20世紀(jì)70年代以來,隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展,人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)的理論與實(shí)踐都得到了迅猛提高。ANN的概念來源于生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(BNN)。限于目前的理論與技術(shù),ANN保留了腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本結(jié)構(gòu),反映腦神經(jīng)系統(tǒng)的工作原理。在ANN中,記憶的信息存貯在連接權(quán)上,外部刺激通過連接通道自動(dòng)激活相應(yīng)的神經(jīng)元,以達(dá)到自動(dòng)識(shí)別的目的。因而,它是與現(xiàn)代計(jì)算機(jī)完全不同的系統(tǒng)。ANN模擬生物體中神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的某些結(jié)構(gòu)和功能,并反過來用于工程或其他的領(lǐng)域。1990年以來,ANN技術(shù)在中藥研究領(lǐng)域得到了大量地應(yīng)用。因?yàn)锳NN是通過自學(xué)習(xí)、自組織,對(duì)電信號(hào)及圖像的直接處理過程,沒有任何人為干預(yù),該技術(shù)的應(yīng)用專業(yè)性不強(qiáng),非中藥專業(yè)研究人員也可操作。因此,應(yīng)用ANN可以更客觀、公正地評(píng)價(jià)中藥。
ANN在中藥研究中的工作程序信號(hào)獲取運(yùn)用相關(guān)技術(shù)獲取全面反映中藥內(nèi)在質(zhì)量的電信號(hào)或圖像,綜合評(píng)價(jià)中藥??梢杂蒙V法(GC、HPLC等)反映中藥中化學(xué)組分狀況;用光譜法反映中藥中各種原子的化學(xué)環(huán)境;用顯微技術(shù)(顯微鏡、電鏡等)及其他技術(shù)反映藥材的形態(tài)特征。
特征提取常用的特征提取方法主要手段是傅里葉變換、小波變換、特殊函數(shù)轉(zhuǎn)換和專用的圖像特征提取算法等。當(dāng)然,壓縮后的數(shù)據(jù)經(jīng)過某種規(guī)則的變換后可恢復(fù)原來的信號(hào)。
檢測(cè)目前應(yīng)用最多的是誤差逆?zhèn)鞑ゾW(wǎng)絡(luò)(B-P網(wǎng)絡(luò))。其特點(diǎn)是同一層內(nèi)神經(jīng)元不連接,在整個(gè)信號(hào)傳遞中不存在任何信號(hào)的反饋。輸入層不具有運(yùn)算功能,僅用來進(jìn)行信號(hào)的分配和傳遞。隱含層和輸出層的神經(jīng)元具有運(yùn)算功能,輸出整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的最終運(yùn)算結(jié)果。
在中藥材分類識(shí)別中的應(yīng)用目前,中藥材的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評(píng)價(jià)在中藥研究中有許多報(bào)道,也是該技術(shù)在中藥研究中較有前景的領(lǐng)域。
1993年,蔡煜東等用B-P網(wǎng)絡(luò)模型評(píng)價(jià)中藥威靈仙的質(zhì)量,采用氣相色譜分析方法,對(duì)色譜峰與樣品抗炎作用的復(fù)雜對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行預(yù)測(cè),預(yù)測(cè)率為100%,建立了中藥威靈仙的質(zhì)量評(píng)價(jià)系統(tǒng)。他還用B-P網(wǎng)絡(luò)對(duì)中藥厚樸的氣相色譜分析得到的各組分相對(duì)含量進(jìn)行分析,將12個(gè)樣品分為3等,即優(yōu)質(zhì)厚樸、劣質(zhì)厚樸及厚樸代用品,與植物學(xué)鑒定結(jié)果完全一致。
張亮等用紅外光譜技術(shù),采用B-P網(wǎng)絡(luò)對(duì)中藥雷公藤和昆明山海棠浸出物進(jìn)行分類識(shí)別,識(shí)別率為90%.喬延江等對(duì)不同來源的62個(gè)蟾蜍樣品的高效液相圖譜進(jìn)行識(shí)別,結(jié)果準(zhǔn)確、可靠。
蘇薇薇等以苦丁茶中20種宏量、微量元素為分類特征,對(duì)78個(gè)苦丁茶樣品進(jìn)行分類,所得結(jié)果和生藥鑒定結(jié)果一致。
筆者也對(duì)中藥地榆及羌活的高效液相指紋圖譜用小波變換B-P網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行識(shí)別嘗試,識(shí)別率大于95%.以上多是以光譜或色譜技術(shù)反映化學(xué)信息,中藥化學(xué)成分的復(fù)雜及多樣性就更要求增加訓(xùn)練樣本。另外,對(duì)于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的建立,在進(jìn)行訓(xùn)練時(shí)應(yīng)注意中藥鑒定的準(zhǔn)確性,否則將構(gòu)建錯(cuò)誤的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。
在中藥制劑分析中的應(yīng)用中藥的有效性是不言而喻的。但由于中藥化學(xué)成分的復(fù)雜性及有效成分的不確定性,對(duì)其進(jìn)行質(zhì)量控制也是中藥行業(yè)所面臨的重要問題之一。對(duì)于中藥制劑是否按全處方投料,用現(xiàn)代分析方法檢測(cè)極其復(fù)雜,甚至難于回答。在國際上得到認(rèn)可的指紋圖譜技術(shù)最近在國內(nèi)得到初步推廣。但其數(shù)據(jù)處理非常煩瑣、復(fù)雜。ANN為此提供了方便。醫(yī)學(xué)教育網(wǎng)
張亮等運(yùn)用二值自適應(yīng)共振理論網(wǎng)絡(luò)結(jié)合紅光光譜技術(shù)對(duì)中藥戊己丸的3個(gè)缺省藥材的混合物進(jìn)行識(shí)別,其識(shí)別率分別為85%、80%、90%,平均正確率為85%.可見ANN對(duì)中藥制劑進(jìn)行分析具有可行性。醫(yī)學(xué)教`育網(wǎng)搜集整理同時(shí),科研工作者對(duì)一些化學(xué)藥品的組分含量測(cè)定也有探討,結(jié)果均良好,甚至好于其他方法。提示ANN也可以測(cè)定中藥指標(biāo)性成分的含量,說明它可以作為一種有前途的化學(xué)計(jì)量方法。
在中藥藥動(dòng)學(xué)、藥效學(xué)中的應(yīng)用藥物篩選是中藥新藥研制的前提。ANN可以用作藥物分子的藥效預(yù)測(cè),根據(jù)該化學(xué)成分的理化參數(shù)(折射率、疏水性參數(shù)、取代位的電性參數(shù)等),既可以預(yù)測(cè)有無某藥效,又可預(yù)測(cè)藥效的大小。另外,ANN可以對(duì)中藥的藥動(dòng)學(xué)-藥效學(xué)的相關(guān)性進(jìn)行分析,能非常靈活地通過自組織、自學(xué)習(xí)等功能找到藥動(dòng)學(xué)參數(shù)與藥效學(xué)參數(shù)之間的關(guān)系,可以把藥物作用時(shí)間、劑量、濃度和代謝活性物質(zhì)的濃度作為輸入變量,預(yù)測(cè)藥效。同時(shí),也可以根據(jù)藥效學(xué)參數(shù)預(yù)測(cè)藥動(dòng)學(xué)參數(shù)。這種預(yù)測(cè)精度很高,預(yù)測(cè)值與目標(biāo)值的相關(guān)系數(shù)一般在0.99.當(dāng)然,它不能代替生理相關(guān)性,所以還不能取代動(dòng)物實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的分析方法。
在中藥化學(xué)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)中的應(yīng)用國外已應(yīng)用ANN對(duì)化學(xué)成分的圖譜(質(zhì)譜、紫外光譜、紅外光譜、近紅外光譜、核磁共振光譜、光學(xué)折射圖譜等)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。庫瑞等設(shè)計(jì)了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)用于識(shí)別判定圖譜的功能團(tuán),表明該系統(tǒng)對(duì)某些功能團(tuán)的判斷正確率達(dá)94%~99.5%.除上述外,ANN還可以用于中藥對(duì)照品的HPLC色譜峰純度檢查以及組方優(yōu)化等。
ANN方法在科學(xué)上應(yīng)用越來越廣泛,盡管它仍處于發(fā)展階段,尤其是在中藥研究方面應(yīng)用還較少。但相信在不久的將來,關(guān)于ANN的方法、參數(shù)、訓(xùn)練樣本、學(xué)習(xí)過程以及預(yù)測(cè)結(jié)果都會(huì)有更加詳盡的討論。ANN在中藥研究領(lǐng)域?qū)?huì)有更加廣泛的應(yīng)用。