696：揭示生命领域三大科学问题，解析人体信息能量网络机制

——香山科学会议第696次学术讨论会综述

当今人类面临的核心科学问题是解析生命物质和非生命物质演变的四维空间运行规律，能量信息在其中的网络传递机制。生命体活动的本质是蛋白质及其他生物大分子的同化和异化作用的协调运动过程，此过程同时也是机体内在的能量及稳态平衡的过程。生物机体以自我更新、自我复制、自我调节的方式维系生命体活动所表征的高智能、自组织、自稳态，新陈代谢、自我修复、自我繁衍的过程也是多系统协调运动的过程。传统科学范式难以进一步系统地揭示生命过程的演变规律，必须构建新的研究范式，揭示生命体物质、能量、信息的演变、转换、传递的四维空间运行规律，解析人体能量信息网络传递机制，是当今人类面临的重大科学问题。促进生命科学和信息科学深度融合发展的前瞻性、战略性和系统性研究，需要构建数字生命和全息人体，从而开启生命活动本质的基础性与系统性研究，全面认识生命活动和人体，为生命科学研究进入“数据密集型科学发现”时代提供新范式。

生命科学领域的研究并不只局限于用先进的观测手段去揭示亚细胞或分子水平的微观结构，用先进技术所发现的这些静态结构不能全面表征生命的微观动态过程。细胞、亚细胞或分子水平的微观生命活动是基于一定的结构存在所表征的结构间系统互作，以这种互作行使一定功能的时空动态过程。因此，需要建立新的科学范式，研究生命领域的上述基本科学问题，解析人体能量信息网络传递机制，构建数字生命与全息人体，系统解密生命活动本质和全面认知人体生命系统。为聚焦一些可能产生具有国际影响力的原创性课题，开辟一片由我国科学家领衔的研究蓝海，香山科学会议于2021年4月10-11日在北京召开以“揭示生命领域三大科学问题，解析人体信息能量网络机制”为主题的第696次学术讨论会，倡议发起以“数字生命和全息人体”为主旨的重大科学研究计划。河北医科大学丛斌教授、中国科学技术大学陆朝阳教授、空军军医大学樊代明教授、中国科学院计算技术研究所谭光明研究员、贝格迈思数据智能研究院张世明博士共同担任本次会议执行主席，来自国内高等院校、科研院所、医疗研究等20多个机构的40余位多学科跨领域专家学者与会。

一、生命科学三大基本科学问题与人体能量信息网络机制

丛斌教授作了题为“生命科学三大基本科学问题与人体能量信息网络机制”的主题评述报告。他针对现代生命科学发展面临的困境和需要突破的三大基本科学问题。报告指出，虽然人类认识生命的探索已经走到了DNA、蛋白质、中心法则等的分子层面，但并没有系统揭示出生命活动的本质规律。因此，对大多数疾病的认知和治疗至今也没有实质上的突破。在人类健康本质的认知和慢性疾病的发病机制及治疗方面，仍然和一百年前没有实质性的区别。

他认为，以基因组学、蛋白组学、代谢组学等系统生物学为代表的生命科学技术的进步使医学科学有可能从超微观的分子、微观的生物大分子、亚细胞、细胞、细胞间链接，组织、器官、系统和整体层面解析各生物分子、组分、细胞之间的关联关系，系统探究组织器官细胞的精细结构及其功能的时相性变化规律，从中获取海量的生命活动演变的数据和新知识，将其转化为数学模型，通过信息技术模拟、复现或再现相关生命活动的网络化过程，解密生命活动的本质。因此，生命科学与信息科学技术深度融合，是转变研究范式，从根本上促进医学科学进步的不二选项。

同时他指出，建立新的科学范式研究生命领域的三大基本科学问题：一是解析人体微观结构，二是揭示结构之间的关联关系，三是探索结构及其功能的时相性变化规律。人体是最复杂的巨系统，对人体全息生命系统网络解析的科学研究，本质上是生命科学与数学、信息科学、工程技术、化学、物理学等互相借鉴融通的过程。基于现代信息技术，使系统生物学研究能够向可定量、可计算、可调控、可预测的方向跃升，驱动生命科学研究进入"数据密集型科学发现"的时代，以实现对数字生命、全息人体、生命活动本质的全面系统刻画。

主题评述报告引发了与会专家的强烈共鸣和热烈讨论。与会专家一致赞同“生命科学领域的三大基本科学问题”的提出，认为认识人体结构，特别是人体微观结构是基础；只有知道了结构才能了解和认识结构之间的关联关系和结构的功能机制及其时相性变化规律；生命活动过程是能量与信息的传递与转化过程。生命科学与信息科学技术深度融合是生命科学发展的必然趋势，亟待制定以“数字生命和全息人体”为主旨的重大科研计划，搭建全球协作平台，开辟一片由我国科学家领衔的研究蓝海，汇聚国内外力量，为促进人类全面健康开展系统性、前瞻性和基础性多学科交叉融合的科学研究。

二、系统医学与生物芯片技术

与会专家做了题为“从中医的‘气’本体探讨生命本质”的中心议题评述报告，介绍了中国古代文化思想的重要概念“气”，中医学承继传统文化的“气本论”思想，是从“气”的视角探讨生命本质，形成了以气本体学说为特色的医学体系。中医通过感通气与能的作用关系来把握人体生命运行状态，实质上是把握了天地万物的变化规律，是以阴阳五行为工具来模拟生命节律，包括人体的内脏外象、脏气法时等。“气本体论”立足于非线性的思维方式，给生命认知科学研究提供新的启示。

与会专家做了题为“自然力与医学干预”的中心议题评述报告。报告着重从人体的自主生存力、自相偶合力、自发修复力、自由代谢力、自相平衡力、自我保护力、精神统控力等七种自然力角度分析了人体生命科学研究和医学干预方法。提出正确的医学实践应充分认识和维护人体的自然力，医学干预是不得已而为之，要尊重人体自然力，要根据人体自然力发展的需要和可能承受的限度，而不是不顾自然力，甚至任意伤害、抑制或取代自然力。因此，生命科学研究应在尊重人体自然力的基础上全面认知生命的本质，在整体观层面进行医学干预。

与会专家还分别做了题为“生物芯片与中医探究”的专题报告。报告提出在将现代生命科学运用于中医学说论证的过程中，不仅仅会对中医理论产生新的科学认知，而且有助于形成新的工程化、科学化、智能化的中医诊疗装备及方案，促进中医守正创新，并推动现代生命科学与中医在系统生物医学方向上的高层次融合发展。

围绕本中心议题，会议集中讨论了系统医学，特别是中医，如何通过现代信息技术手段，探究系统医学相关的科学机理，亟待寻找新思路、新策略进行原创性基础理论研究。基于系统论方法，应全面动态认知生命本质和人体系统的结构、结构间的功能机制和时相性变化规律，让生命科学研究者，乃至医学生都要全面掌握人类生命的知识体系。

三、生物与信息技术融合发展的新范式

与会专家做了题为“生物技术与信息技术融合的几个发展方向”的中心议题评述报告。报告提出全球生物与信息产业飞速发展，但现有硅基信息技术的承载力与能耗瓶颈日益凸显，生物工程领域进展迟滞。集成生物半导体工程与装备，利用生物技术与信息技术的深度融合，借助高端制造，可实现基于生物分子的新型存储与计算、实现细胞等生命体的快速改造、实现人-机-物融合，培育新一代颠覆性技术。他表示，生物与信息融合技术的应用使未来“人-机-物”形成高度协调的物质和信息统一体，构成以细胞为单元的物质能量转化体系；构成基于生命或高度借鉴生命的并行分布式信息处理系统；将生理与智能状态与电子计算体系紧密相连，达到智能健康管理和增强智能。

与会专家还分别做了题为“计算机：过去-现在-未来”、“超算对生命科学技术进步的重大贡献与挑战”的专题报告。

与会专家一致认为，生物技术和信息技术在各自领域分别被认为是新一轮科技革命及其产业变革的核心。生物技术与信息技术的交叉融合正在创造生命科学革新发展的新时机。生命科学领域相关的计算涉及广泛，需要新一代的超级计算机满足多样复杂的生物医药计算需求。未来生物医学大数据将推动医学研究范式从实验研究、理论研究、计算和模拟研究向数据密集型研究转变，促进真实世界数据的医学实践研究。

四、量子计算与数字生命系统

与会专家做了题为“量子力学基础、量子信息与智能意识的思考”的中心议题评述报告，指出量子力学对微观粒子的状态演化给出了与经典物理学截然不同的描述，为人类自主意识的起源提供了一种可能的解释。基于量子叠加等原理，不仅对微观粒子测量结果原理上是随机的，测量过程是否真正产生最终还有赖于观测者的确认。因此，量子力学是在物理学中首次将观测者的意识同物质的演化结合了起来，量子测量的真随机性为人类自主意识的起源提供了一种可能的解释。

与会专家还分别做了题为“从人类细胞图谱、人体数字孪生到数基生命系统”、“数字生命与全息人体”的专题报告。

围绕该中心议题与会专家学者讨论了现代数学体系是否能够完备地描述生命活动本质以及生命活动过程的可计算性等问题，一致认同，“数字生命与全息人体”是系统解密生命活动本质和全面认知人体生命系统的基础，驱使生命科学研究进入"数据密集型科学发现"的时代；超级计算机、量子计算机、神经网络计算机、DNA计算机等新型计算机无疑是“数字生命与全息人体”的算力基础；结合分子、细胞、组织、器官、系统、人体和群体层面的数基生命系统模型，研发数基-碳基融合的人工生命设计技术、生命科学实验技术和药物虚拟临床试验技术，开辟生命科学和医学研究的新范式。

五、脑能量信息网络图谱与生物计算技术

与会专家做了题为“绘制大脑调节机体稳态维持的能量信息网络图谱”的中心议题评述报告。报告提出健康的定义不是简单的“没有疾病”，而是多组分多系统的动态平衡，神经系统从生命个体发育早期通过特定信号通路调控多脏器的发育和功能，随着神经科学技术的发展，精细解析大脑调节机体稳态平衡的解剖、功能网络成为可能。要理解中枢神经系统对机体稳态的调控规律，需要绘制机体神经系统网络图谱，发现其时空特征，寻找其在不同状态下的动态变化规律；将人体微观结构图谱数字化，构筑机体稳态维持的神经网络数据库；优先针对危害人民健康的重大疾病，从系统观的角度、以中枢神经系统-外周脏器关联度为切入点提出系统干预方案。

与会专家还分别做了题为“超算与云计算和人工智能融合创新算力经济时代”、“计算医学从新的视角认识生命科学”的专题报告。

围绕该中心议题，会议集中讨论了中枢与外周多脏器相互调控的神经网络与新技术，以及从超算与人工智能融合的新算力时代和计算医学视角认识生命科学等核心问题。专家一致认同，通过生物技术和信息技术的融合，可有效地构建多通道的人体信息能量传递网络，全面探索和认知人体生命系统的结构、结构间的关联关系及时相性变化规律，进一步促进医学科学领域的新发现。

六、会议建议

会议针对传统生命科学研究的静态范式提出当今生命科学的核心科学问题——解析生命物质和非生命物质演变的四维空间运行规律，以及能量信息在其中的网络传递机制。与会专家一致建议：

1. 系统研究生命领域的三大基本科学问题。一是解析人体微观结构，二是揭示结构之间的关联关系，三是探索结构及其功能的时相性变化规律。坚持以还原论与整体论辩证统一的系统论为指导，遵循用数学模型来阐述生命活动过程，全面解密生命活动的本质和人体全息生命系统。

2. “数字生命与全息人体”将全面促进我国科技进步。“数字生命与全息人体”驱动生命科学研究进入数据密集型科学发现的时代，促进生命科学和信息科学深度融合发展，全面认知生命活动本质，解析人体全息生命系统，从多系统间相互调控机制着手解密人类生命健康密码。科技发展的终极目标是服务于人类并促进人类自身的发展进步，揭秘生命活动过程的本质，将依赖所有科技进步的成果和工程实践，是现有科技进步成果的集大成。随着人体全息生命系统的逐层解密，会面临诸多新的问题和挑战，将进一步促进科学技术的全面发展。

3. 建立全球统一的国际合作框架和标准。“数字生命与全息人体”解密人类最复杂生命活动过程，是人类生命活动过程的共性过程，涵盖现有绝大部分科学进步成果，理论模型众多，工程量巨大，需全球科学家共同协作，建立全球统一的国际合作框架和标准是计划实施的必然。

4. 建议制定“数字生命与全息人体”重大科学研究战略计划。在新一轮国家中长期科技发展规划编制中，高度重视生命科学与信息科学交叉融合，从国家顶层设计层面统筹安排部署，确立科学研究发展新范式，统筹科研资源合理分配。立刻启动部署“数字生命与全息人体”重大科技计划，坚持长期、稳定投入，从而实现我国在生命科学与信息技术关键领域跨越式发展，拓展更大的科技进步和发展空间，赢得国际话语权。

5. 积极培养年轻科学家领军人才。要敢于、勇于培养年轻人，支持年轻人开拓创新，通过加大对高端复合型人才的支持力度，并逐步完善人才激励机制，培养具有跨学科视野的青年科学家人才，建立生命科学与信息技术交叉融合领域建制化的年轻人才科研队伍。

资料来源：香山科学会议网

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