人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在中藥領(lǐng)域中的應(yīng)用

20世紀70年代以來，隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN）的理論與實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激活相應(yīng)的神經(jīng)元，以達到自動識別的目的。因而，它是與現(xiàn)代計算機完全不同的系統(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。因為ANN是通過自學(xué)習(xí)、自組織，對電信號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，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、公正地評價中藥。

ANN在中藥研究中的工作程序信號獲取

運用相關(guān)技術(shù)獲取全面反映中藥內(nèi)在質(zhì)量的電信號或圖像，綜合評價中藥。可以用色譜法（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。

檢測

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)）。其特點是同一層內(nèi)神經(jīng)元不連接，在整個信號傳遞中不存在任何信號的反饋。輸入層不具有運算功能，僅用來進行信號的分配和傳遞。隱含層和輸出層的神經(jīng)元具有運算功能，輸出整個網(wǎng)絡(luò)的最終運算結(jié)果。

在中藥材分類識別中的應(yīng)用

目前，中藥材的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評價在中藥研究中有許多報道，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)模型評價中藥威靈仙的質(zhì)量，采用氣相色譜分析方法，對色譜峰與樣品抗炎作用的復(fù)雜對應(yīng)關(guān)系進行預(yù)測，預(yù)測率為100%，建立了中藥威靈仙的質(zhì)量評價系統(tǒng)。他還用B-P網(wǎng)絡(luò)對中藥厚樸的氣相色譜分析得到的各組分相對含量進行分析，將12個樣品分為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)對中藥雷公藤和昆明山海棠浸出物進行分類識別，識別率為90%。

喬延江等對不同來源的62個蟾蜍樣品的高效液相圖譜進行識別，結(jié)果準確、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78個苦丁茶樣品進行分類，所得結(jié)果和生藥鑒定結(jié)果一致。

筆者也對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)進行識別嘗試，識別率大于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，對于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的建立，在進行訓(xùn)練時應(yīng)注意中藥鑒定的準確性，否則將構(gòu)建錯誤的網(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，對其進行質(zhì)量控制也是中藥行業(yè)所面臨的重要問題之一。對于中藥制劑是否按全處方投料，用現(xiàn)代分析方法檢測極其復(fù)雜，甚至難于回答。在國際上得到認可的指紋圖譜技術(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。

張亮等運用二值自適應(yīng)共振理論網(wǎng)絡(luò)結(jié)合紅光光譜技術(shù)對中藥戊己丸的3個缺省藥材的混合物進行識別，其識別率分別為85%、80%、90%，平均正確率為85%。可見ANN對中藥制劑進行分析具有可行性。同時，科研工作者對一些化學(xué)藥品的組分含量測定也有探討，結(jié)果均良好，甚至好于其他方法。提示ANN也可以測定中藥指標性成分的含量，說明它可以作為一種有前途的化學(xué)計量方法。

在中藥藥動學(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，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)測有無某藥效，又可預(yù)測藥效的大小。另外，ANN可以對中藥的藥動學(xué)-藥效學(xué)的相關(guān)性進行分析，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)測藥效。同時，也可以根據(jù)藥效學(xué)參數(shù)預(yù)測藥動學(xué)參數(shù)。這種預(yù)測精度很高，預(yù)測值與目標值的相關(guān)系數(shù)一般在0.99。當然，它不能代替生理相關(guān)性，所以還不能取代動物實驗為基礎(chǔ)的分析方法。

在中藥化學(xué)結(jié)構(gòu)預(yù)測中的應(yīng)用國外已應(yīng)用ANN對化學(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）進行結(jié)構(gòu)分析。庫瑞等設(shè)計了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)用于識別判定圖譜的功能團，表明該系統(tǒng)對某些功能團的判斷正確率達94%～99.5%。除上述外，ANN還可以用于中藥對照品的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)測結(jié)果都會有更加詳盡的討論。ANN在中藥研究領(lǐng)域?qū)懈訌V泛的應(yīng)用。