基于小世界網絡的經穴相關性涌現計算?

徐天成，李詩園，徐先紅，盧夢葉，林 祺，孫建華△

(1. 南京中醫藥大學附屬醫院，南京 210029； 2. 南京中醫藥大學,南京 210023)

【針灸研究】

基于小世界網絡的經穴相關性涌現計算?

徐天成1，李詩園2，徐先紅2，盧夢葉2，林 祺2，孫建華1△

(1. 南京中醫藥大學附屬醫院，南京 210029； 2. 南京中醫藥大學,南京 210023)

形似“六度分離”的小世界網絡廣泛存在于真實世界。故基于該理論的基本內容，即以經穴為節點，將經穴間因主治相同產生的聯系抽象為連邊。使用現行教材中的經穴與主治數據，對經穴主治表述進行規范化預處理，按經穴間有相同主治則形成連邊的構建原理形成經穴-主治的復雜網絡。計算出該網絡具備高聚類系數和低平均路徑長度等特征，定量證明以經穴為節點、主治作為連邊的網絡呈現小世界效應，并首次提出“十四經特異性”的概念且給出定量分析數據。為定量研究經脈及經穴間聯系提供新的手段，促進經穴相關性研究進入統計學層次，并為數字經絡智能針灸機器人研發提供理論基礎。

小世界效應；復雜網絡；穴位；針灸治療；經脈理論

復雜網絡廣泛存在于真實世界，而在中醫領域存在一項難題，即經穴通過怎樣的方式形成聯系？經脈物質實體研究尚無公認性結論，更為解決穴位間聯系的問題增加了難度。本文引入新方法，從經穴主治入手建立經穴間的聯系并定量分析。

1 方法引入：小世界效應與涌現計算

1.1 小世界效應

小世界效應較公認的表述是若網絡中兩點間的平均距離L隨網絡大小(網絡中結點數N)呈對數增長(即L～lnN)，結點數迅速增加則L變化相對緩慢，稱該網絡有小世界效應[1]。比同等規模隨機網絡具備更高的聚類系數是真實網絡具備小世界屬性的定量證據。

類似借助小世界網絡研究經脈系統亦值得嘗試。內臟病變與經穴有特定內在聯系：臟腑→病變→經脈→穴位壓痛，而穴位診斷的途徑是:穴位→經脈→臟腑→病變[2]。穴位壓痛是疾病的反映，臟腑是反應點通過經脈聯系反映于穴位。對單個穴位遠隔診治作用的理論說明，是構建聯系之脈的主要目的[3]。本文將基于經穴之間因相同主治產生的聯系構建經穴-主治的復雜網絡。

1.2 涌現計算

涌現意味著“整體大于部分之和”。任何系統均由大量微觀元素構成，當把它們看作整體時，會有全新的屬性或規律產生。

自然界中涌現現象普遍存在。涌現計算是由一系列獨立計算處理進程并行合作構成的計算過程的總體，由低等級計算進程間依照特定規則集相作用構成高等級計算，實現總體功能，不受任何形式的全局控制，以局部作用產生的涌現現象作為計算結果，并能在演化過程中實現自身穩定和收斂[4]。

Arena P[5]將涌現計算用于有腿機器人的運動控制，模擬細胞神經網絡的自組織涌現結果生成運動步法，類似的經穴-主治復雜網絡的性質需借助該手段進一步揭示。

2 數據預處理及研究過程

曾有學者嘗試建立類似網絡[6]。該研究所建立的網絡涉及兩類節點：穴位和疾病，且加入阿是穴等內容，而本文的研究僅限于經穴。對數據的臨床意義，本研究進行了進一步篩選，提高了分析的可靠性和結果的價值。

2.1 標準化經穴數據的選擇

歷代經穴數目和歸經記載都有爭議，而穴位主治變化相對較小，因古文字的特點，同一句古文的解讀可是多元的，我們選取國家標準教材《經絡腧穴學》作為數據來源[7]，研究其中記載的362個經穴及主治，書中表述指代較為惟一以便軟件處理。

2.2 經穴主治數據的預處理

在對教材數據的錄入整理過程中，為使程序有效識別原始數據，避免重復工作，參照臨床實際等對穴位主治進行如下校正。

2.2.1 刪除寬泛指代保留具體病癥

2.2.2 合并相同義項的疾病

GB8的小兒急驚風、小兒慢驚風合并為“小兒驚風”；BL20、SP5的“怠惰嗜臥”改為“嗜臥”，與BL62、SP4、KI4的描述統一。

2.2.3 拆分具體所指不同的疾病

2.2.4 替換因異體字導致不統一命名 CV24、LI19、LI20、TE17、TE23、GB1、GB2、GB3、GB4、GB12、LR2中的“口”替換為“口歪”。

穴位編號原表述刪除內容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不調……小便不利等生殖泌尿系統疾患等生殖泌尿系統疾患

穴位編號原表述拆分1拆分2KI3內踝及足跟腫痛內踝腫痛足跟腫痛PC2胸背及上臂內側痛胸背痛上臂內側痛SP4心煩失眠心煩失眠BL31大小便不利便秘小便不利

2.2.5 將不規范的病名統一為規范病名

穴位編號原描述現描述匹配對象TE12項僵項強TE16、BL10BL43不寐失眠BL15、GV20BL17飲食不下食不下BL46GV11中風不語中風失語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舌強舌強不語PC9、CV23、ST5GV8、GV12、GV24、SI3癲狂病癲狂GB35、GV13

2.2.6 使編寫體例不一的疼痛性疾病描述一致

穴位編號原描述現描述匹配對象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，僅統一描述便于機器識別，以免因為概念相互重疊使網絡構建故障則計算結果偏倚。

3 研究結果與分析

圖1、2顯示，基于預處理后的數據，按經穴間有相同主治則形成連邊的方法構建復雜網絡，以14條經脈的362個經穴為節點構建了具有24576組連邊的經穴-主治網絡。

圖1 構建原理

圖2 完整經穴-主治復雜網絡示意圖

3.1 高聚類系數

圖3顯示，在未標定網絡經穴連線方向(即構建無向網絡)的情況下，計算[8]出其平均聚類系數為0.643，相同條件下節點數362個，連線率5%的隨機網絡平均聚類系數為0.026，體現了高度的聚類特性。社會網絡中，這表明與朋友的朋友成為朋友的可能性要高于隨機找出的2個人是朋友的可能性。而在經穴-主治復雜網絡中則顯示，依據該網絡的構成規則選取經穴治療疾病，比隨機選取經穴治療疾病更有效，其具有相同主治的經穴間形成聯系的可能性比隨機選取經穴形成聯系的可能性高，即古人按主治歸納經穴而分屬不同經脈的做法，不僅是臨床經驗的高度總結，還具有復雜性科學的證據。

圖3 平均聚類系數計算

3.2 小世界特性

小世界特性是表征網絡傳遞信息效率的指標。通過計算網絡的平均路徑長度體現，指的是節點間最短路徑的平均值。平均路徑較長的網絡，信息需較長時間才能傳播；平均路徑較短者，各節點聯系較緊密，信息傳遞迅速、穩定、可靠。

為使經脈系統的整體充分體現針灸治療規律表達經脈的臨床意義，需要在科學分析的基礎上予以結構重組[9]。

圖4 介數中心度計算

圖5 緊密中心度計算

圖6 離心率(網絡直徑)的計算

圖4～圖6顯示，計算[10]得到的經穴-主治網絡的平均路徑長度為1.798，節點間最大距離(又稱網絡直徑)為 4。表明平均需1.798步可達網絡中的其他節點，這樣具備高聚類系數和較小平均路徑長度的網絡屬于小世界網絡。網絡直徑為4說明，按主治相同的原則整理經穴進行歸經仍不夠細致，存在比經脈理論下一級的經脈子系統。正如之前研究[11]的推論，由于穴位間存在結構和功能的相似性，處于同一“級別”的穴位能自行組織在一起，但這種相似性不一定僅通過相同的經脈歸屬實現。穴位有自己的個性，經脈把穴位組織起來是借助穴位群的共性，但經脈對穴位的組織不是穴位間共性的惟一表達。類似于由神經元構成的大腦系統[11]，經穴聯系而成的經脈系統，每一組成單元的聯系也許并不強烈緊密甚至是松散的，故可解釋為何經穴的功能有時與所屬經脈的功能并不一一對應，即同一經脈穴位之間的聯系也許并不如設想的那樣強烈，只是按照“特殊到一般”的原理將同經多數經穴相似功能歸納，穴位間可能有更特別但并不僅僅因經脈而形成的聯系，上述分析正是該推論的定量證明。

3.3 十四經特異性定量分析

表1 十四經特異性定量分析

長期以來，學術界圍繞經穴特異性展開研究，對經穴群進行整體研究較少，雖從多方面論證經穴特異性，但可能忽略中醫整體性。表1顯示，據本文方法我們提出“十四經特異性”的概念，并給出數據，十四正經作為經脈系統的子系統，就高聚類系數而言仍符合小世界網絡特征。此外，十四正經的經穴-主治網絡的平均路徑長度與完整經穴-主治網的數值接近，均在2左右，且任一正經的網絡直徑都未達到特定經脈包含的最小穴位數9，這說明經脈理論對穴位主治的研究尚有更深空間，對上表的進一步研究將揭示十四正經的差異與特異性，同時說明各子系統與經脈網的聯系與區別，限于篇幅將在后續論文中闡述。

4 討論

經脈理論、經脈與腧穴關系本身有局限性，不能完全涵蓋并用于后發現的腧穴主治特點和規律。宋代前雖各種腧穴專書不斷出現，但很少對《黃帝明堂經》產生影響。明代則更廣泛地從方書、針灸歌賦等文獻中補輯腧穴主治。如宋以前文獻所載伏兔穴皆謂“不可刺灸”，未記載主治?！妒セ莘健分蟹脛t既錄有刺法又總結了主治[12]，矛盾明顯。在經脈、腧穴方面，經典后的豐富發展主要在對腧穴主治的增擴，而經脈理論陷于停滯造成現有經脈理論不能完善解釋經穴主治的局面。經脈學說是古人對其所發現的人體特定部位間縱向關聯現象的直觀解釋，是特定刺激部位與效應部位之間聯系路徑的基本假設[3]，也應隨著科學進步而不斷豐富。

一般認為，除阿是穴外穴位都分布在經脈上，而先人是在知曉經脈循行的基礎上發現了每一個經穴，還是在實踐中對大量穴位進行歸納勾勒出經脈循行？我們更認同后者，而經穴間的關聯性則被過度放大。本文以主治聯系為原理的構建方式或能弱化對經脈的過度依賴。許多穴位治療的疾病與所在經脈無特異性聯系，即一條經脈上穴位主治無法用該經脈相應臟腑的功能完全涵蓋。而穴位如何組織在一起成為經脈呢？不妨類比，如腦中存在大量神經元，每個神經元都是獨立細胞，經突觸與其他神經元相連，神經元存在著獨立性與整體性的矛盾，即每個神經元均為獨立個體，而構成的神經網絡在維持整體性的基礎上仍較大程度地使每個神經元擁有一定的“自我管轄能力”，并非與整個網絡完全一致，相對松散的聯系已能夠維持大腦的高效運行[13]，這種相對并不緊密的聯系正建立在神經組織的自組織性(如特定區域的神經元負責專有的功能)和某種等級化上，“神經元-腦”的模式與“穴位-經脈”的模式可能相似。

曾有學者指出,“穴位”與“非穴位”、“主穴”與“輔穴”間只有產生信息量的區別而沒有質的區別[14]，這種質的區別如何獲得統計學證明？體表經脈線的信息變化與內臟的信息變化間不是簡單對應關系，而是通過信息網絡發生作用。經脈系統的本征是信息傳遞，通過信息機制研究經脈臟腑相關性問題，可得出符合經脈本身規律的結果。這一抽象的模型被計算機理解后，可建立相應的深度學習模型用于優化數字經絡智能針灸機器人。而為簡化問題，便于研究，宜先從眾多的信息中選擇一種作為分析模型，把握基本規律，然后再將其他類型的信息綜合起來全面探討。長期以來，經脈及經穴的整體性研究難以定量，多只進行定性研究。醫學已邁入“精準醫療”時代，中醫核心理論仍難以定量研究，本文的網絡模型是一種嘗試。

至今經脈實質研究未取得公認成果，而基于功能角度研究經脈以及經脈上的經穴卻限于解剖、分子層次，無法重回中醫整體觀念得到系統化規律。而經脈理論在近代未取得較大進步，難得世界公認。類似本文的研究，在對基于臨床經驗提煉的數據進行規范化表述后，用復雜性科學的方法進行定量研究，對經脈理論的現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

國家自然科學基金資助項目(81473748)-基于MC活化-PAR2-CGRP環路探討電針治療PI-IBS模型大鼠內臟高敏感的作用機制；江蘇省研究生實踐創新計劃項目(SJCX17_0406)-基于數字經絡理論的針灸機器人穴位自動定位技術；江蘇省中醫院高峰人才項目(Y2014RC07)

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

△通訊作者：孫建華(1964-)，男，主任醫師，教授，醫學博士，從事針灸臨床及效應機制研究，E-mail:drjhsun@sina.com。

2017-04-20