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复杂网络分析技术在针灸领域的应用现状及思考

2023-11-03 296 上传者：管理员

摘要：复杂网络分析技术是现代复杂科学的一个重要分支，其研究应用已经延伸到社会学、生物、医药、教育等各个领域，针灸作为一种非特异性物理刺激作用在人体的穴位和经络上，其效应是一个多因素、多水平、多系统、多靶点共同作用的复杂过程，故针灸对人体的调节也是一个复杂网络系统，因此复杂网络分析技术也广泛应用于针灸领域的研究中，文章对复杂网络分析技术在针刺研究中的应用现状进行总结分析，为针灸的研究提供思路。

关键词：
人工智能
复杂网络分析技术
大数据库
穴位配伍规律
针刺手法
针灸
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“网络”是由无结构性质的节点与相互作用关系构成的体系[1]，复杂网络是构成复杂网络体系的基本框架，是可以用来描述现实世界中大量的复杂系统的性质和功能的基础[2]。人体本身是一个复杂的网络系统，针灸作为一种非特异性物理刺激作用在人体的穴位和经络上，其效应也是一个多因素、多水平、多系统、多靶点共同作用的复杂过程[3]。近年来，网络生物学、网络药理学概念被相继提出，加之针灸研究领域各种高通量组学数据的不断积累和大数据分析方法迅速发展[4]，促进了复杂网络分析技术理论与针灸学理论融合。文章总结了近年来复杂网络分析技术在针灸领域中的应用概况，以期为针灸的网络化研究提供思路。

1、复杂网络分析技术在针灸领域的应用概况

1.1穴位配伍规律研究

经络和穴位是针刺网络调节的理论基础。针灸疗法主要利用经络网络的激发来调节其穴位网络，由此对各类疾病进行有效的治疗和预防，而穴位的结构是立体且十分复杂的，它显著地影响着放大和传输针刺网络的相关信号[5]。针灸不同的穴位组合所产生整体增效的生物学功能与复杂网络所具有的“整体性”特征不谋而合[4],Wang Q[6]等运用复杂网络分析技术发现腧穴的配证关系具有幂律分布特征，即通过少量配穴可治疗大多数证候，表明针灸处方的辨证取穴具有复杂网络的特性。Xu T C[7]等对人体的腧穴-症状-网络系统的拓扑性质展开了定量研究，完成了对应各时刻的信息传输高效性方面的拓扑学问题证明。于臻等[8]运用复杂网络分析技术挖掘国内近40年现代临床文献中有关针刺治疗老年性痴呆（AD）的腧穴处方规律，优化针刺治疗AD的腧穴，为临床应用提供依据。

1.2针刺手法及效应的研究

长期以来，客观量化始终被认为是针刺领域亟待解决的难点和热点，目前神经网络分析等数据挖掘技术常用于研究针刺手法参数，如杨华元教授团队通过自组织特征映射神经网络分析技术，分析针灸教师提插手法参数，获取手法分类及特征，得出针刺手法参数总体上表现为非正态分布的多样性特征，且表现出神经网络分类集中度较低的特点[9]。该技术可应用于各类手法的量化分析与技术传承研究，并能为针灸规范化与标准化提供参考。郭义教授团队与天津大学合作对针刺手法的作用规律进行了大量研究[10]，建立针刺神经集群以及相关神经元的响应网络基础科学模型，对其时空响应规律进行深入分析，阐明各类针刺手法的作用机制。

针刺效应是针灸的核心，Men C等[11]主要通过复杂网络的相关映射刻画针刺方法来获得得气后诱发对应的具体神经电信号，其结果对于针刺得气的基本理论探索具有重要的意义；Qin W等[12]对针刺起效过程中的脑内时空编码进行深入系统的分析，结果表明，利用动态重构相关的复合神经网络，神经级联和针感可对针灸效应起到调节的作用。张毅[13]探讨了在静息状态时人体大脑中的相关功能网络受到针刺的调节行为，结果证实不同的穴位可刺激大脑的不同区域且可产生不同的网络调节模式，并发现“缺省模式”相关网络及前扣带回之间的功能性连接作用。

1.3针灸作用机制的研究

随着科学技术的发展，针刺相关的脑网络分析方法具有的优点逐步受到重视[14]。Chen X Y等[15]开展了通过针刺来治疗患者的膝关节炎的工作，结果表明该疗法能使人体的静息态网络和扣带前回间具有更强的功能连接，对患者的下行痛觉调制通路起到了一定程度的刺激作用，所以有较好的镇痛效果。刘振宇等[16]则从时空编码基础医学理论在时空网络的角度应用了针刺影像的基本分析方法，结果表明，人脑对于针刺响应所具有的相关时空特性有着非常高的重要性。另外，该研究团队[17,18,19]还在一些典型性很高的适应证包括偏头痛、未成年人网瘾以及海洛因成瘾等疾病的问题上展开工作。他们基于功能磁共振成像，采用多模态数据融合多尺度分析方法，从人体大脑的灰白质结构形式以及脑网络（静息态）连接等来看，均存在着不正常的信息。

郭义教授团队的相关研究[20,21]证实，神经-内分泌-免疫（NEI）网络是针刺网络调节的基础。丁沙沙等[22]通过研究手针针刺对佐剂性关节炎（AA）大鼠“神经-内分泌-免疫”细胞间通讯网络的调节作用，发现针刺对AA大鼠具有镇痛、抗炎作用，且是通过调节NEI网络细胞间通讯作用实现的。Li N C等[23]提出“穴位网络”“经络网络”和“疾病网络”，“穴位网络”是针刺效应的始动环节，“经络网络”维持着机体内稳态，是针刺发挥效应的核心环节，“疾病网络”能够反映在“穴位网络”和“经络网络”上。此三网联动，相互作用，探索新的针刺调控模式，促进基础研究向临床应用的转变、提高临床应用水平。此外郭义教授团队提出“针刺网络药”的概念[24]，外泌体作为细胞间通讯的一种新方式，可能是针刺信息传递的重要载体，通过人工干预回输外泌体可能产生“类针刺样”作用，由此提出可能从“针刺后血清外泌体”的过程中开发“针刺网络药”。

2、关于复杂网络分析技术在针灸领域应用的思考

2.1全面构建针灸大数据库是研究的基础

针灸是中医学的重要组成部分，数千年来积累了大量的不同时代的重要文献资料以及医学名家的治疗经验，但是，目前限制该领域继续发展完善的也是相关“数据”的缺乏[25]。在大数据时代的背景下，人工智能云计算、物联网等新兴技术不断兴起，现阶段亟待解决的问题就是怎样合理地利用及管理好该领域的大数据[26]。目前中国中医科学院中医药数据中心已经承担了部分中医数据库的构建工作。未来应利用人工智能技术和方法全面构建针灸大数据共享平台，为针灸现代化发展奠定坚实的基础。

2.2构建合理的网络分析模式能促进针刺研究结果向临床转化

基于针灸海量的研究数据，采用人工智能云计算、复杂网络等数据挖掘技术，结合针刺NEI网络调节的作用特点，从“关系+网络+功能”的角度，系统构建“穴位-疾病-基因-靶点”多维针灸网络模型[27]。具体来说，首先是数据库的建立，然后利用网络可视化的相关数据挖掘方法与工具[28]进行多维针灸网络模型的有效构建，使关键节点被发现[29]，客观地预测评估在疾病的防治方面采用针灸疗法所起到的具体作用，探讨各类信号通路以及靶点的科学问题，预测针灸适宜治疗的病种，优化穴位配伍和针刺参数[30,31]；最后再进行实验的验证，全面揭示针灸防治疾病的现代科学机制，并探索针灸疗法潜在的适应证。见图1。

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2.3与人工智能有机结合是未来针灸学科发展趋势

人工智能是研究和开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法和技术及应用系统的一门新的技术科学[32]。人工智能历经计算机、系统、逻辑、计算等若干个发展阶段，逐步来到了多技术融合的阶段[33]，将针灸与人工智能跨界融合，将是未来网络针灸学发展的必然趋势。如今人工智能算法已经初步用于穴位配伍规律和针刺效应的研究以及专家知识数据库的构建当中，但在针灸领域的应用还处于不断探索阶段。近年来，随着蛋白质组学、转录组学和代谢组学等高通量研究技术在针灸领域的应用，所产生的冗杂的数据亟需利用人工智能技术进行筛选和计算。因此，基于针灸大数据，利用人工智能技术，构建智能化的针灸网络调节的研究模式，对该疗法的优化方案进行合理的预测，使现代临床医学得到精准的针灸治疗技术的辅助，也许是未来针灸学的研究方向和趋势。

3、结语

针灸疗法作为中医学的重要组成部分，在全球范围内广泛使用[34]，针灸的优势在于整体调节，具有多因素、多系统、多环节、多靶点的特点，利用复杂网络分析技术的理念和研究模式，全面构建针灸相关网络模型，系统的、多维度的计算网络分析模型，筛选关键的网络节点，对提高针灸疗效、扩大针灸应用范围具有重要的作用。

参考文献:

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[4]樊晓靖,郭威,张玉莲,等.网络针灸学: -种挖掘穴位配伍规律及生物学机制的新策略[J]天津中医药,2015,32(2):80-83.

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[8]于臻,徐家淳,覃启京,等甚于复杂网络的针剌治疗老年性痴呆选穴规律分析[J]中国针灸,2019,39(5):551-555.

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[13]张毅基于ICA方法的针刺效应网络研究[D].西安:西安电子科技大学,2009.