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中医药生物信息学探索中医理论奥秘
清华大学生物信息学研究所的生物信息学教育部重点实验室李梢博士指出,中医药学这一复杂的大系统,需要放在一种全新的思维与方法中来研究。谈论中医药的复杂性不是目的,而是要建立起新的方法论和方法学。 生物信息学是以计算机为工具对生物信息进行储存、检索、分析、处理和综合利用的科学。李梢认为,将生物信息学的方法恰当地运用到中医药理论的研究当中,无异于换了一个更接近于本质的角度去透视中医药。 生物信息学更适合中医药复杂性的研究“序列→结构→功能”的生物学观点曾是疾病机制研究的基础,即认为基因组本身包含蛋白质结构的所有必须信息。李梢认为,这种观点现在看来过于简单而且有过多还原论的色彩。由于生理-化学原理和生物学机制都不可避免地要涉及分子相互作用和反应的时空依赖性,当前从“相互作用→网络→功能”的模式出发,在转录组和蛋白质组层次研究基因调控网络、蛋白质相互作用网络的丰富信息已成为后基因组学、生物信息学的前沿和热点。同时,功能基因组研究也开始朝复杂系统的方向发展,这为复杂性疾病在大量已有数据资料的分析处理基础上,由局部朝向整体,由孤立朝向系统提供了可能。 系统的观点适于阐发复杂疾病中遗传与环境的复杂关系,适于阐发复杂疾病中基因功能的特点,适于分析疾病基因型与表型之间的复杂关系。因此,以系统观为特点的生物信息学的研究策略与方法,有望突破单基因病分析方法在复杂疾病研究中的局限,并将在生物学和临床医学的诊断、治疗、药物开发等方面提供理论指导、设计与分析方法。 李梢指出,利用生物信息学,可以建立一种特定的、可以检验的机制和方法,从而在中医方剂、证候等特色内涵与规律的发掘,以及在中医药学走向微观层次中起到强大的作用。 目前单纯还原分析方法的研究,一方面致使以往复杂性疾病的研究难以迈进生命的“整体”与“系统”层次,另一方面也使这一思维下的中医药研究在证候整体内涵、方剂综合效应等特色内涵的研究上举足不前。 李梢认为,对中医药复杂性的研究应在动态中去把握。因为在生物体这样一个具有深度负反馈的、高度稳定的系统中,任何因素的作用也都不是孤立和静止的。与化学药物相比,中药的生物活性相对缓和(“微效”),成分较为复杂,且具有不同的组合形式(“多因”)。中药方剂可能是通过对复杂性疾病的功能基因网络的影响,在干预疾病有关生物分子及相关基因表达、基因组合上发挥“多因微效”的整体调节作用。方剂的疗效、复杂性疾病及其证候的形成,则可能是在微小变动的基础上,系统“涌现”的结果。因此有必要在计算与实验相结合的基础上,运用系统学方法以及计算机仿真、系统建模等有关技术,综合探讨系统“涌现”的机制及相应的整体特性。 复杂性疾病的特点往往是由多个中效、微效基因共同决定疾病的复杂性状,仅一个基因的改变对疾病的发生、发展以及对药物作用的影响不大,其中某一或某些基因位点仅对应于该疾病的某个亚型、某个症状或体征。中医药在治疗上注重功能调节,可以在调控疾病的相关(易感) 基因的表达及表达产物上发挥重要作用,如影响一些细胞因子、组织损 伤酶的比例、动态变化等。中药的这种作用具有多因微效基础上的突现特点,在一定意义上也符合复杂性疾病的形成特征及治疗趋势。因此,李梢认为,基于芯片技术和生物信息分析的中药有效分子组合筛选,以及中药化学信息学,中药基因组学等相关研究,对于复杂性疾病的药物设计及防治具有较大价值。同时,确有疗效、成分明确的中药,可望开启复杂疾病机理研究中“以药测病”的思路,成为研究疾病分子机制的探针,而分析用药后的生物分子变化,则可能从新的角度扩充疾病相关的分子调控网络。 从方、证相关的角度出发,李梢建立了寒、热方剂干预机体(胶原性关节炎大鼠)所引起的体内部分生物分子 (细胞因子、激素、酶等)的节律变化与寒、热证候的临床特征所具有的共同的节律模式,这一研究提示不同的药性配伍方剂及其综合效应具有与证候相关联的复杂性以及时间、空间特征。李梢认为,以可重复的受控实验实时动态地观察中药、 方剂对模型动物或患病机体某个因素和环节的影响,重视方剂所引起的机体多环节的改变与疾病过程内在联系的系统研究,即阐释以上因素和环节是怎样作为一个整体在运作的,逐步探索其中的规律成为研究方剂作用机理的一个重要切入点。 李梢的课题组还采用模式识别等方法,初步建立了一种适合于提炼数据整体结构,适用于方剂最优剂量配比分析的综合评价方法,并在中药有效组合、寒热药物等多组数据分析中得到了验证,取得了较好的效果。分析结果发现,中药适当的配比可以提高疗效,不同配比间存在着可能的非线性关系,这为中医方剂合理配伍的重要性提供了依据。与一般统计学以建立概率模型为前题并对固定资料的依赖有所不同,合理利用启发式的、直观的信息是信息学中人工智能和机器学习的一个特色,适于提取实验设计和数据本身的整体特性。李梢认为,将模式识别和统计学检验方法有机组合,能够较好地体现药理学实验设计的基本准则,将之引入药理学数据的分析评价与预测中,是交叉学科有意义的结合与发展。 李梢希望通过目前的研究方法,突破中药凭经验组方的局限,并为证候复杂内涵的阐释、饮片及化学组分等不同层次上的现代中药组方提出途径和依据。目前,李梢的的课题组已把目标锁定在以下几个方面的研究: 1)在中医整体观与机体稳态机制方面 依据中医学整体观模型,对生理状态下五脏系统的动态稳定性、外部随机扰动,以及环境中四时因素对五脏的影响进行了仿真。李梢认为,依据五脏促进、制约的相互作用,机体在生理状态的一定条件下能够形成较大幅度的稳态机制,并实现五脏功能随时间变化的性质,从而阐发中医整体观以及机体稳态的控制论机理。 以神经内分泌免疫网络三大系统信号分子的相互作用、分子基础、典型调控环节等为专题,构建了NEI的专题数据库---dbNEI;并对HPA 轴(下丘脑-垂体-肾上腺皮质轴)等调控环节及其相互作用开发自动绘制网络调控图系统,为促进生理病理系统的整合,探索疾病、证候的整体变化奠定了基石。 2)在中医证候生物信息分析方面 用维度与阶度探讨中医证候的特征,认为证候是由不同的要素(维),通过不同的关联(阶),达到的不同状态。证候因素具有高维性,证候的阶度则反映了各因素之间相互关系的复杂程度,证候阶度的处理主要取决于对应的干预状态。这种“降维升阶”、“降维降阶”的策略与方法,有望开辟证候标准化的新途径。 以类风湿性关节炎(RA)为范例,进行基于多种文献数据库的多层次信息采集与分析。发现中医学通过非特异性的、对患者状态的整体、动态观察,为疾病的诊疗提供了更为丰富的症状信息,从而有助于RA复杂临床症状的归类。同时以不同症状组合为基础的寒、热等证候,在NEI 等方面代表了患者两种典型的整体状态。以上研究也为寒热证候生物信息、寒热中药化学信息两大系统的融合,提供了切入点。 通过分析胃炎癌前病变不同阶段的幽门螺杆菌感染与血清抗体IgG、 IgA水平,发现不同临床症状组合对幽门螺杆菌感染具有不同的诊断价值,提取具有临床诊疗意义的有效症状组合,将有助于幽门螺杆菌相关胃炎等疾病的诊断与治疗,同时,通过机体内病理生理变化的外部表现特征分析,将为中医证候的机理研究提供途径。 通过中、西药物干预良性前列腺增生症(BPH)的RCT(随机对照实验)资料分析表明,中、西药物可影响BPH不同的临床症状组合,IPSS 等现代医学疗效评价指标体系则难以全面科学地衡量中药的治疗作用;中医学辨证观察可为把握BPH的临床变化提供进一步的理解,基于有效症状组合的提取、诊疗价值判别和系统分析,可为构建中医临床疗效评价方法,发展病证结合临床评价体系提供一定的渠道。 3)在中医药多层次信息的系统分析方面 建立了适于高维小样本、多层次生物信息系统分析的新算法--- PARM。PARM有机地组合了模式识别和统计学中的一些方法,同时考虑了药理学重复测量实验的设计思路和基本准则。这种模型适用于中药有效组合、寒热方剂多层次作用药理学数据分析,适合于中医药作用及其证候效应的特征提取与系统评价。 数据不等于信息和知识,但数据是信息和知识的源泉。问题的关键在于如何从数据的海洋中挖掘出真金。科学数据的大量积累最终将导致重大科学规律的发现是不争的事实。李梢看到,作为当今生命科学研究最重要的平台技术,生物信息学不仅能够分析复杂性疾病的多种生物分子数据,同时更适于综合多种生物分子及其相互作用的知识来了解生物系统的功能,由获取有关生物知识迈进到对生命基本规律的认识,并促进复杂性疾病的研究向功能、系统的方向发展。从这种意义上来说,中医药生物信息学不仅要解释中医理论中的复杂关系,更重要的是要通过揭示有关规律,对医学、生命科学有所启示和发展,这才是生物信息学与中医药现代化最终研究的重点。 摘自:生命经纬 > 交叉研究 > 生物与药学 > 中医药生物信息学探索中医理论奥秘 23:39, #, By xp 读书:他山之石 “教学案例”在校本研究中的应用 在秀丽BLOG上推荐了案例教学相关的几篇研究文章,“教学案例”在校本研究中的应用(作者:湖北省教育科学研究所叶平)是其中的一篇。
写作“教学案例”最一般的目的,就是用于组织案例教学。在世界范围内最具有影响的案例教学当推美国哈佛商学院。正是由于该学院对案例教学法的成功运用,培养出大批杰出的工商界成功人士,才使得案例教学成为一种风靡全球的、被认为是代表未来教育方向的成功教育模式。在我国,案例教学也已被越来越多的人所接受,在许多高校特别是法学、工商管理类的高校已经获得成功运用,以案例教学为核心的MBA课程也得到广泛的认同。 哈佛式的案例教学也称“案例分析”,其主要目的在于提高学生解决问题的能力和判断力,重点放在解决问题的过程上。参加者要把自己当作案例中的当事人,如总经理、制造部长或财务科长等,身临其境地进行分析和决策。所使用的案例多是现实发生的相当复杂的管理问题,所花的分析时间一般在4小时~8小时。从类型来看,哈佛的案例教学一般分为三类:一是问题评审型,即给出问题和解决问题的方案,让学生去评价;二是分析决策型,即不给出方案,要求学生通过讨论分析提出决策方案;三是发展理论型,即通过案例发现新的理论生长点,发展并不断完善理论体系。 案例教学通常要经历四个教学环节,其中,第B、C两个环节可视为哈佛案例教学法的核心,即合作进行“案例分析”的过程。 (A)阅读案例、个人分析。主要是审读案例文本,把握案例事实,识别案例情境中的关键(案例)问题,个人进行案例分析,初步拟定解决问题的方案; (B)小组讨论、形成共识。在小组或全班同学面前呈现个人对案例问题的分析,提出解决方案和依据;听取同伴意见,对案例问题和解决方案展开讨论,以求达成共识。 (C)课堂发言、全班交流。通过在班级中进行交流,相互检验和修正对案例问题的分析,进一步完善解决方案。 (D)总结归纳,消化提升。在个人总结的基础上,独立完成案例作业,撰写案例学习报告。 无论是哈佛的还是其他学校采用的案例教学法,都属于“教学”的范畴。它首先需要聘请授课教师,由教师来选择或编写案例,并以案例为线索,介绍背景,营造氛围,提出问题,引导讨论,组织课堂教学活动。这种方法,不仅要求教师具有很高的技能技巧,而且对学生的学习也有相当严格的要求。教师要为学员提供理论工具,引导讨论的方向;学员要把所学到的理论知识应用到案例的实践中去,判断案例中哪些是有关的内容,找出真正的案例问题,决定应该做什么,设计出解决方案或行动计划等等。 据有关资料介绍,在哈佛攻读公共政策硕士学位(MPP)和公共管理硕士学位(MPA),在为期两年的学习中,学员一般要分析200多个案例。如果攻读两年制工商硕士(MBA)至少要学完800个案例。通常一个学员准备一个案例需要3~4个小时,加上上课时间,每天大概要学习12~18个小时。经过对几百个案例分析训练之后,学员们必须掌握案例教学的要领,善于抓住案例的核心,分析案例中的关键因素。这种“集中轰炸式”培训方法,更适合于在职人员的短期培训。 20世纪70年代以后,在师范教育或教师培训领域,案例教学法已在国外得到广泛的运用。美国卡内基基金会甚至认为,教学应该像是医学临床专业,教育学院如果实行像医学院训练实习医师的方法,让教育学院学生接受实际训练及受到专业尊敬,将可以培育出表现更好的教师,学生也会因此受到更好的教育。该基金会因此建议,教育学院的毕业生可以在毕业后获得教师执照,不过仍然需要完成两年的在职指导训练,才能取得完整教学资格。 从我国目前情况看,中小学开展校本研究,特别是开展校本培训活动,虽然也可以聘请一些教育专业人员为教师进行案例教学,也可以让本校的骨干教师以案例教学的方式,对其他教师进行培训,但它毕竟不太可能成为校本培训的主要形式,只能作为校本研修的一种补充方式。这是因为,一方面中小学教育界缺乏这种从事案例教学的专业人士,另一方面,中小学教师除了可以轮流参加短期培训外,在日常教学工作中也不太可能有集中培训的时间。然而,“案例教学”的理论和方法,特别是以案例为载体,组织参与式、角色扮演式的讨论,对教育教学问题共同求解和决策,对案例进行开放而无终结的分析等等,却应该在“校本研究”特别是“校本培训”里得到特别的重视和借鉴。 2、案例教学——案例研究法 在国外案例教学法中,有一种被人们称之为“芝加哥式”的方法,即“案例研究”。因为这种方法是芝加哥大学首先开发使用的,所以叫芝加哥式。实施“案例研究”的过程是:首先给学生分发案例,让他们进行审读,然后学生和教师一起站在客观的、局外人的角度,来讨论为什么会发生这样的事,应该怎样分析,从中找出管理的一般原则和原理。案例研究一般是比较简单,所花时间比较少。 对案例进行独立研究,实际是“案例教学”里学习者必须完成的最重要的步骤。案例分析不是去证实某种观点,而重要的是提高分析与决策水平。由于案例本身是一个真实的故事,案例作者不一定表达了他个人的意见、分析、评价或答案。即使在案例中包含着作者的分析和反思,也只能作为一种“备择”的答案,供其他人参考、学习、借鉴或批判。因此,对案例提出的问题、展现的矛盾或冲突、解决问题的方法和策略等等,都应该由学习者独立思考,把实际情况与有关理论模式和知识联系起来,做出自己的分析和判断。 教学案例的应用也可以借鉴这种“案例研究”的思路,鼓励和要求教师在阅读和研究案例的基础上,撰写“案例研究报告” 其一,可以作为独立的教研活动,即根据教学的需要,直接选择一些适当的案例(现有的或组织本校教师撰写的),分发给全体教师阅读和研究,然后要求他们独立完成分析的过程,撰写案例分析报告。 其二,也可以把它作为“案例分析教研活动”的一个步骤,即在进行了小组讨论、全班交流的基础上,要求每位教师独立撰写出案例研究报告,进一步消化和提升。 无论是合作研究还是个人学习,“案例研究报告”都应该在“案例研究”的基础上,由教师个人独立完成。这种方式,类似于“案例教学”的最后一个步骤,即完成“案例分析作业”。对于教学案例中提供的情境、疑难问题和解决的办法,都需要结合有关教育教学理论进行分析,做出自己的判断和评价。教师也可以给自己提出若干问题,例如。“这个案例对我有那些启迪和帮助?”“假如我上这节课,我会如何设计教学方案?”“假如我遇到这种情况,我将如何处理?”把别人的经验与自己的实践联系起来思考,辨识模式,发现规律,使得案例研究报告的撰写过程,成为个人的缄默知识“外显”的过程,以进一步提高教学案例的应用效果。 3、案例分析教研活动 为了适应我国中小学“校本研究”的实际,将“案例教学”的方式进行转换,组织教师开展以案例分析为主要内容的教学研究活动。即:以精心选择的、适当的教学案例,特别是以本校教师撰写的教学案例为载体,组织教师开展参与式、讨论式的案例分析教研活动。 威廉斯(1969年)认为,“案例分析”的内容应该包括以下几个方面:一个规定的主题和现有的信息(即选择的或撰写的书面案例),所需的其他信息,实际的(案例)问题,解决问题的目的,可能的解决方案及效果,最好的措施,处理的结果和防止未来出现类似问题的方法。事实上,“案例分析”教研活动,主要是借鉴了哈佛MBA教学的核心环节,即:在教师个人“自我反思”的基础上(个人撰写案例),为“同伴互助”和“专业引领”搭建一个有效的活动平台,把“案例教学”转化为教师共同参与的“案例分析”教研活动。 “案例分析教研活动”首先强调教师的主动性和全员参与性。由于案例分析的主体是全体教师(或相关年级、相关学科教师),要求教师在案例所描述的特定环境中,共同参与,主动学习,积极思维,对提出的案例问题进行讨论、争辩或协商,促使他们对教学疑难问题刨根问底地寻求最佳解决方案,并在讨论中逐步形成共识,共同制定解决问题或改进教学的行动计划。由于案例为大家提供了同样的情景和信息,从同一起点出发,人们会提出不同见解,它不存在什么标准答案。为了解决问题,有时会有多种解决的方案,有时也可以从多种方案的比较鉴别中寻找出最为合适的答案(即最佳化)。全员参与的讨论,必将有效地提升全体教师的教学水平。 “案例分析教研活动”也十分强调活动过程中教师的相互学习,即“同伴互助”。乔依斯与许瓦斯(Joyce & Showers,1982)等组实验发现,教师在课程培训的同时,如参与校内同事间的互助指导,可有75%的人能在课堂上有效应用所学的内容;否则只有15%能有同样的表现。其它研究(Sparks,1986;Singh & Shiffette ,1996)也发现同事间互助指导远胜于单元式的工作坊。在教研活动中针对自己熟悉领域的教学案例进行研讨时,教师之间的互助指导将会起到更显著的作用。教师不仅能从互助和讨论中获得知识、经验和思维方式上的益处,而且能从互助讨论中学会与人沟通的能力。 “案例分析教研活动”更强调“专业引领”。正如顾泠沅先生所说:“同层级的横向支援,明显缺少了纵向的引领,尤其是在当今课程发展正处于大变动的时期,先进的理念如没有以课程内容为载体的具体指引与对话,没有专家与骨干教师等高一层次人员的协助与带领,同事互助常常会自囿于同水平反复。”学校在组织“案例分析”教研活动时,可聘请有关专家,更可行的是组织本校优秀骨干教师等高层次人员进行“专业引领”。这种“引领”将表现在选择组织好案例,组织和指导好课堂讨论,组织教师就如何解决案例问题,学习相关教育教学理论和新课程的理念。当案例问题较为复杂,很难找到解决问题的方法时,高层人员还必须引导大家一步步思考、探索和学习,直到发现可行的解决办法。专业引领的作用,即帮助教师完成“理论与实践的对话”。 “案例分析教研活动”,把对教学案例的分析和研究,有机融入了教师日常的教学之中,它可以是教师集体备课的一种形式,也可以是教研组、学科组或全校组织的教学研究活动。这种方式,有效地引导教师把新课程理念转化为课堂教学的实际行为,促进教师专业化发展,它应该是“教学案例”在中小学“校本研究”中的主要应用方式。 19:24, #, By xp 读书:他山之石 |

