基于小世界網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)穴相關(guān)性涌現(xiàn)計(jì)算?

徐天成，李詩(shī)園，徐先紅，盧夢(mèng)葉，林 祺，孫建華△

(1. 南京中醫(yī)藥大學(xué)附屬醫(yī)院，南京 210029； 2. 南京中醫(yī)藥大學(xué),南京 210023)

【針灸研究】

基于小世界網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)穴相關(guān)性涌現(xiàn)計(jì)算?

徐天成1，李詩(shī)園2，徐先紅2，盧夢(mèng)葉2，林 祺2，孫建華1△

(1. 南京中醫(yī)藥大學(xué)附屬醫(yī)院，南京 210029； 2. 南京中醫(yī)藥大學(xué),南京 210023)

形似“六度分離”的小世界網(wǎng)絡(luò)廣泛存在于真實(shí)世界。故基于該理論的基本內(nèi)容，即以經(jīng)穴為節(jié)點(diǎn)，將經(jīng)穴間因主治相同產(chǎn)生的聯(lián)系抽象為連邊。使用現(xiàn)行教材中的經(jīng)穴與主治數(shù)據(jù)，對(duì)經(jīng)穴主治表述進(jìn)行規(guī)范化預(yù)處理，按經(jīng)穴間有相同主治則形成連邊的構(gòu)建原理形成經(jīng)穴-主治的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)。計(jì)算出該網(wǎng)絡(luò)具備高聚類(lèi)系數(shù)和低平均路徑長(zhǎng)度等特征，定量證明以經(jīng)穴為節(jié)點(diǎn)、主治作為連邊的網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)小世界效應(yīng)，并首次提出“十四經(jīng)特異性”的概念且給出定量分析數(shù)據(jù)。為定量研究經(jīng)脈及經(jīng)穴間聯(lián)系提供新的手段，促進(jìn)經(jīng)穴相關(guān)性研究進(jìn)入統(tǒng)計(jì)學(xué)層次，并為數(shù)字經(jīng)絡(luò)智能針灸機(jī)器人研發(fā)提供理論基礎(chǔ)。

小世界效應(yīng)；復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)；穴位；針灸治療；經(jīng)脈理論

復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)廣泛存在于真實(shí)世界，而在中醫(yī)領(lǐng)域存在一項(xiàng)難題，即經(jīng)穴通過(guò)怎樣的方式形成聯(lián)系？經(jīng)脈物質(zhì)實(shí)體研究尚無(wú)公認(rèn)性結(jié)論，更為解決穴位間聯(lián)系的問(wèn)題增加了難度。本文引入新方法，從經(jīng)穴主治入手建立經(jīng)穴間的聯(lián)系并定量分析。

1 方法引入：小世界效應(yīng)與涌現(xiàn)計(jì)算

1.1 小世界效應(yīng)

小世界效應(yīng)較公認(rèn)的表述是若網(wǎng)絡(luò)中兩點(diǎn)間的平均距離L隨網(wǎng)絡(luò)大小(網(wǎng)絡(luò)中結(jié)點(diǎn)數(shù)N)呈對(duì)數(shù)增長(zhǎng)(即L～lnN)，結(jié)點(diǎn)數(shù)迅速增加則L變化相對(duì)緩慢，稱(chēng)該網(wǎng)絡(luò)有小世界效應(yīng)[1]。比同等規(guī)模隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)具備更高的聚類(lèi)系數(shù)是真實(shí)網(wǎng)絡(luò)具備小世界屬性的定量證據(jù)。

類(lèi)似借助小世界網(wǎng)絡(luò)研究經(jīng)脈系統(tǒng)亦值得嘗試。內(nèi)臟病變與經(jīng)穴有特定內(nèi)在聯(lián)系：臟腑→病變→經(jīng)脈→穴位壓痛，而穴位診斷的途徑是:穴位→經(jīng)脈→臟腑→病變[2]。穴位壓痛是疾病的反映，臟腑是反應(yīng)點(diǎn)通過(guò)經(jīng)脈聯(lián)系反映于穴位。對(duì)單個(gè)穴位遠(yuǎn)隔診治作用的理論說(shuō)明，是構(gòu)建聯(lián)系之脈的主要目的[3]。本文將基于經(jīng)穴之間因相同主治產(chǎn)生的聯(lián)系構(gòu)建經(jīng)穴-主治的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)。

1.2 涌現(xiàn)計(jì)算

涌現(xiàn)意味著“整體大于部分之和”。任何系統(tǒng)均由大量微觀元素構(gòu)成，當(dāng)把它們看作整體時(shí)，會(huì)有全新的屬性或規(guī)律產(chǎn)生。

自然界中涌現(xiàn)現(xiàn)象普遍存在。涌現(xiàn)計(jì)算是由一系列獨(dú)立計(jì)算處理進(jìn)程并行合作構(gòu)成的計(jì)算過(guò)程的總體，由低等級(jí)計(jì)算進(jìn)程間依照特定規(guī)則集相作用構(gòu)成高等級(jí)計(jì)算，實(shí)現(xiàn)總體功能，不受任何形式的全局控制，以局部作用產(chǎn)生的涌現(xiàn)現(xiàn)象作為計(jì)算結(jié)果，并能在演化過(guò)程中實(shí)現(xiàn)自身穩(wěn)定和收斂[4]。

Arena P[5]將涌現(xiàn)計(jì)算用于有腿機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制，模擬細(xì)胞神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自組織涌現(xiàn)結(jié)果生成運(yùn)動(dòng)步法，類(lèi)似的經(jīng)穴-主治復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的性質(zhì)需借助該手段進(jìn)一步揭示。

2 數(shù)據(jù)預(yù)處理及研究過(guò)程

曾有學(xué)者嘗試建立類(lèi)似網(wǎng)絡(luò)[6]。該研究所建立的網(wǎng)絡(luò)涉及兩類(lèi)節(jié)點(diǎn)：穴位和疾病，且加入阿是穴等內(nèi)容，而本文的研究?jī)H限于經(jīng)穴。對(duì)數(shù)據(jù)的臨床意義，本研究進(jìn)行了進(jìn)一步篩選，提高了分析的可靠性和結(jié)果的價(jià)值。

2.1 標(biāo)準(zhǔn)化經(jīng)穴數(shù)據(jù)的選擇

歷代經(jīng)穴數(shù)目和歸經(jīng)記載都有爭(zhēng)議，而穴位主治變化相對(duì)較小，因古文字的特點(diǎn)，同一句古文的解讀可是多元的，我們選取國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)教材《經(jīng)絡(luò)腧穴學(xué)》作為數(shù)據(jù)來(lái)源[7]，研究其中記載的362個(gè)經(jīng)穴及主治，書(shū)中表述指代較為惟一以便軟件處理。

2.2 經(jīng)穴主治數(shù)據(jù)的預(yù)處理

在對(duì)教材數(shù)據(jù)的錄入整理過(guò)程中，為使程序有效識(shí)別原始數(shù)據(jù)，避免重復(fù)工作，參照臨床實(shí)際等對(duì)穴位主治進(jìn)行如下校正。

2.2.1 刪除寬泛指代保留具體病癥

2.2.2 合并相同義項(xiàng)的疾病

GB8的小兒急驚風(fēng)、小兒慢驚風(fēng)合并為“小兒驚風(fēng)”；BL20、SP5的“怠惰嗜臥”改為“嗜臥”，與BL62、SP4、KI4的描述統(tǒng)一。

2.2.3 拆分具體所指不同的疾病

2.2.4 替換因異體字導(dǎo)致不統(tǒng)一命名 CV24、LI19、LI20、TE17、TE23、GB1、GB2、GB3、GB4、GB12、LR2中的“口”替換為“口歪”。

穴位編號(hào)原表述刪除內(nèi)容ST25痢疾等胃腸病等胃腸病ST36便秘等胃腸疾病等胃腸疾病ST1、ST2迎風(fēng)流淚等目疾等目疾SP6腸鳴、腹脹、腹瀉等脾胃虛弱諸癥等脾胃虛弱諸癥月經(jīng)不調(diào)……小便不利等生殖泌尿系統(tǒng)疾患等生殖泌尿系統(tǒng)疾患

穴位編號(hào)原表述拆分1拆分2KI3內(nèi)踝及足跟腫痛內(nèi)踝腫痛足跟腫痛PC2胸背及上臂內(nèi)側(cè)痛胸背痛上臂內(nèi)側(cè)痛SP4心煩失眠心煩失眠BL31大小便不利便秘小便不利

2.2.5 將不規(guī)范的病名統(tǒng)一為規(guī)范病名

穴位編號(hào)原描述現(xiàn)描述匹配對(duì)象TE12項(xiàng)僵項(xiàng)強(qiáng)TE16、BL10BL43不寐失眠BL15、GV20BL17飲食不下食不下BL46GV11中風(fēng)不語(yǔ)中風(fēng)失語(yǔ)CV23GV2痔瘡痔疾BL25、GV1ST36虛勞諸癥虛勞BL43GB24、BL17、BL21、BL50胃脘痛胃痛PC3、CV12GB37、ST8視物不明視物模糊GB14、GB16CV10食古不化食不化BL19、BL20TE1舌強(qiáng)舌強(qiáng)不語(yǔ)PC9、CV23、ST5GV8、GV12、GV24、SI3癲狂病癲狂GB35、GV13

2.2.6 使編寫(xiě)體例不一的疼痛性疾病描述一致

穴位編號(hào)原描述現(xiàn)描述匹配對(duì)象BL34腰骶痛腰骶疼痛BL30、GV3BL58、SI3腰背痛腰背疼痛GV7、GV9LI8肘臂痛肘臂疼痛SI8HT7、HT9、BL21、BL47、SP21胸脅痛胸脅疼痛GB43、SP18TE5、TE6脅肋痛脅肋疼痛GB24、GB41、HT1GB28、LR1、LR4、LR10、LR11、LR12少腹痛少腹疼痛CV4

以上操作不改變穴位主治，僅統(tǒng)一描述便于機(jī)器識(shí)別，以免因?yàn)楦拍钕嗷ブ丿B使網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建故障則計(jì)算結(jié)果偏倚。

3 研究結(jié)果與分析

圖1、2顯示，基于預(yù)處理后的數(shù)據(jù)，按經(jīng)穴間有相同主治則形成連邊的方法構(gòu)建復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，以14條經(jīng)脈的362個(gè)經(jīng)穴為節(jié)點(diǎn)構(gòu)建了具有24576組連邊的經(jīng)穴-主治網(wǎng)絡(luò)。

圖1 構(gòu)建原理

圖2 完整經(jīng)穴-主治復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)示意圖

3.1 高聚類(lèi)系數(shù)

圖3顯示，在未標(biāo)定網(wǎng)絡(luò)經(jīng)穴連線(xiàn)方向(即構(gòu)建無(wú)向網(wǎng)絡(luò))的情況下，計(jì)算[8]出其平均聚類(lèi)系數(shù)為0.643，相同條件下節(jié)點(diǎn)數(shù)362個(gè)，連線(xiàn)率5%的隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)平均聚類(lèi)系數(shù)為0.026，體現(xiàn)了高度的聚類(lèi)特性。社會(huì)網(wǎng)絡(luò)中，這表明與朋友的朋友成為朋友的可能性要高于隨機(jī)找出的2個(gè)人是朋友的可能性。而在經(jīng)穴-主治復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中則顯示，依據(jù)該網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成規(guī)則選取經(jīng)穴治療疾病，比隨機(jī)選取經(jīng)穴治療疾病更有效，其具有相同主治的經(jīng)穴間形成聯(lián)系的可能性比隨機(jī)選取經(jīng)穴形成聯(lián)系的可能性高，即古人按主治歸納經(jīng)穴而分屬不同經(jīng)脈的做法，不僅是臨床經(jīng)驗(yàn)的高度總結(jié)，還具有復(fù)雜性科學(xué)的證據(jù)。

圖3 平均聚類(lèi)系數(shù)計(jì)算

3.2 小世界特性

小世界特性是表征網(wǎng)絡(luò)傳遞信息效率的指標(biāo)。通過(guò)計(jì)算網(wǎng)絡(luò)的平均路徑長(zhǎng)度體現(xiàn)，指的是節(jié)點(diǎn)間最短路徑的平均值。平均路徑較長(zhǎng)的網(wǎng)絡(luò)，信息需較長(zhǎng)時(shí)間才能傳播；平均路徑較短者，各節(jié)點(diǎn)聯(lián)系較緊密，信息傳遞迅速、穩(wěn)定、可靠。

為使經(jīng)脈系統(tǒng)的整體充分體現(xiàn)針灸治療規(guī)律表達(dá)經(jīng)脈的臨床意義，需要在科學(xué)分析的基礎(chǔ)上予以結(jié)構(gòu)重組[9]。

圖4 介數(shù)中心度計(jì)算

圖5 緊密中心度計(jì)算

圖6 離心率(網(wǎng)絡(luò)直徑)的計(jì)算

圖4～圖6顯示，計(jì)算[10]得到的經(jīng)穴-主治網(wǎng)絡(luò)的平均路徑長(zhǎng)度為1.798，節(jié)點(diǎn)間最大距離(又稱(chēng)網(wǎng)絡(luò)直徑)為 4。表明平均需1.798步可達(dá)網(wǎng)絡(luò)中的其他節(jié)點(diǎn)，這樣具備高聚類(lèi)系數(shù)和較小平均路徑長(zhǎng)度的網(wǎng)絡(luò)屬于小世界網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)直徑為4說(shuō)明，按主治相同的原則整理經(jīng)穴進(jìn)行歸經(jīng)仍不夠細(xì)致，存在比經(jīng)脈理論下一級(jí)的經(jīng)脈子系統(tǒng)。正如之前研究[11]的推論，由于穴位間存在結(jié)構(gòu)和功能的相似性，處于同一“級(jí)別”的穴位能自行組織在一起，但這種相似性不一定僅通過(guò)相同的經(jīng)脈歸屬實(shí)現(xiàn)。穴位有自己的個(gè)性，經(jīng)脈把穴位組織起來(lái)是借助穴位群的共性，但經(jīng)脈對(duì)穴位的組織不是穴位間共性的惟一表達(dá)。類(lèi)似于由神經(jīng)元構(gòu)成的大腦系統(tǒng)[11]，經(jīng)穴聯(lián)系而成的經(jīng)脈系統(tǒng)，每一組成單元的聯(lián)系也許并不強(qiáng)烈緊密甚至是松散的，故可解釋為何經(jīng)穴的功能有時(shí)與所屬經(jīng)脈的功能并不一一對(duì)應(yīng)，即同一經(jīng)脈穴位之間的聯(lián)系也許并不如設(shè)想的那樣強(qiáng)烈，只是按照“特殊到一般”的原理將同經(jīng)多數(shù)經(jīng)穴相似功能歸納，穴位間可能有更特別但并不僅僅因經(jīng)脈而形成的聯(lián)系，上述分析正是該推論的定量證明。

3.3 十四經(jīng)特異性定量分析

表1 十四經(jīng)特異性定量分析

長(zhǎng)期以來(lái)，學(xué)術(shù)界圍繞經(jīng)穴特異性展開(kāi)研究，對(duì)經(jīng)穴群進(jìn)行整體研究較少，雖從多方面論證經(jīng)穴特異性，但可能忽略中醫(yī)整體性。表1顯示，據(jù)本文方法我們提出“十四經(jīng)特異性”的概念，并給出數(shù)據(jù)，十四正經(jīng)作為經(jīng)脈系統(tǒng)的子系統(tǒng)，就高聚類(lèi)系數(shù)而言仍符合小世界網(wǎng)絡(luò)特征。此外，十四正經(jīng)的經(jīng)穴-主治網(wǎng)絡(luò)的平均路徑長(zhǎng)度與完整經(jīng)穴-主治網(wǎng)的數(shù)值接近，均在2左右，且任一正經(jīng)的網(wǎng)絡(luò)直徑都未達(dá)到特定經(jīng)脈包含的最小穴位數(shù)9，這說(shuō)明經(jīng)脈理論對(duì)穴位主治的研究尚有更深空間，對(duì)上表的進(jìn)一步研究將揭示十四正經(jīng)的差異與特異性，同時(shí)說(shuō)明各子系統(tǒng)與經(jīng)脈網(wǎng)的聯(lián)系與區(qū)別，限于篇幅將在后續(xù)論文中闡述。

4 討論

經(jīng)脈理論、經(jīng)脈與腧穴關(guān)系本身有局限性，不能完全涵蓋并用于后發(fā)現(xiàn)的腧穴主治特點(diǎn)和規(guī)律。宋代前雖各種腧穴專(zhuān)書(shū)不斷出現(xiàn)，但很少對(duì)《黃帝明堂經(jīng)》產(chǎn)生影響。明代則更廣泛地從方書(shū)、針灸歌賦等文獻(xiàn)中補(bǔ)輯腧穴主治。如宋以前文獻(xiàn)所載伏兔穴皆謂“不可刺灸”，未記載主治?！妒セ莘健分蟹脛t既錄有刺法又總結(jié)了主治[12]，矛盾明顯。在經(jīng)脈、腧穴方面，經(jīng)典后的豐富發(fā)展主要在對(duì)腧穴主治的增擴(kuò)，而經(jīng)脈理論陷于停滯造成現(xiàn)有經(jīng)脈理論不能完善解釋經(jīng)穴主治的局面。經(jīng)脈學(xué)說(shuō)是古人對(duì)其所發(fā)現(xiàn)的人體特定部位間縱向關(guān)聯(lián)現(xiàn)象的直觀解釋?zhuān)翘囟ù碳げ课慌c效應(yīng)部位之間聯(lián)系路徑的基本假設(shè)[3]，也應(yīng)隨著科學(xué)進(jìn)步而不斷豐富。

一般認(rèn)為，除阿是穴外穴位都分布在經(jīng)脈上，而先人是在知曉經(jīng)脈循行的基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)了每一個(gè)經(jīng)穴，還是在實(shí)踐中對(duì)大量穴位進(jìn)行歸納勾勒出經(jīng)脈循行？我們更認(rèn)同后者，而經(jīng)穴間的關(guān)聯(lián)性則被過(guò)度放大。本文以主治聯(lián)系為原理的構(gòu)建方式或能弱化對(duì)經(jīng)脈的過(guò)度依賴(lài)。許多穴位治療的疾病與所在經(jīng)脈無(wú)特異性聯(lián)系，即一條經(jīng)脈上穴位主治無(wú)法用該經(jīng)脈相應(yīng)臟腑的功能完全涵蓋。而穴位如何組織在一起成為經(jīng)脈呢？不妨類(lèi)比，如腦中存在大量神經(jīng)元，每個(gè)神經(jīng)元都是獨(dú)立細(xì)胞，經(jīng)突觸與其他神經(jīng)元相連，神經(jīng)元存在著獨(dú)立性與整體性的矛盾，即每個(gè)神經(jīng)元均為獨(dú)立個(gè)體，而構(gòu)成的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在維持整體性的基礎(chǔ)上仍較大程度地使每個(gè)神經(jīng)元擁有一定的“自我管轄能力”，并非與整個(gè)網(wǎng)絡(luò)完全一致，相對(duì)松散的聯(lián)系已能夠維持大腦的高效運(yùn)行[13]，這種相對(duì)并不緊密的聯(lián)系正建立在神經(jīng)組織的自組織性(如特定區(qū)域的神經(jīng)元負(fù)責(zé)專(zhuān)有的功能)和某種等級(jí)化上，“神經(jīng)元-腦”的模式與“穴位-經(jīng)脈”的模式可能相似。

曾有學(xué)者指出,“穴位”與“非穴位”、“主穴”與“輔穴”間只有產(chǎn)生信息量的區(qū)別而沒(méi)有質(zhì)的區(qū)別[14]，這種質(zhì)的區(qū)別如何獲得統(tǒng)計(jì)學(xué)證明？體表經(jīng)脈線(xiàn)的信息變化與內(nèi)臟的信息變化間不是簡(jiǎn)單對(duì)應(yīng)關(guān)系，而是通過(guò)信息網(wǎng)絡(luò)發(fā)生作用。經(jīng)脈系統(tǒng)的本征是信息傳遞，通過(guò)信息機(jī)制研究經(jīng)脈臟腑相關(guān)性問(wèn)題，可得出符合經(jīng)脈本身規(guī)律的結(jié)果。這一抽象的模型被計(jì)算機(jī)理解后，可建立相應(yīng)的深度學(xué)習(xí)模型用于優(yōu)化數(shù)字經(jīng)絡(luò)智能針灸機(jī)器人。而為簡(jiǎn)化問(wèn)題，便于研究，宜先從眾多的信息中選擇一種作為分析模型，把握基本規(guī)律，然后再將其他類(lèi)型的信息綜合起來(lái)全面探討。長(zhǎng)期以來(lái)，經(jīng)脈及經(jīng)穴的整體性研究難以定量，多只進(jìn)行定性研究。醫(yī)學(xué)已邁入“精準(zhǔn)醫(yī)療”時(shí)代，中醫(yī)核心理論仍難以定量研究，本文的網(wǎng)絡(luò)模型是一種嘗試。

至今經(jīng)脈實(shí)質(zhì)研究未取得公認(rèn)成果，而基于功能角度研究經(jīng)脈以及經(jīng)脈上的經(jīng)穴卻限于解剖、分子層次，無(wú)法重回中醫(yī)整體觀念得到系統(tǒng)化規(guī)律。而經(jīng)脈理論在近代未取得較大進(jìn)步，難得世界公認(rèn)。類(lèi)似本文的研究，在對(duì)基于臨床經(jīng)驗(yàn)提煉的數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)范化表述后，用復(fù)雜性科學(xué)的方法進(jìn)行定量研究，對(duì)經(jīng)脈理論的現(xiàn)代化研究起到拋磚引玉的作用。

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R224.1

A

1006-3250(2017)10-1429-04

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(81473748)-基于MC活化-PAR2-CGRP環(huán)路探討電針治療PI-IBS模型大鼠內(nèi)臟高敏感的作用機(jī)制；江蘇省研究生實(shí)踐創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目(SJCX17_0406)-基于數(shù)字經(jīng)絡(luò)理論的針灸機(jī)器人穴位自動(dòng)定位技術(shù)；江蘇省中醫(yī)院高峰人才項(xiàng)目(Y2014RC07)

徐天成(1993-)，男，江蘇南京人，在讀碩士，從事針灸臨床及效應(yīng)機(jī)制研究。

△通訊作者：孫建華(1964-)，男，主任醫(yī)師，教授，醫(yī)學(xué)博士，從事針灸臨床及效應(yīng)機(jī)制研究，E-mail:drjhsun@sina.com。

2017-04-20