當(dāng)前，人類認(rèn)識生命的探索已走到分子層面，基因治療被科學(xué)界寄予厚望。但人類對疾病的認(rèn)知和治療能力并沒有本質(zhì)突破，依然在使用天然的和化學(xué)合成的物質(zhì)對抗疾病，對整體生命活動的改善還很有限。

揭示生命本質(zhì)，既要見樹木，也要見森林。

面對越解越多的生命之謎，對于生命科學(xué)研究，現(xiàn)有范式難以更進(jìn)一步揭示生命本質(zhì)規(guī)律，必須構(gòu)建新的研究范式，進(jìn)行重大基礎(chǔ)理論創(chuàng)新。

2007年，圖靈獎得主吉姆·格雷曾提出，信息爆炸迫使科學(xué)家必須將實(shí)驗(yàn)、理論和計(jì)算機(jī)計(jì)算統(tǒng)一起來，建立一種新的科學(xué)研究范式，即第四范式——研究內(nèi)容由局部走向系統(tǒng)，方法由單一學(xué)科走向?qū)W科交叉，范疇由多層分科走向探索共性。

細(xì)胞是生命體的核心單元，人體就是一個(gè)由約37萬億至40萬億個(gè)細(xì)胞構(gòu)成的復(fù)雜系統(tǒng)。心與小腸在解剖學(xué)上并沒有直接聯(lián)系，怎么會在生命活動中有關(guān)聯(lián)呢？大數(shù)據(jù)證明了這樣的關(guān)聯(lián)確實(shí)存在。這意味著，通過大數(shù)據(jù)、人工智能等手段，以超級算力為基礎(chǔ)，可以不斷將生命組織結(jié)構(gòu)間的關(guān)聯(lián)解析出來。

以醫(yī)學(xué)研究的進(jìn)化過程為例，我想說明一下研究范式轉(zhuǎn)變的重要意義。

以往在還原論“范式”的指導(dǎo)下，人們試圖通過認(rèn)識單個(gè)基因或蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能來闡明個(gè)體的生理或病理活動，認(rèn)為對復(fù)雜生命系統(tǒng)的理解可以通過將其拆解為組成的零部件并逐個(gè)拿出來進(jìn)行研究來實(shí)現(xiàn)。

事實(shí)并非如此，還原論指導(dǎo)下的“一藥一靶”線性模式在抗擊腫瘤、代謝性疾病和神經(jīng)退行性疾病等慢性病方面面臨巨大的挑戰(zhàn)。美國政府在1971年專門啟動消滅腫瘤的“戰(zhàn)爭”，但其結(jié)果卻遠(yuǎn)未達(dá)到預(yù)期。

為何會失敗？根本原因在于，腫瘤屬于復(fù)雜疾病，其發(fā)生發(fā)展過程涉及機(jī)體眾多的內(nèi)部因素和環(huán)境因素，以及這些因素之間復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)相互作用。因此，必須尋找新的思路從整體研究策略上改變這種單純的“碎片化”研究范式。

要從一個(gè)基因、一個(gè)蛋白質(zhì)、一個(gè)分子、一次研究，轉(zhuǎn)變?yōu)閷λ谢?、所有蛋白質(zhì)、所有分子進(jìn)行系統(tǒng)研究，這種轉(zhuǎn)變不僅是將生命體內(nèi)的研究對象從局部轉(zhuǎn)變?yōu)槿郑匾氖菍ι恼J(rèn)知從簡單性思維轉(zhuǎn)變?yōu)閺?fù)雜性思維，也就是系統(tǒng)生物學(xué)的思維模式。

很快，系統(tǒng)生物學(xué)被引入醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，形成了系統(tǒng)生物醫(yī)學(xué)，通過整合數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、數(shù)據(jù)分析等去分析細(xì)胞及分子水平的微觀結(jié)構(gòu)及其空間分布，解析這些結(jié)構(gòu)間的網(wǎng)絡(luò)化關(guān)聯(lián)關(guān)系，以及揭示結(jié)構(gòu)間網(wǎng)絡(luò)化互作的動態(tài)時(shí)空變化規(guī)律。此為系統(tǒng)生物醫(yī)學(xué)亟待研究的三大基礎(chǔ)科學(xué)問題，也是破解疾病機(jī)制和新藥研發(fā)的科學(xué)基礎(chǔ)。

由此可見，通過轉(zhuǎn)變醫(yī)學(xué)研究范式，能夠更完整地認(rèn)識人體復(fù)雜系統(tǒng)的運(yùn)行和變化，揭示生命本質(zhì)和生理病理機(jī)制，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)科學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)、藥學(xué)方面從零到一的突破。

（作者：叢斌，為中國工程院院士、九三學(xué)社中央副主席）