大數(shù)據(jù)及人工智能時代的醫(yī)學(xué)

郎景和 院士

《中國婦幼健康研究》雜志名譽主編

數(shù)字醫(yī)學(xué)、大數(shù)據(jù)和人工智能已經(jīng)越來越多地進入了我們的視野之中。科學(xué)家們和哲學(xué)家們都在思考，大數(shù)據(jù)和人工智能會將人類社會引向何方。具體到醫(yī)學(xué)領(lǐng)域或者婦產(chǎn)科領(lǐng)域，我們該如何看待或應(yīng)對大數(shù)據(jù)呢？

1 關(guān)于數(shù)字、醫(yī)學(xué)及數(shù)字醫(yī)學(xué)

首先我們談一談數(shù)字與醫(yī)學(xué)，談?wù)勚袊糯摹兑捉?jīng)》?！兑捉?jīng)》被梁漱溟先生稱為六經(jīng)之首、大道之源?！兑捉?jīng)》雖然始于卜筮，但逐漸豐富、深刻，表達了東方文化對宇宙變化的認識論及方法論，可以說是中華民族傳統(tǒng)文化的最高典范?！兑捉?jīng)》的基本觀點就是世事皆數(shù)。易者，數(shù)也。數(shù)學(xué)使哲學(xué)擺脫了原始宗教的束縛，把對自然作用力的神秘、玄想和隨意性去掉，并把似屬混亂的現(xiàn)象歸結(jié)為一種井然有序的、可以理解的格局?！豆沤駭?shù)學(xué)思想》也說：“數(shù)是事物的本源，世界上一切事物都是由數(shù)構(gòu)成的。一切事物都具有數(shù)的屬性，只有將自然界的一切屬性歸結(jié)于數(shù)， 才能理解事物本身及它與其他事物的相互關(guān)系?！焙芏噌t(yī)學(xué)數(shù)據(jù)，如：發(fā)病率、治愈率、復(fù)發(fā)率、死亡率；末次月經(jīng)、身體質(zhì)量指數(shù)(BMI)、生育指數(shù)、疼痛評分；疾病的分類 、分期、分級、分度；流調(diào)、統(tǒng)計、報告等，都是數(shù)。數(shù)的概念，就是事物的概念，數(shù)字蘊含了事物的吉兇禍福，生機危機。世事皆數(shù)，萬物皆數(shù)。計算機語言的核心是0和1，《周易》的核心是陰和陽。

所謂數(shù)字醫(yī)學(xué)，就是應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)，解釋醫(yī)學(xué)現(xiàn)象，解決醫(yī)學(xué)問題，探討醫(yī)學(xué)機制，提供醫(yī)療診治水平，它是信息科學(xué)、計算技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的綜合，目的是使臨床工作更加個體化、精準化、微創(chuàng)化、遠程化。數(shù)字醫(yī)學(xué)可以把人體的某些器官、甚至整個人虛擬出來，可以是三維的，甚至四維的，還可以是運動的。比如腫瘤周圍的血管情況，通過數(shù)字技術(shù)可以把它們之間的關(guān)系弄得非常清楚。實際上，數(shù)字醫(yī)學(xué)已經(jīng)應(yīng)用于現(xiàn)代醫(yī)學(xué)各學(xué)科，包括生理解剖、血管重建、骨盆測量、盆底損傷、腫瘤診治、手術(shù)設(shè)計、技術(shù)培訓(xùn)、損傷風(fēng)險及預(yù)防等等。鐘世鎮(zhèn)院士率先在我國推動數(shù)字醫(yī)學(xué)，并組建了中華醫(yī)學(xué)會數(shù)字醫(yī)學(xué)分會。

婦產(chǎn)科從古代就接觸數(shù)字、接觸大數(shù)據(jù)了！《黃帝內(nèi)經(jīng)》說，女子“二七，而天癸至，任脈通，太沖脈盛，月事以時...... 七七 任脈虛，太沖脈衰少，天癸竭，地道不通，故形壞而無侄子也?！惫湃苏f，女性14歲該來月經(jīng)了，49歲會絕經(jīng)了，一定不是幾個人，一定是從一大群人中來的大數(shù)據(jù)。幾千年以后，我們進入了現(xiàn)代，進入了2000年，這些規(guī)律基本沒有改變，初潮和絕經(jīng)不過是提前或者延后了一兩年而已！這個規(guī)律，不是黃帝或者古代某個人說的，一定是一個時代的大數(shù)據(jù)的結(jié)晶。

2 關(guān)于大數(shù)據(jù)及醫(yī)學(xué)大數(shù)據(jù)

大數(shù)據(jù)又稱巨量資料，它的原始含義是指所涉及的數(shù)據(jù)資料量規(guī)模巨大到無法通過人腦甚至主流軟件工具，在合理時間內(nèi)達到擷取、管理、處理，并整理成為幫助企業(yè)經(jīng)營決策更積極目的的資訊。大數(shù)據(jù)概念的原始含義不斷拓展，現(xiàn)在已經(jīng)幾乎涵蓋了所有領(lǐng)域，而不僅限于企業(yè)。 簡單地講，大數(shù)據(jù)具有這樣幾個特點，可以概括為“4V”：第一是數(shù)據(jù)量大(volume)。大數(shù)據(jù)的起始計量單位至少是P(1 000個T，一個T是1 000個G)、E(100萬個T)或Z(10億個T)；第二是類型繁多(variety),包括音頻、視頻、圖片、地理位置信息等等，多類型的數(shù)據(jù)對數(shù)據(jù)的處理能力提出了更高的要求；第三是價值密度低(value)，海量信息涌現(xiàn)的同時，其價值密度相對較低，如何迅速完成數(shù)據(jù)的價值“提純”，是大數(shù)據(jù)時代亟待解決的難題。第四是速度快、時效高(velocity)。這是大數(shù)據(jù)區(qū)分于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)挖掘最顯著的特征。

生命科學(xué)領(lǐng)域和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域是大數(shù)據(jù)最多的區(qū)域。但是，眾多的信息是紛繁復(fù)雜的，我們需要搜索、處理、分析、歸納、總結(jié)其深層次的規(guī)律。但這些浩瀚的信息通常無法用人腦來推算、估測，必須依托云計算、云存儲和虛擬化技術(shù)等，才能對大量、動態(tài)、可持續(xù)的數(shù)據(jù)進行挖掘，從而獲得具有新價值和洞察力的發(fā)現(xiàn)。

有人這樣形容過，地球上圖書館書籍的信息量和大數(shù)據(jù)相比，差不多是芝麻和西瓜的關(guān)系。有資料顯示，2011年，全球數(shù)據(jù)規(guī)模為1.8ZB，可以填滿575億個32GB的iPad，這些iPad可以在中國修建兩座長城。到2020年，全球數(shù)據(jù)將達到40ZB。一個ZB相當于10萬億億字節(jié)，也就是1的后面有21個0。數(shù)據(jù)和知識進行轉(zhuǎn)化與重組，就形成了巨大的知識、巨大的資源、巨大的財富。數(shù)字的醫(yī)學(xué)化，催生了數(shù)字醫(yī)學(xué)，或者稱為智慧醫(yī)學(xué)，包括人工智能。

3 關(guān)于人工智能及醫(yī)學(xué)人工智能

人工智能(artificial intelligence，AI)是研究、開發(fā)用于模擬、延伸和擴展人的智能的理論、方法、技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)的一門新的技術(shù)科學(xué)。它是計算機科學(xué)的一個分支，企圖了解智能的實質(zhì)，并生產(chǎn)出一種新的能以人類智能相似的方式做出反應(yīng)的智能機器，包括機器人、語言識別、圖像識別、自然語言處理和專家系統(tǒng)等?？偟恼f來，人工智能研究的主要目標之一是使機器能夠勝任一些通常需要人類智能才能完成的復(fù)雜工作。人工智能從誕生以來，理論和技術(shù)日益成熟，應(yīng)用領(lǐng)域也不斷擴大，可以設(shè)想，未來人工智能帶來的科技產(chǎn)品，將會是人類智慧的“容器”，甚至可以對人的意識、思維的信息過程進行模擬。

或者可以這樣說，當知識可以按片段的集成而創(chuàng)新使用，當數(shù)據(jù)與腦(生)相聯(lián)，當數(shù)據(jù)、知識與生物直接聯(lián)通，將導(dǎo)致新的、強大的智能系統(tǒng)的出現(xiàn)。比如為殘疾人提供的腿的智能技術(shù)(被稱為“刀鋒戰(zhàn)士”的南非運動員皮斯托瑞斯，2012年倫敦奧運會男子400米銀牌得主，可惜他后來犯了罪)，比如支撐霍金生存的高科技系統(tǒng)等。

阿爾法狗可以贏人類的棋手，因為它不但集合了很多優(yōu)秀棋手的智慧，而且它在不斷地學(xué)習(xí)，不停地運算。人類棋手和他下棋，則需要休息，還會疲勞。而阿爾法狗可以不休息，除非斷電！但是請注意，包括阿爾法狗之類的人工智能，一定是人腦的集合，最終還是由人腦掌控的。它是人類智慧的整合。

4 大數(shù)據(jù)和人工智能對未來醫(yī)學(xué)的影響

大數(shù)據(jù)和人工智能可以讓我們能更好地認識事物的本質(zhì)，認識事物發(fā)展的進程，認識生命的現(xiàn)象，認識疾病發(fā)生發(fā)展的規(guī)律。大數(shù)據(jù)和人工智能在婦產(chǎn)科的應(yīng)用前景也會很大。以產(chǎn)科為例，十月懷胎，母親有變化，胎兒在生長。從一個小小的受精卵變成一個3 000kg左右的孩子，這個過程是兩個生命在發(fā)生變化，其中蘊藏的數(shù)字是非常奧妙的。我們說過什么最奧妙？生命最奧妙！這里面自然蘊含很多數(shù)據(jù)和規(guī)律。

婦科內(nèi)分泌也一樣。從下丘腦、垂體到卵巢這樣一個生理調(diào)控軸里面，有多少數(shù)據(jù)？腫瘤發(fā)生、發(fā)展到結(jié)局，也是一個包含巨大數(shù)據(jù)的過程。我們現(xiàn)在強調(diào)遺傳學(xué)，很多癌癥都和遺傳掛上了鉤。遺傳的本質(zhì)是什么？遺傳的本質(zhì)是脫氧核糖核酸DNA，是DNA雙螺旋上的4個堿基對，通過堿基鍵聯(lián)接，按三聯(lián)體密碼規(guī)則組合形成64個密碼子。這些都是數(shù)據(jù)！而且，這些數(shù)據(jù)不僅是病人一個人的，還包括他的父系和母系。這些數(shù)據(jù)甚至不是一個人兩個人，而是一個種群，一個種族的數(shù)據(jù)。

然而，數(shù)字應(yīng)該是有靈性的、變化的、不是死板的。如果我們把數(shù)字或者數(shù)據(jù)變成一個死的，就不對了，就違背了數(shù)字化的基本思想。數(shù)字是事物變化之所得，它本身也是變化的。因此，當我們利用這些數(shù)字的時候，我們一定要從變化的、發(fā)展的、靈動的角度去認識。具體來講，也就是診斷和治療的個體化。數(shù)據(jù)告訴我們應(yīng)該如何處理，但是具體到個人，還要結(jié)合他個人的情況。我認為這是目前合理利用大數(shù)據(jù)和人工智能的關(guān)鍵點之一。

關(guān)于大數(shù)據(jù)和人工智能對未來婦產(chǎn)科領(lǐng)域的影響，主要有兩方面。一方面，無論是產(chǎn)科、婦科腫瘤、婦科內(nèi)分泌，都需要通過大數(shù)據(jù)來積累材料。積累材料的過程，就是我們認識事物的過程。腫瘤的發(fā)生也好、產(chǎn)科的變化也好，內(nèi)分泌的改變也好，這些數(shù)字對于我們認識事物的本質(zhì)非常重要。另一方面，我們要正確利用大數(shù)據(jù)和人工智能?，F(xiàn)在我們有機器人輔助的腹腔鏡手術(shù)——達芬奇系統(tǒng)，但它實際上還只是一種機械手，而將來完全可以用機器人來做手術(shù)。這當然很好，但是人工智能應(yīng)該是在人的掌控下，通過一個人，通過一個醫(yī)生來控制它，而不能完全靠機器來完成。我們可以讓機器人去修了一個機器，可以讓機器人去滅火，可以讓機器人去干一些危險的工作。但醫(yī)學(xué)的對象是人，盡管我們可以掌握機械，但我們不能完全把自己變成一個工程師。醫(yī)生面對的是一個活生生的人，醫(yī)患之間應(yīng)該有感情交流，醫(yī)生應(yīng)該有關(guān)愛之心，不能完全用人工智能來替代。

總之，面對大數(shù)據(jù)和人工智能的技術(shù)進步，第一，我們要清楚，大數(shù)據(jù)一定是人的智慧、人的工作的整合和集合。如果我們給它提供的基本數(shù)據(jù)(Data)，基本數(shù)字若是錯誤的，它一定不會算正確，一定會算到邪路上去。就像我們做醫(yī)療統(tǒng)計和科學(xué)研究，如果基本素材和基本數(shù)據(jù)都不準確，算得再快，算得再好，也只是在錯誤的道路上跑得更遠，發(fā)生系統(tǒng)性偏異，背離真實和真理更遠而已。第二，我們要明白，大數(shù)據(jù)就是一個認識論和方法論而已，并不像人們所想象的那么深奧，那么強大，那么無處不在。世界上的很多事物的確可以通過數(shù)字來描述：三維、四維、五維，甚至六維。生命的很多內(nèi)容也可以用數(shù)字來表達和詮釋，但是，生命的本質(zhì)不是都可以用數(shù)字來表達的。大數(shù)據(jù)淹沒“一切”。但是總有“數(shù)據(jù)”以外的“什么”在吶喊。人、生命、思想，不是都能通過數(shù)字表達的。有的地方是數(shù)字所覆蓋不了的，夠不著的，那才是生命，那才是醫(yī)學(xué)！

最后，我們要記住，無論是數(shù)字醫(yī)學(xué)、大數(shù)據(jù)，或者人工智能，依然是相對的，不是絕對的，更不是萬能的！我認為這應(yīng)該是我們需要表達的基本思想。