物学、分本身把机体分解为量子生物学、分子生物学、生物物理学、生物化学、子生物学、生物物理学、生物化学、细胞学、组织学、解剖学、生理学、细胞学、组织学、解剖学、生理学、免疫学、

2、遗传学免疫学、遗传学各层次。相反，各层次。相反，大自然把万千机制都有条不紊地融大自然把万千机制都有条不紊地融为一体，把无数元素、无数机制融为一体，把无数元素、无数机制融合和联合成一个完美的动态网络。合和联合成一个完美的动态网络。1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 图图2 心脏泵血循环连接图：心脏泵血循环连接图：1.膜电位循环；膜电位循环；2.钙离子从肌浆网收放循环钙离子从肌浆网收放循环(借助于钙借助于钙泵即泵即Ca+依赖式依赖式ATP酶的循环酶的循环)；3.肌钙蛋白与肌钙蛋白与Ca+结合与释放循环；结合与释放循环；4肌钙蛋肌钙蛋白分子构型循环；白分子构

3、型循环；5.原肌凝蛋白的构型变化循环；原肌凝蛋白的构型变化循环；6.横桥与肌纤蛋白结合横桥与肌纤蛋白结合-扭动扭动-解解离循环离循环(依赖于肌球蛋白的头部即依赖于肌球蛋白的头部即ATP酶激活酶激活-分解分解ATP-释放能量释放能量-抑制循环抑制循环)；7.粗粗肌丝与细肌丝的滑动循环；肌丝与细肌丝的滑动循环；8.肌节的缩舒循环；肌节的缩舒循环；9.肌纤维的缩舒循环；肌纤维的缩舒循环；10.肌肉的肌肉的缩舒循环；缩舒循环；11.心室内血液压力循环；心室内血液压力循环；12.房室瓣开闭循环；房室瓣开闭循环；13.心房内血液压力循心房内血液压力循环；环；14.主动脉瓣开闭循环；主动脉瓣开闭循环；15.

4、主动脉内血液压力循环；主动脉内血液压力循环；16.心脏泵血循环心脏泵血循环 盲人摸象新说盲人摸象新说 利用信息整合技术，我们的盲人小组获利用信息整合技术，我们的盲人小组获得了巨大进步。虽然他们各自所拥有的得了巨大进步。虽然他们各自所拥有的信息丝毫没有增加，但他们所构建的大信息丝毫没有增加，但他们所构建的大象模型向真实的大象逼近了一大步。象模型向真实的大象逼近了一大步。借此笔者希望阐明生物医学知识整合论借此笔者希望阐明生物医学知识整合论的意义：所有的生物学、医学及生物医的意义：所有的生物学、医学及生物医学信息学的研究和开发都是环绕着机体学信息学的研究和开发都是环绕着机体这同一目标，他们的结果之间

5、必然存在这同一目标，他们的结果之间必然存在内在的联系。深入探讨、挖掘、建立这内在的联系。深入探讨、挖掘、建立这些联系有助于我们在整体上对机体的理些联系有助于我们在整体上对机体的理解，这就是解，这就是BMKI的根本任务。的根本任务。Openclincal在其白皮书在其白皮书“医学医学知识危机及其解决方法知识处知识危机及其解决方法知识处理理”的总结中说：的总结中说：1.对于一个对于一个没有没有(医学知识工程医学知识工程)支支持的持的医疗卫生人员，已不可能用传医疗卫生人员，已不可能用传统的方法掌握现代科学知识统的方法掌握现代科学知识,即以即以可能做到的有效而安全的医疗服务可能做到的有效而安全的医疗服

6、务所需要的所有知识。所需要的所有知识。2.后基因时代情况将变得更糟糕。后基因时代情况将变得更糟糕。3.知识危机的一个可能解决方法是采知识危机的一个可能解决方法是采用更为严谨的方法和技术进行知识处用更为严谨的方法和技术进行知识处理。理。4.这种态势尚未被广泛地意识和理解，这种态势尚未被广泛地意识和理解，现有的很多技术的设计不能相互匹配现有的很多技术的设计不能相互匹配和交互操作。和交互操作。5.OpenClinical为一个个人，组织为一个个人，组织和商业公司组成的协会，它的成员认和商业公司组成的协会，它的成员认识到在医学中改善知识处理的重要性识到在医学中改善知识处理的重要性和相信通过合作和一致性

7、可以达到目和相信通过合作和一致性可以达到目的。的。“生活在医疗卫生服务发达的富裕国家，生活在医疗卫生服务发达的富裕国家，我们通常都认为当我们遇到什么医学问我们通常都认为当我们遇到什么医学问题，它们必定会得到及时的有效的与高题，它们必定会得到及时的有效的与高度发达的医疗事业相称的治疗和处理。度发达的医疗事业相称的治疗和处理。一直以来，我们大家期望随着对疾病的一直以来，我们大家期望随着对疾病的科学理解和处理的快速发展不断地得到科学理解和处理的快速发展不断地得到改善，期望着随后基因时代新知识爆炸改善，期望着随后基因时代新知识爆炸获得进一步提高。不幸的是，这种获得获得进一步提高。不幸的是，这种获得最优

8、质的服务的前景并不那么肯定，即最优质的服务的前景并不那么肯定，即使对富裕的阶层。使对富裕的阶层。”“我们对疾病的理解和处理的史无前例我们对疾病的理解和处理的史无前例的发展与实际中应用这些知识的能力并的发展与实际中应用这些知识的能力并不匹配。这些问题根源是缺乏对新知识不匹配。这些问题根源是缺乏对新知识的一致性的访问，缺乏足够的资源使大的一致性的访问，缺乏足够的资源使大家分享新知识的成果。家分享新知识的成果。”英国英国i4u的主席的主席Ian Purves 教授教授来华讲学时提供了一组发生在来华讲学时提供了一组发生在医疗行业的令人震惊数据：医疗行业的令人震惊数据：一个临床医生每年需要阅读一个临床医

9、生每年需要阅读16,000篇专业文章（平均每天篇专业文章（平均每天44篇）以掌握最新的医学信息。篇）以掌握最新的医学信息。仍存在大量而严重的错误处方。仍存在大量而严重的错误处方。英国每小时有英国每小时有4个病人死于错误处方。个病人死于错误处方。美国每小时有美国每小时有11个病人（每年约个病人（每年约9.8万万人）死于错误处方。人）死于错误处方。美国每年发生近美国每年发生近77万起恶性药物事万起恶性药物事故。故。（而（而50%的这些错误可以在有效的信息的这些错误可以在有效的信息管理中避免）管理中避免）类似地，据英国类似地，据英国泰晤士报泰晤士报8月月13日报道，每年英国至少有日报道，每年英国至少

10、有72万万人因医院误诊或医疗事故而无辜丧人因医院误诊或医疗事故而无辜丧命，医疗事故变成威胁英国人生命命，医疗事故变成威胁英国人生命的第四大杀手。而且，不少医院还的第四大杀手。而且，不少医院还故意隐瞒医疗事故实际数目，这导故意隐瞒医疗事故实际数目，这导致庸医们逍遥法外。致庸医们逍遥法外。美国美国Texas州大学张家杰教授在州大学张家杰教授在CMIA2005年年会（深圳）大会上年年会（深圳）大会上发言指出医疗事故死亡的人数每每发言指出医疗事故死亡的人数每每被医学信息学家形象化地描述被医学信息学家形象化地描述“One jumbo jet crash every day”（每天掉一架大型喷气式客机）。

11、（每天掉一架大型喷气式客机）。InternetInternet难救难救*!成为中国首位利用“互联网”寻求拯救的病人。据统计，前后在网上收到1000多封信，出院时，家人收到了50万元账单 十盒盒装的普鲁士蓝，总共四十余元，总共四十余元严重的后遗症却将和她相伴终生。结论结论：医生的职责为治病救命医生的职责为治病救命,结果却往结果却往往相反往相反;病人，医生，人类需要知识工程！病人，医生，人类需要知识工程！系统生物学家的梦想 “我们正站在一个令人振奋的新纪元的起点上。我们正站在一个令人振奋的新纪元的起点上。在这个新时代中，生物学和信息学的力量将结在这个新时代中，生物学和信息学的力量将结合起来，共同解

12、决在环境，能源产品和人类健合起来，共同解决在环境，能源产品和人类健康领域中的重大问题。康领域中的重大问题。”-Genomes to Life Workshop 2001“Visions for Computational and Systems Biology”系统生物学家的梦想“系统生物学不是系统的生物学。它是驾于界于系统生物学不是系统的生物学。它是驾于界于个体成分与系统之间的中间领域，所以它是新领个体成分与系统之间的中间领域，所以它是新领域。它研究从分子走向系统时出现的新特征。它域。它研究从分子走向系统时出现的新特征。它不同于生理学或整体论（不同于生理学或整体论（HolismHolism）

13、。它也不同于）。它也不同于还原学家的事业例如分子生物学，后者只研究各还原学家的事业例如分子生物学，后者只研究各种分子。系统生物学界于二者之间。种分子。系统生物学界于二者之间。”-Hans V.Westerhoff.Ph.D Department of Molecular Cell,Physioloy,BioCentrum AmsterdamW3的梦想本体本体Web或语义或语义Web:概念性本体的整合的可能性概念性本体的整合的可能性?然而很多深层次的问题没有解决然而很多深层次的问题没有解决!有关知识的理论问题尚待探索！有关知识的理论问题尚待探索！知识整合理论是一片广袤的荒芜之地！知识整合理论是一

14、片广袤的荒芜之地！生物学家年几十倍、几百倍地低估了问题的复杂性！生物学家年几十倍、几百倍地低估了问题的复杂性！知知 识识 论论 我们常说知识就是力量。人类我们常说知识就是力量。人类从生命起始到生命终极，几乎从生命起始到生命终极，几乎无时无刻不在追求知识。但即无时无刻不在追求知识。但即便如此，人类对于自身与自然便如此，人类对于自身与自然的求知的本质，其实所知不多。的求知的本质，其实所知不多。上帝与流浪汉的故事上帝与流浪汉的故事（涉及何种认知科学原理？）（涉及何种认知科学原理？）二个空间最简单的转换问题二个空间最简单的转换问题!(这一转换在意识空间中是合理的，在物理空间中这一转换在意识空间中是合理

15、的，在物理空间中是荒诞的）是荒诞的）教士和食人者故事教士和食人者故事 J.麦卡锡提出的一个人工智能难题麦卡锡提出的一个人工智能难题(涉及何种认知科学原理？)Fig.4 A solution of the story “Three priests and three human-eaters”.and are priest and human-eaters,respectively.上述问题之我见上述问题之我见 形式空间和物理空间的关系问形式空间和物理空间的关系问题题:智者的知识处理在形式空间而笨伯的知识处理智者的知识处理在形式空间而笨伯的知识处理在物理空间在物理空间 纯纯意识性系统的的排它性，

16、唯存性，意识性系统的的排它性，唯存性，系统以外不存在性：纯意识性系统系统以外不存在性：纯意识性系统的一个潜原则是：的一个潜原则是：“除了表述的内除了表述的内容和其普通逻辑所蕴涵的内容外，容和其普通逻辑所蕴涵的内容外，其余一切均不存在或不成立其余一切均不存在或不成立”。（1）不能把）不能把“纯纯意识系统意识系统”与与“物物理系统理系统”混为一谈混为一谈（2）何为何为“纯纯意识系统意识系统”(a)纯纯意识系统的元素和关系只是符号性意识系统的元素和关系只是符号性概念，不带有任何物质属性，不指定任概念，不带有任何物质属性，不指定任何物理性事物。何物理性事物。(b)“除了表述的内容和其普通逻辑所蕴除了表

17、述的内容和其普通逻辑所蕴涵的内容之外，其余一切均不存在或不涵的内容之外，其余一切均不存在或不成立成立”。(c)纯纯意识性系统的概念可以是明确的，意识性系统的概念可以是明确的，答案可以是唯一的，可以是收敛的。答案可以是唯一的，可以是收敛的。母亲打碎碗的故事母亲打碎碗的故事（涉及何种认知科学原理？）物理系统物理系统-知识背景知识背景-准形式化系准形式化系统的转换问题统的转换问题 准准物性知识与物性知识与纯纯意性知识意性知识 纯纯意性知识描述对象是独立于物理意性知识描述对象是独立于物理世界的抽象概念，如欧氏几何的点，世界的抽象概念，如欧氏几何的点，线，面，三角形，矩形，平行四边线，面，三角形，矩形，

18、平行四边形，正方形，正方体，体，圆，球形，正方形，正方体，体，圆，球体，整数系，实数系。体，整数系，实数系。准准物性知识描述具体的物理事物，物性知识描述具体的物理事物，如如“罪犯的脸呈长方形罪犯的脸呈长方形”，“病人病人皮肤呈桔黄色皮肤呈桔黄色”。知识的知识的纯纯意性活动一例：意性活动一例：概念抽象化与具体化概念抽象化与具体化 概念的概念的抽象化抽象化是获得原概念的元概念或是获得原概念的元概念或元类的过程，通过不断地元类的过程，通过不断地自由地自由地从原概从原概念的念的定义属性集合（定义属性集合（The Definitional The Definitional Attribute SetAt

19、tribute Set，DASDAS）中抽去某种或某中抽去某种或某些属性以实现此过程（见图些属性以实现此过程（见图3 3）。）。相反，概念的相反，概念的具体化具体化为指定原概念的子为指定原概念的子概念或实例的过程，通过不断地但概念或实例的过程，通过不断地但并非并非完全自由地完全自由地或或不不无约束地（无约束地（必须得到物必须得到物理世界的认可）理世界的认可）向向DASDAS中增加某种或某中增加某种或某些属性以实现此过程（见图些属性以实现此过程（见图4 4）。）。在抽象化和具体化过程或在抽象化和具体化过程或A-EA-E运动中，运动中，涉及二个重要概念：涉及二个重要概念：广义变量广义变量（Gene

20、ralized VariableGeneralized Variable，GVARGVAR），即对事物观测或描述的方面；即对事物观测或描述的方面；广义变量值广义变量值（Generalized ValueGeneralized Value，GVAL)GVAL)，即对即对GVARGVAR的指定。的指定。在在A-EA-E运动中，事物往往在运动中，事物往往在GVARGVAR和和GVALGVAL之间转之间转变角色。例如，变角色。例如，“问：什么类型（问：什么类型（GVARGVAR）的）的学生？答：医学学生？答：医学生（生（GVALGVAL）”“问：什问：什么类型的医学生（么类型的医学生（GVARGVAR

21、）？答：儿科学学生）？答：儿科学学生（GVALGVAL）”（见表（见表3 3）。）。把问题一般化，我们就得到：变量变量-变量值角色传递律变量值角色传递律.BMKIBMKI准物性知识研究准物性知识研究（举例）（举例）：病历的陈述性数据（病历的陈述性数据（declarative data）的）的认知方向认知方向：（：（1）是否存）是否存在异常现象？（在异常现象？（2）如果存在，异）如果存在，异常现象是怎样的？（常现象是怎样的？（3）这些异常）这些异常想象属于已知疾病集合中何种疾病？想象属于已知疾病集合中何种疾病？（4）如无法指定，则是否能发现）如无法指定，则是否能发现新的异常现象。新的异常现象。病

22、历数据认知属性：病历数据认知属性：数据的生成属性：数据的生成属性：,+型数据生型数据生成器成器.数据的表达属性：数据的表达属性：病历数据的表达属性：数据结构分析病历数据的表达属性：数据结构分析 （形态属性）（形态属性）基本信息体分析基本信息体分析 信息三联体信息三联体 :信息载体信息载体+特征变量特征变量+变量值变量值InfoCarrier infoVariable infoValue be-be-patient gender femalepatient gender femalepatient age 55 yrpatient age 55 yrpatient date of admissi

23、on Decpatient date of admission Dec 29,200029,2000lung crackles yes,bilateral lung crackles yes,bilateral patient whitepatient white cell count 15,500 cells/cell count 15,500 cells/L Lpatient shortness of breath yespatient shortness of breath yespatient cough yespatient cough yespatient place of bir

24、th rural Jiangsupatient place of birth rural Jiangsu province province patient history of travel deniedpatient history of travel deniedother semantic relother semantic relpatient symptom include feverpatient symptom include feverpatient symptom include abdominal painpatient symptom include abdominal

25、 painpatient symptom include abdominal distentionpatient symptom include abdominal distentionpatient therapy include sirolimuspatient therapy include sirolimus patient therapy include tacrolimuspatient therapy include tacrolimus patient therapy include prednisone(20 mg a day)patient therapy include

26、prednisone(20 mg a day)Table 1 The triple form of information(1)特性变量特性变量往往指一些相对固定不变的往往指一些相对固定不变的属性，又可称为属性，又可称为常量类型常量类型，其变量值往，其变量值往往可以用常数值或一个恒态描述表示，往可以用常数值或一个恒态描述表示，包括数值型。如病人的身高、体重。包括数值型。如病人的身高、体重。(2)(2)关系变量关系变量较多是二元关系，较多是二元关系，有时表示有时表示一种潜性，只有关系对偶存在时才能实一种潜性，只有关系对偶存在时才能实现。现。如左右眼瞳孔是否如左右眼瞳孔是否等大等大，上穹隆是，上穹

27、隆是否否存留存留异物，异物，巴宾斯基征阳性巴宾斯基征阳性 (3)(3)动态关系或过程动态关系或过程是一个关系链或序被是一个关系链或序被启动并得到实现的过程。启动并得到实现的过程。病历数据的认知属性病历数据的认知属性 1.指定性指定性或特异性或特异性：如：如“百日咳的典型的咳嗽百日咳的典型的咳嗽方式方式”2.确定性确定性(certainty)：如：如“血压血压160/90mmHg”160/90mmHg”,3.粒度（粒度（granularity）：如）：如“心肺无异常心肺无异常”4认知倾向性（方向性，正逆性）：顺向数认知倾向性（方向性，正逆性）：顺向数据支持据支持“有异常事物存在有异常事物存在”(

28、认知方向认知方向)，逆向，逆向数据则相反，不支持认知方向如数据则相反，不支持认知方向如“心肺无异心肺无异常常”。5认知倾向的隐显性：认知倾向的隐显性：6认知负荷认知负荷L：认知负荷：认知负荷L=1/I,与与所需所需信息量信息量成反比。成反比。数据认知倾向性举例数据认知倾向性举例 1.顺向性数据顺向性数据(cognitive forward data)为语义上为语义上“支持存在异常事物支持存在异常事物”（认知方向）（认知方向）的数据。的数据。（1）肯定性顺向数据：如）肯定性顺向数据：如“怕热，怕热，多汗，乏力，消瘦，心悸，多食，易多汗，乏力，消瘦，心悸，多食，易饥饥”；（2）否定性顺向数据：如）

29、否定性顺向数据：如“右半身右半身活动不灵，语言表达困难，握拳后松活动不灵，语言表达困难，握拳后松开困难开困难3-4年年”，“问之不答问之不答”。2.逆向性数据逆向性数据(cognitive backward data)为语义上为语义上“不支持存在异常不支持存在异常事物事物”（认知方向）（认知方向）的数据。的数据。（1）肯定性逆向数据：（）肯定性逆向数据：（a）知识判）知识判断型：断型：“眼球运动自如眼球运动自如”，“角膜透角膜透明明”，（，（b）如实描述型：）如实描述型：“（膝腱（膝腱反射，跟腱反射）存在反射，跟腱反射）存在”。（2）否定性逆向数据：）否定性逆向数据：(a)知识判断知识判断型：

30、型：“头颅无畸形头颅无畸形”，“无干湿罗音无干湿罗音和胸膜摩擦音和胸膜摩擦音”。（。（b）如实描述型：）如实描述型：“结膜无充血结膜无充血”，“巩膜无黄染巩膜无黄染”。数据认知倾向性举例数据认知倾向性举例 从图林试验看知识的背景空间从图林试验看知识的背景空间 第一种情况：第一种情况：第二种情况：第二种情况：(涉及何种认知原理？涉及何种认知原理？)知识背景空间理论知识背景空间理论 第一个答案是对问题本身进行判断第一个答案是对问题本身进行判断并做出回答，回答者的并做出回答，回答者的对象空间对象空间是是问题空间问题空间；第二个答案是对提问的；第二个答案是对提问的方法及过程进行判断并提出怀疑，方法及过

31、程进行判断并提出怀疑，对象空间对象空间已转化到已转化到问题的生成空间问题的生成空间；第三个答案是对提问的主体的个性第三个答案是对提问的主体的个性进行判别并提出疑问，进行判别并提出疑问，对象空间对象空间已已转化到转化到问题生成的背景空间问题生成的背景空间。“可爱的孩子可爱的孩子”与与“温暖的摇温暖的摇篮篮”人类的天性喜爱活泼可爱的孩子，人类的天性喜爱活泼可爱的孩子，但娇嫩的孩子离不开它温暖的摇篮。但娇嫩的孩子离不开它温暖的摇篮。“温暖的摇篮温暖的摇篮”是是“可爱的孩子可爱的孩子”的背景空间。的背景空间。所谓知识背景空间即为某条知识的所谓知识背景空间即为某条知识的准确意义成立所依赖的条件、环境准确意义成立所依赖的条件、环境或前提的集合或前提的集合 BMKIBMKI的知识背景空间理论间史：的知识背景空间理论间史：知识的三集合表示法：知识的三集合表示法：主体元素集合主体元素集合关关系系客体元素集合客体元素集合*条件元素集合条件元素集合知识背知识背景空间理论景空间理论（微理论微理论(Microtheories(Microtheories)理论理论）