还原论、非线性与医学
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1.
在西方科学史上，伽利略和牛顿是两个里程碑式的人物，但在他们之间还有一个体弱多病法国人对西方科学产生过难以估量的影响。
他是一个旷世奇才，在物理学中他提出了动量守恒定律，在天文学中他提出了宇宙漩涡理论。他撰写的《人论》是西方第一本生理学教科书，他对心理现象的考察使得他被誉为心理学鼻祖。现在每个初中生都知道他发明了解析几何，而学者们谈论起他时总说他是近代西方哲学之父。
但这些都不是笛卡尔最大的成就，笛卡尔对后世最大的影响是为西方科学发展规划了蓝图，为科学大厦的建立搭起了脚手架。
笛卡尔的科学哲学观念中，一种被称为“还原论”的哲学思想对后世科学发展的影响最为深远，并几乎成为了现代生物学与医学发展的灵魂。而“还原论”思想深入到医学研究当中，这正是现代医学区别于一切传统医学的最大特征。
这种哲学思想上的差异，使得传统医学的诊疗模式难以被现代医学理解，当中医与西医发生碰撞时，从表面上看激烈的争论都在围绕着中医的“科学”与“非科学”的问题展开，但本质上所有争端其实都源自于还原论思想与非还原论思想的激烈碰撞。
那么什么是还原论呢？
笛卡尔认为：要了解这个世界，必须将一个复杂问题尽可能细分为许多简单的部分，应该像伽利略那样对每一个部分都加以测量，无法测量的部分必须把它分解为可以测量的形式。最后，还必须将各个部分罗列出来，确定没有遗漏任何因素，如此才能获致一个可靠的结论。
后来西方科学的发展，正是沿着笛卡尔所规划的蓝图不断前进。
牛顿之前的科学家们对物理世界的各个部分进行了详细的测量，牛顿把这些研究成果罗列在一起，确定了力学世界的大多数规律都已经被总结出来，然后将它们进行了系统的归纳，最后提出了一个由牛顿运动定律和万有引力定律构成力学体系。
牛顿在自己的成就面前并没有忘记笛卡尔这位总设计师的功劳，他谦虚的说出了那句名言：
“如果我比笛卡尔看得远些,那是因为我站在巨人们肩上的缘故”。
运用牛顿的理论体系可以解释天地间繁杂的力学的现象，而天文学中一项惊人的发现更是将牛顿开创的物理学体系推向神坛——人类居然可以用牛顿的公式窥探到上帝的秘密。
1843年法国数学家勒威耶根据天王星的运行轨迹，推算出天文学界假想的一颗行星的位置，这颗行星的引力有可能干扰了天王星的运动，使得天王星的轨迹总与理论值不符。
勒威耶写信给德国天文学家伽勒，告诉他黄经325度的区域可以找到还没有人见过的太阳系第八颗行星。伽勒收到信当天晚上就迫不及待的把望远镜对准勒威耶告诉他的位置，几分钟之后海王星这颗新行星就被发现了。
牛顿力学在天文学等领域的辉煌成就，更加坚定了科学家们沿着笛卡尔道路前进的信念。而天文学的精确计算结果更使这样一幅图景在科学家们的思想中深深扎下根来：
整个世界就像一座巨大的时钟，每个齿轮的运动都有精确的规律，只要把齿轮一个个拆下来研究清楚它的属性，找到支配每一个部件运动的规律，我们就可以知道万物是怎么运行的，这个世界对人类将不再有秘密。
法国数学家兼天文学家拉普拉斯的一句名言充分的概括了这一观念：“如果给我宇宙中每一个粒子的位置和速度，我可以知道宇宙中将要发生的一切”。牛顿以后的两百年里，物理学家在牛顿构建的框架下通过实验又总结出了光、热、电、磁等现象的主要规律，并构建起了完整的理论系统。
2．
在物理学辉煌成就的激励下，整个西方科学建立起了一套探寻万物规律的基本模式：把事物剖析分解，通过实验研究清楚每个部件的运行规律，了解了所有的部件，我们就了解了整个世界—— “还原论”的科学思想成为指引现代科学不断前进的坚定信念。
现代医学诞生之初就被还原论所主宰。
笛卡尔在他的《论人》和《论胎儿的形成》两本书里就把人体视为机器，人的各种器官就同钟表里的齿轮和发条一样拨上弦它就能动，血液循环就是发动力。这一思想不断被后来的哲学家们引用并进行了更深入的阐述。
“心脏在人入睡时，不是一样机械地不断伸缩么？肺不就像一架鼓风的机器一样么？膀胱、直肠等等的括约肌，不是机械地发生作用么？……让我们勇敢地作出结论：人是一架机器”，这是十八世纪法国医生拉梅特里在《人是机器》一书中的描写，这部书否定了当时活跃在生理学领域的灵魂、活力等神秘思想，可谓生理学发展的一部宣言。
在“人是机器”这一理念的引领下，西方医学在还原论这条道路上取得了辉煌的成就。
生理学家们把人体这架机器拆开，研究每个部件的功能，从500年前用肉眼细致观察器官和组织，到300年前用显微镜观察细胞和细菌，到50年前用电子显微镜直接拍摄蛋白质分子和病毒的形态。
十九世纪末物理学家伦琴发现X光使活体研究人体构造成为可能，二十世纪相继出现的内窥镜、超声波诊断仪（B超）、计算机X线断层扫描（CT）、核磁共振成像等技术，使人类研究人体的手段发生了革命性的变化——人体在这些机器面前变得如同玻璃般透明，医生可以捕捉到人体内任何细微的变化
1953年物理学家克里克和生物学家沃森共同发现了DNA双螺旋结构，开创了生物学研究的新世纪。经过半个世纪的发展，生物学家们已经逐渐阐明了生命现象的最底层机制：氨基酸如何在基因的调控下组合成一个个具有特定功能的小齿轮——蛋白质分子，这些小齿轮又如何对细胞以致整个生命体发生影响。
2003年人类基因组计划完成，这个庞大工程绘制出的人类基因组图被誉为“人体的第二张解剖图”。这张图把基因密码完整展现在人类面前，既然人体的生长发育是从受精卵开始，在基因的调控下一步步有序完成的，那么我们完全有理由相信，掌握了基因的密码，只要有一天能够完全解读密码的意义，人类就可以完全掌握生命的奥秘。
从1543年意大利的维萨里出版世界上第一部解剖学专著《人体的构造》开始，西方医学揭开了人体这架机器的盖子（十分巧合的是，揭开天文学与物理学序幕的哥白尼的《天体运行论》也在同年出版）。460年以后人类基因组计划完成，现代科学已经把人体分解到构成他的最小齿轮。
现代生物学的辉煌成就使我们对医学的未来充满了幻想，我们不妨套用人们对十九世纪物理学成就的豪言壮语来形容当今生物学的盛况：
如果是蒲泊，他会像赞美牛顿那样赞美道：“生命的奥秘隐藏在黑暗之中，上帝说，让分子生物学去吧，于是世间变得光明”。
如果是拉普拉斯，他会说：“给我基因密码所有的意义，我将会知道生命中将要发生的一切”。
但是，在现代生物学光辉的照耀下，医学的天空真的就将一片晴朗吗？
3.
当大多数科学家坚信沿着还原论之路前进可以揭示大自然所有奥秘时，一只“蝴蝶”的出现彻底动摇了这一信念。
电影《蝴蝶效应》讲述了这样一个故事：男主角具有回到过去的神奇能力，当他发现生活不如意时他就回到过去，只需短短几分钟让某些对未来不利的小事发生改变，回到未来时他的生活就已经发生了翻天覆地的变化。但是事情的发展总是会出乎人的意料，当一些事情向好的方向转变时，总会有一些事情变得非常糟糕，于是主人公不得一次又一次回到过去……
看完这部电影的人都会深感震憾，虽然我们没有能力改变过去，但是回想起无数偶然的小事造就了我们现在的生活，其中任何一个事件发生微小改变就可能使我们生活在完全不同的世界中，这种感觉常令人不寒而栗。如果不是你的父母一次偶然的相遇，你就不会在这个世界上出现，沿着这条思路追溯到你的爷爷、奶奶、外公、外婆，再追溯到几百年前、几万年前的祖先，任何一个微小的改变都将让你在这个世界上消失……
事实上，在人类历史上有多少重大历史事件是由无数偶然事件造就的，例如若非慈禧太后一时虚荣，就不会挪用北洋水师军费庆祝大寿，军费没被挪用甲午海战就不会惨败，甲午战争不败可能今日中国早已成为超级强国……；如果1898年某个晚上，犹郁不决的袁世凯某根神经发生微妙改变，听从谭嗣同的劝告发动兵变，光绪就能掌握实权，光绪掌握实权中国就会走向维新，走向维新就不会有后来贫弱不堪……
回顾这些历史的瞬间，不由令人唏嘘不已。历史是不可以假设的，但是我们回顾历史却可以明白一个道理：一个极其细微的改变，可以让未来发生翻天覆地的变化。
电影《蝴蝶效应》的名字源自于现代系统理论中一个同名概念。
“蝴蝶效应”由美国气象学家爱德华•洛伦兹提出。1963年洛伦兹为了预报天气，根据大气运动规律建立了模拟大气运动的13个方程式，并编制了计算机程序对方程进行推演。完成第一次计算后，洛伦兹为了将计算结果提高到更高的精度，他把一个变量的初始值由0.506改为0.506127进行第二次计算。
按照传统思维方式，把初始条件提高到更高精度应该使气象预测的结果更准确，假如第一次计算结果是在未来10天内将有一场8-10级的台风，那么第二次输入了更精确的初始值，就应该可以精确算出这次台风究竟是8级、9级还是10级。
由于计算机运行很慢，洛伦兹就到咖啡馆喝咖啡等待，期待着新的结果在上次计算结果的小数点后几位略有改变。但从咖啡馆回来后，新的数据使他大吃一惊：如果第一次结果是旭日和风，那么第二次计算结果就是狂风暴雨！两次输入的初始数值只在小数点后第四位有微小差异，但最终结果却偏离了十万八千里！
洛伦兹在演讲中用这样的方式来形容两次计算的差异：“一只蝴蝶在巴西轻拍翅膀，可以导致一个月后德克萨斯州的一场龙卷风”，“蝴蝶效应”因此而得名。初始值的微小差异就好比蝴蝶扇了一下翅膀，在空气中产生了一个小小的漩涡，然而这个小小漩涡却可能在大气运行过程中被逐渐放大，最后演变为一场暴风骤雨。
“蝴蝶效应”深刻动摇了现代科学在“还原论”思维下树立起来的信念，它告诉我们：一架结构复杂的时钟永远不可能精确运行，因为一些微不足道的扰动足以使时钟运行方向完全改变，这种改变是人类无法预知的——即便我们精确掌握了时钟每个齿轮的运行规律。
4.
许多介绍“蝴蝶效应”的读物都喜欢引用这样一首欧洲民谣：
丢失一个钉子，坏了一只蹄铁；
坏了一只蹄铁，折了一匹战马；
折了一匹战马，伤了一位骑士；
伤了一位骑士，输了一场战斗；
输了一场战斗，亡了一个帝国。
小小的马蹄钉决定了一个国家的命运，这事听起来荒诞，但在历史故事中却不乏这样的例子。“大意失荆州”的故事里，荆州守兵收取了吴国的贿赂放任军队上岸，荆州很快被攻陷，关羽丢了性命，蜀国也痛失战略要地，刘备要为关羽报仇又遭遇了“火烧连营”惨败，蜀国由此盛极而衰；再如明朝末年，李自成攻下北京，他的部下占有了美女陈圆圆，导致吴三桂一怒之下放清军入关，这才有了大清三百年江山。
如果把这些历史故事层层剖析，考虑每个人每个事件在历史中的作用，往往可以把一个国家兴亡的原因最终追溯到一两件微不足道的小事上，荆州不知名小卒的一丝贪念引发了蜀国的衰落，李自成部下对陈圆圆美色的迷恋使得满清入主中原。于是我们幻想如果能够乘坐时间机器回到那些关键的时刻，就可以使历史发生戏剧性的变化。
这种说法虽然夸张，这正是现代医学通常采用的逻辑。
癌症是由“癌基因”引起的，控制“癌基因”就可以治愈癌症；艾滋病是由艾滋病病毒引起，杀死艾滋病毒就可以治愈艾滋病；中风是由血栓阻塞大脑血管引起，只要将血栓清除就可以防止中风……
疾病的发展过程虽然复杂，但病理研究可以把引发疾病的原因层层剖析，当病因分解到不能再分解时，现代医学专家们就相信找到了治愈疾病的根本途径，只要想办法消除癌基因、病毒、血栓这些终极病因就可以根除疾病。
不可否认现代医学沿着这条道路取得了辉煌成就，准确定位了细菌与病毒是各类传染病产生的原因，促使公共卫生水平大幅提高，有效杜绝了各类传染病的大规模传播；以青霉素为代表的抗生素能够直接杀死多种微生物，成为现代医学史上的一枚重磅炸弹；B超、CT扫描等先进诊断手段的出现，可以使医生准确把握人体器官的病变，当人体出现结石、组织增生等器质性病变时，往往可以“一切了之”，外科技术的不断进步也使得许多手术越来越安全可靠。
把疾病的成因分解、还原，找到疾病产生的终极原因并将其消灭，这种建立在还原论思想上的诊疗观念使得人类健康水平大为进步。据统计西方国家人类平均寿命从1840年的平均44岁增加到2000年的平均77岁，近160年来增加了33岁,这其中现代医学的进步功不可没。
但是沿着“还原论”的思想前进，单一的思维模式也导致现代医学对发病机制复杂的疾病束手无策。
大量不能分析出终极病因的疾病，大到精神分裂症、系统性红斑斓疮、美尼尔氏综合症、类风湿性关节炎，小到习惯性便秘、鼻炎、焦虑失眠，既然找不到病因也就无药可用，无肉可切；还有许多疾病的病因很明确，但就是找不到消除病因的有效方法，大到癌症、艾滋病、乙肝，小到痔疮、带状疱疹、牛皮癣，医学专家们可谓用尽浑身解数，但至今找不到有效的治疗方案。
在“人是机器”的观念指导下，现代医学还有一个治疗疾病的办法：虽然无法发现或消除病因，但可以确定疾病是由某些器官功能异常引起的，那么就想办法替代这些器官的功能。
血液流失了就输血、心脏不能正常搏动了就装起搏器、胰岛功能衰退了就定时定量注射胰岛素，这些方法无疑是人类与疾病斗争过程中的重大进步，例如心脏起搏器在欧美国家的广泛使用就使得这些国家因心脏病猝死的人数大幅下降。
但是目前沿着替代器官功能这条思路发明出来的诸多医疗手段常让人感觉毫无人性。
肾功能衰竭了就用人工肾透析、呼吸衰竭了就安装呼吸机、肝脏纤维化了就进行肝移植……这些方法治疗费用高昂，而且大都只能暂时缓解病人的症状而无法根除疾病，在给病人带来巨大痛苦和让他倾家荡产的同时，并不能让患者生命维持太长时间。
例如用人工肾透析一次的费用一般在500元左右，肾功能衰竭的病人需要终身透析，并且几乎每周都要透析一次，如此高昂的费用普通家庭根本无法承受。再以肝脏移植为例，现在的手术费用大约为30万，但肝移植病人的存活时间一般也就在5年左右——平均每年六万的费用超出了一个普通家庭一年的全部收入。甚至于医院利用这些先进技术究竟是在为病人解除病痛，还是趁人之危对病人进行搜刮掠夺，也成为了社会舆论越来越关注的问题。
在还原论指导下发展起来的现代医学体系，对人体机制强加干预的时候，是否违反了人体运行的宏观规律？将疾病成因分解、还原，消除终极病因或者替代器官功能，难道这是疾病治疗的唯一途径？
假设某国进口了一台极为重要的电子设备，政府专门成立了一个专家小组负责对它进行维护。有一天设备出现了故障，专家小组要修好这台设备，需要具备哪些条件呢？
首先，专家们应该清楚了解这台设备的电路图，了解整个装置的工作原理，以及每一个电子元件在电路中发挥的作用。其次，专家们应该根据发生故障的特征，推测可能是哪些元件出现了问题，然后对相关元件逐一检测，直到找到故障点。完成了以上步骤之后就可以将故障排除，例如加固松动的焊接点，或者更换损坏的元件。
对于修理一台机器来说，上述思路是完全正确的。
现代医学治疗疾病的思路也大致如此：弄清楚疾病发病的生理机制，把发病原因层层剖析，找到终极病因，最终将病因消除或者替代发生故障的组织器官。
然而生命体的复杂性决定了治疗疾病不可能采用和修理收音机相同的思路。因为对于医学来说，要修好一台收音机应该具备的条件，医学研究都难以实现。
首先，一幅完整的“电路图”对于目前的医学研究而言是遥不可及的，任何一个看似简单的生理过程，都可能需要成百上千的化学物质参与才能完成。例如，当不慎伤了手指的时候，血液会在伤口附近凝成血痂并自动止血，在这个看似简单的凝血和止血过程，目前认识到的直接参与其中的化学反应就有80多个，只要一个反应出了问题，血块就可能形成于不当的位置造成不堪设想的后果。这还只是直接参与凝血过程的化学反应，间接参与的更不计其数。
因此对医学研究而言，要完整阐述一个生理过程的全部细节几乎是不可能的事情。
面对如此复杂的事物，科学在过去物理、化学研究中的一贯方法是抓主事物的主要矛盾，忽略次要矛盾，将物理或化学过程理想化。
例如研究天体运动时通常将各种星体视为一个理想的圆球，根本不用考虑星球表面的山川深谷的分布；研究地球的公转运动时，很少考虑太阳系其它行星对地球的引力影响。
因为以往物理、化学当中处理的大多是性质、结构极为简单的事物，这种忽略次要矛盾的研究方法可以发挥巨大的效力，但当科学遇到的情况稍微复杂一点，“忽略次要矛盾”的方法就无能为力了。例如早在十九世纪，数学家庞加莱在研究三体问题时就证明了如果太阳系有两个太阳——只比现在稍微复杂一点，那么人类根本不可能精确预测行星未来的运行情况，任何一个在理论上被忽略的微小测量误差，都可能对行星的运行产生决定性影响。
而对于人体这样一个无比复杂的系统，那些被医学专家们忽视了的，或者至今还未被发现的“次要矛盾”，在“蝴蝶效应”的作用下经过层层放大，都有可能使生物理论的预期与实际结果产生巨大差异。
其次，即便人类经过不懈的努力，毫无遗漏的将生命过程的“电路图”完整描绘出来（这几乎是一件永远不可能实现的事情），仍然难以像修理收音机那样来“修理”人体。
因为收音机元件与元件之间的关联非常简单，一个部件毁损时很少波及其他元件，因此工程师只要将发生故障的部件修复，整个机器就能恢复正常运转。
然而人体的任何一个“部件”都生活在一个极为复杂的网络之中，当一个元件出现故障时，决不可能只是孤立的存在一个故障点，与之相联系的整个生理网络都有可能变化。一种疾病出现时，可能有数百个基因的表达同时发生变化，数十种细胞因子发生异常。一位医学生物学专家这样说道：
“每一疾病至少涉及到已证实的人类基因总数(2-2.5万个基因)的1-2%(即200-500个基因)。据我对急性中枢神经系统(脑和脊髓)损伤的基因表达研究中发现,总共有300多个不同基因在损伤后产生明显的表达改变。通过对这些基因的相互连接通路进行整合分析,发现这数百个生物分子被连接成了一个较大的生物信号传递调节网络，创伤后因大量生物分子异常改变所引起整个生物网络的平衡失调才是导致神经细胞不可逆死亡的真正原因”。
疾病出现时，很多与疾病间接关联的生理因素也决定着疾病的进程。例如对癌症而言，如果病人得知自己患了不治之症，将不久于人世，严重的精神打击会大大加速病人的死亡。
因此对于医学研究而言，难以像修理收音机那样找到有限的几个故障点，并试图通过清除一两个故障点来治愈发病机理复杂的疾病。
再次，即便某种疾病可以将发病原因集中到有限的几个故障点之上，但能否找到有效消除故障的方法，也是一个极大的难题。
因为医生治疗疾病，必然要通过药物或者手术介入到人体的运行机制中。但是任何介入手段都不可能单独作用于医学家们所预期的那几个靶点，而不对相关的其他“元件”发生干扰。然而“蝴蝶效应”告诉我们，一个微小的扰动，完全有可能产生难以预期的后果，因此当一种理论上成立的治疗措施加于病人时会产生怎样的后果，在未进行实践检验之前都是未知数。而且医疗方法作用的靶点接近微观层面，它产生的影响就越难以控制。
例如， IL-2是一种免疫细胞被激活后产生的细胞因子，体外试验发现这种细胞因子可以刺激T细胞生长，所以又将其称为T细胞生长因子。科学家利用基因敲掉技术令小鼠丧失了产生T细胞生长因子的能力，按照体外试验的结论预测，由于T细胞生长因子的缺失，这种小鼠T细胞的数量与功能将大大下降。但结果却完全相反，试验小鼠表现为T淋巴细胞大量增殖，淋巴结肿大，并表现出明显的自身免疫病症状。这说明T细胞生长因子一旦从整体中分离出来后，它所显示的功能与在体内细胞因子网络中的作用并不相同。
因此，当医生试图“修理”发生故障的“元件”时，不可避免要对人体产生预期外的干扰，而那些被忽略的微小影响，很有可能经过层层放大最终导致精心设计的治疗方案完全失效。
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在西方科学史上，伽利略和牛顿是两个里程碑式的人物，但在他们之间还有一个体弱多病法国人对西方科学产生过难以估量的影响。
他是一个旷世奇才，在物理学中他提出了动量守恒定律，在天文学中他提出了宇宙漩涡理论。他撰写的《人论》是西方第一本生理学教科书，他对心理现象的考察使得他被誉为心理学鼻祖。现在每个初中生都知道他发明了解析几何，而学者们谈论起他时总说他是近代西方哲学之父。
但这些都不是笛卡尔最大的成就，笛卡尔对后世最大的影响是为西方科学发展规划了蓝图，为科学大厦的建立搭起了脚手架。
笛卡尔的科学哲学观念中，一种被称为“还原论”的哲学思想对后世科学发展的影响最为深远，并几乎成为了现代生物学与医学发展的灵魂。而“还原论”思想深入到医学研究当中，这正是现代医学区别于一切传统医学的最大特征。
这种哲学思想上的差异，使得传统医学的诊疗模式难以被现代医学理解，当中医与西医发生碰撞时，从表面上看激烈的争论都在围绕着中医的“科学”与“非科学”的问题展开，但本质上所有争端其实都源自于还原论思想与非还原论思想的激烈碰撞。
那么什么是还原论呢？
笛卡尔认为：要了解这个世界，必须将一个复杂问题尽可能细分为许多简单的部分，应该像伽利略那样对每一个部分都加以测量，无法测量的部分必须把它分解为可以测量的形式。最后，还必须将各个部分罗列出来，确定没有遗漏任何因素，如此才能获致一个可靠的结论。
后来西方科学的发展，正是沿着笛卡尔所规划的蓝图不断前进。
牛顿之前的科学家们对物理世界的各个部分进行了详细的测量，牛顿把这些研究成果罗列在一起，确定了力学世界的大多数规律都已经被总结出来，然后将它们进行了系统的归纳，最后提出了一个由牛顿运动定律和万有引力定律构成力学体系。
牛顿在自己的成就面前并没有忘记笛卡尔这位总设计师的功劳，他谦虚的说出了那句名言：
“如果我比笛卡尔看得远些,那是因为我站在巨人们肩上的缘故”。
运用牛顿的理论体系可以解释天地间繁杂的力学的现象，而天文学中一项惊人的发现更是将牛顿开创的物理学体系推向神坛——人类居然可以用牛顿的公式窥探到上帝的秘密。
1843年法国数学家勒威耶根据天王星的运行轨迹，推算出天文学界假想的一颗行星的位置，这颗行星的引力有可能干扰了天王星的运动，使得天王星的轨迹总与理论值不符。
勒威耶写信给德国天文学家伽勒，告诉他黄经325度的区域可以找到还没有人见过的太阳系第八颗行星。伽勒收到信当天晚上就迫不及待的把望远镜对准勒威耶告诉他的位置，几分钟之后海王星这颗新行星就被发现了。
牛顿力学在天文学等领域的辉煌成就，更加坚定了科学家们沿着笛卡尔道路前进的信念。而天文学的精确计算结果更使这样一幅图景在科学家们的思想中深深扎下根来：
整个世界就像一座巨大的时钟，每个齿轮的运动都有精确的规律，只要把齿轮一个个拆下来研究清楚它的属性，找到支配每一个部件运动的规律，我们就可以知道万物是怎么运行的，这个世界对人类将不再有秘密。
法国数学家兼天文学家拉普拉斯的一句名言充分的概括了这一观念：“如果给我宇宙中每一个粒子的位置和速度，我可以知道宇宙中将要发生的一切”。牛顿以后的两百年里，物理学家在牛顿构建的框架下通过实验又总结出了光、热、电、磁等现象的主要规律，并构建起了完整的理论系统。
2．
在物理学辉煌成就的激励下，整个西方科学建立起了一套探寻万物规律的基本模式：把事物剖析分解，通过实验研究清楚每个部件的运行规律，了解了所有的部件，我们就了解了整个世界—— “还原论”的科学思想成为指引现代科学不断前进的坚定信念。
现代医学诞生之初就被还原论所主宰。
笛卡尔在他的《论人》和《论胎儿的形成》两本书里就把人体视为机器，人的各种器官就同钟表里的齿轮和发条一样拨上弦它就能动，血液循环就是发动力。这一思想不断被后来的哲学家们引用并进行了更深入的阐述。
“心脏在人入睡时，不是一样机械地不断伸缩么？肺不就像一架鼓风的机器一样么？膀胱、直肠等等的括约肌，不是机械地发生作用么？……让我们勇敢地作出结论：人是一架机器”，这是十八世纪法国医生拉梅特里在《人是机器》一书中的描写，这部书否定了当时活跃在生理学领域的灵魂、活力等神秘思想，可谓生理学发展的一部宣言。
在“人是机器”这一理念的引领下，西方医学在还原论这条道路上取得了辉煌的成就。
生理学家们把人体这架机器拆开，研究每个部件的功能，从500年前用肉眼细致观察器官和组织，到300年前用显微镜观察细胞和细菌，到50年前用电子显微镜直接拍摄蛋白质分子和病毒的形态。
十九世纪末物理学家伦琴发现X光使活体研究人体构造成为可能，二十世纪相继出现的内窥镜、超声波诊断仪（B超）、计算机X线断层扫描（CT）、核磁共振成像等技术，使人类研究人体的手段发生了革命性的变化——人体在这些机器面前变得如同玻璃般透明，医生可以捕捉到人体内任何细微的变化
1953年物理学家克里克和生物学家沃森共同发现了DNA双螺旋结构，开创了生物学研究的新世纪。经过半个世纪的发展，生物学家们已经逐渐阐明了生命现象的最底层机制：氨基酸如何在基因的调控下组合成一个个具有特定功能的小齿轮——蛋白质分子，这些小齿轮又如何对细胞以致整个生命体发生影响。
2003年人类基因组计划完成，这个庞大工程绘制出的人类基因组图被誉为“人体的第二张解剖图”。这张图把基因密码完整展现在人类面前，既然人体的生长发育是从受精卵开始，在基因的调控下一步步有序完成的，那么我们完全有理由相信，掌握了基因的密码，只要有一天能够完全解读密码的意义，人类就可以完全掌握生命的奥秘。
从1543年意大利的维萨里出版世界上第一部解剖学专著《人体的构造》开始，西方医学揭开了人体这架机器的盖子（十分巧合的是，揭开天文学与物理学序幕的哥白尼的《天体运行论》也在同年出版）。460年以后人类基因组计划完成，现代科学已经把人体分解到构成他的最小齿轮。
现代生物学的辉煌成就使我们对医学的未来充满了幻想，我们不妨套用人们对十九世纪物理学成就的豪言壮语来形容当今生物学的盛况：
如果是蒲泊，他会像赞美牛顿那样赞美道：“生命的奥秘隐藏在黑暗之中，上帝说，让分子生物学去吧，于是世间变得光明”。
如果是拉普拉斯，他会说：“给我基因密码所有的意义，我将会知道生命中将要发生的一切”。
但是，在现代生物学光辉的照耀下，医学的天空真的就将一片晴朗吗？
3.
当大多数科学家坚信沿着还原论之路前进可以揭示大自然所有奥秘时，一只“蝴蝶”的出现彻底动摇了这一信念。
电影《蝴蝶效应》讲述了这样一个故事：男主角具有回到过去的神奇能力，当他发现生活不如意时他就回到过去，只需短短几分钟让某些对未来不利的小事发生改变，回到未来时他的生活就已经发生了翻天覆地的变化。但是事情的发展总是会出乎人的意料，当一些事情向好的方向转变时，总会有一些事情变得非常糟糕，于是主人公不得一次又一次回到过去……
看完这部电影的人都会深感震憾，虽然我们没有能力改变过去，但是回想起无数偶然的小事造就了我们现在的生活，其中任何一个事件发生微小改变就可能使我们生活在完全不同的世界中，这种感觉常令人不寒而栗。如果不是你的父母一次偶然的相遇，你就不会在这个世界上出现，沿着这条思路追溯到你的爷爷、奶奶、外公、外婆，再追溯到几百年前、几万年前的祖先，任何一个微小的改变都将让你在这个世界上消失……
事实上，在人类历史上有多少重大历史事件是由无数偶然事件造就的，例如若非慈禧太后一时虚荣，就不会挪用北洋水师军费庆祝大寿，军费没被挪用甲午海战就不会惨败，甲午战争不败可能今日中国早已成为超级强国……；如果1898年某个晚上，犹郁不决的袁世凯某根神经发生微妙改变，听从谭嗣同的劝告发动兵变，光绪就能掌握实权，光绪掌握实权中国就会走向维新，走向维新就不会有后来贫弱不堪……
回顾这些历史的瞬间，不由令人唏嘘不已。历史是不可以假设的，但是我们回顾历史却可以明白一个道理：一个极其细微的改变，可以让未来发生翻天覆地的变化。
电影《蝴蝶效应》的名字源自于现代系统理论中一个同名概念。
“蝴蝶效应”由美国气象学家爱德华•洛伦兹提出。1963年洛伦兹为了预报天气，根据大气运动规律建立了模拟大气运动的13个方程式，并编制了计算机程序对方程进行推演。完成第一次计算后，洛伦兹为了将计算结果提高到更高的精度，他把一个变量的初始值由0.506改为0.506127进行第二次计算。
按照传统思维方式，把初始条件提高到更高精度应该使气象预测的结果更准确，假如第一次计算结果是在未来10天内将有一场8-10级的台风，那么第二次输入了更精确的初始值，就应该可以精确算出这次台风究竟是8级、9级还是10级。
由于计算机运行很慢，洛伦兹就到咖啡馆喝咖啡等待，期待着新的结果在上次计算结果的小数点后几位略有改变。但从咖啡馆回来后，新的数据使他大吃一惊：如果第一次结果是旭日和风，那么第二次计算结果就是狂风暴雨！两次输入的初始数值只在小数点后第四位有微小差异，但最终结果却偏离了十万八千里！
洛伦兹在演讲中用这样的方式来形容两次计算的差异：“一只蝴蝶在巴西轻拍翅膀，可以导致一个月后德克萨斯州的一场龙卷风”，“蝴蝶效应”因此而得名。初始值的微小差异就好比蝴蝶扇了一下翅膀，在空气中产生了一个小小的漩涡，然而这个小小漩涡却可能在大气运行过程中被逐渐放大，最后演变为一场暴风骤雨。
“蝴蝶效应”深刻动摇了现代科学在“还原论”思维下树立起来的信念，它告诉我们：一架结构复杂的时钟永远不可能精确运行，因为一些微不足道的扰动足以使时钟运行方向完全改变，这种改变是人类无法预知的——即便我们精确掌握了时钟每个齿轮的运行规律。
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许多介绍“蝴蝶效应”的读物都喜欢引用这样一首欧洲民谣：
丢失一个钉子，坏了一只蹄铁；
坏了一只蹄铁，折了一匹战马；
折了一匹战马，伤了一位骑士；
伤了一位骑士，输了一场战斗；
输了一场战斗，亡了一个帝国。
小小的马蹄钉决定了一个国家的命运，这事听起来荒诞，但在历史故事中却不乏这样的例子。“大意失荆州”的故事里，荆州守兵收取了吴国的贿赂放任军队上岸，荆州很快被攻陷，关羽丢了性命，蜀国也痛失战略要地，刘备要为关羽报仇又遭遇了“火烧连营”惨败，蜀国由此盛极而衰；再如明朝末年，李自成攻下北京，他的部下占有了美女陈圆圆，导致吴三桂一怒之下放清军入关，这才有了大清三百年江山。
如果把这些历史故事层层剖析，考虑每个人每个事件在历史中的作用，往往可以把一个国家兴亡的原因最终追溯到一两件微不足道的小事上，荆州不知名小卒的一丝贪念引发了蜀国的衰落，李自成部下对陈圆圆美色的迷恋使得满清入主中原。于是我们幻想如果能够乘坐时间机器回到那些关键的时刻，就可以使历史发生戏剧性的变化。
这种说法虽然夸张，这正是现代医学通常采用的逻辑。
癌症是由“癌基因”引起的，控制“癌基因”就可以治愈癌症；艾滋病是由艾滋病病毒引起，杀死艾滋病毒就可以治愈艾滋病；中风是由血栓阻塞大脑血管引起，只要将血栓清除就可以防止中风……
疾病的发展过程虽然复杂，但病理研究可以把引发疾病的原因层层剖析，当病因分解到不能再分解时，现代医学专家们就相信找到了治愈疾病的根本途径，只要想办法消除癌基因、病毒、血栓这些终极病因就可以根除疾病。
不可否认现代医学沿着这条道路取得了辉煌成就，准确定位了细菌与病毒是各类传染病产生的原因，促使公共卫生水平大幅提高，有效杜绝了各类传染病的大规模传播；以青霉素为代表的抗生素能够直接杀死多种微生物，成为现代医学史上的一枚重磅炸弹；B超、CT扫描等先进诊断手段的出现，可以使医生准确把握人体器官的病变，当人体出现结石、组织增生等器质性病变时，往往可以“一切了之”，外科技术的不断进步也使得许多手术越来越安全可靠。
把疾病的成因分解、还原，找到疾病产生的终极原因并将其消灭，这种建立在还原论思想上的诊疗观念使得人类健康水平大为进步。据统计西方国家人类平均寿命从1840年的平均44岁增加到2000年的平均77岁，近160年来增加了33岁,这其中现代医学的进步功不可没。
但是沿着“还原论”的思想前进，单一的思维模式也导致现代医学对发病机制复杂的疾病束手无策。
大量不能分析出终极病因的疾病，大到精神分裂症、系统性红斑斓疮、美尼尔氏综合症、类风湿性关节炎，小到习惯性便秘、鼻炎、焦虑失眠，既然找不到病因也就无药可用，无肉可切；还有许多疾病的病因很明确，但就是找不到消除病因的有效方法，大到癌症、艾滋病、乙肝，小到痔疮、带状疱疹、牛皮癣，医学专家们可谓用尽浑身解数，但至今找不到有效的治疗方案。
在“人是机器”的观念指导下，现代医学还有一个治疗疾病的办法：虽然无法发现或消除病因，但可以确定疾病是由某些器官功能异常引起的，那么就想办法替代这些器官的功能。
血液流失了就输血、心脏不能正常搏动了就装起搏器、胰岛功能衰退了就定时定量注射胰岛素，这些方法无疑是人类与疾病斗争过程中的重大进步，例如心脏起搏器在欧美国家的广泛使用就使得这些国家因心脏病猝死的人数大幅下降。
但是目前沿着替代器官功能这条思路发明出来的诸多医疗手段常让人感觉毫无人性。
肾功能衰竭了就用人工肾透析、呼吸衰竭了就安装呼吸机、肝脏纤维化了就进行肝移植……这些方法治疗费用高昂，而且大都只能暂时缓解病人的症状而无法根除疾病，在给病人带来巨大痛苦和让他倾家荡产的同时，并不能让患者生命维持太长时间。
例如用人工肾透析一次的费用一般在500元左右，肾功能衰竭的病人需要终身透析，并且几乎每周都要透析一次，如此高昂的费用普通家庭根本无法承受。再以肝脏移植为例，现在的手术费用大约为30万，但肝移植病人的存活时间一般也就在5年左右——平均每年六万的费用超出了一个普通家庭一年的全部收入。甚至于医院利用这些先进技术究竟是在为病人解除病痛，还是趁人之危对病人进行搜刮掠夺，也成为了社会舆论越来越关注的问题。
在还原论指导下发展起来的现代医学体系，对人体机制强加干预的时候，是否违反了人体运行的宏观规律？将疾病成因分解、还原，消除终极病因或者替代器官功能，难道这是疾病治疗的唯一途径？
假设某国进口了一台极为重要的电子设备，政府专门成立了一个专家小组负责对它进行维护。有一天设备出现了故障，专家小组要修好这台设备，需要具备哪些条件呢？
首先，专家们应该清楚了解这台设备的电路图，了解整个装置的工作原理，以及每一个电子元件在电路中发挥的作用。其次，专家们应该根据发生故障的特征，推测可能是哪些元件出现了问题，然后对相关元件逐一检测，直到找到故障点。完成了以上步骤之后就可以将故障排除，例如加固松动的焊接点，或者更换损坏的元件。
对于修理一台机器来说，上述思路是完全正确的。
现代医学治疗疾病的思路也大致如此：弄清楚疾病发病的生理机制，把发病原因层层剖析，找到终极病因，最终将病因消除或者替代发生故障的组织器官。
然而生命体的复杂性决定了治疗疾病不可能采用和修理收音机相同的思路。因为对于医学来说，要修好一台收音机应该具备的条件，医学研究都难以实现。
首先，一幅完整的“电路图”对于目前的医学研究而言是遥不可及的，任何一个看似简单的生理过程，都可能需要成百上千的化学物质参与才能完成。例如，当不慎伤了手指的时候，血液会在伤口附近凝成血痂并自动止血，在这个看似简单的凝血和止血过程，目前认识到的直接参与其中的化学反应就有80多个，只要一个反应出了问题，血块就可能形成于不当的位置造成不堪设想的后果。这还只是直接参与凝血过程的化学反应，间接参与的更不计其数。
因此对医学研究而言，要完整阐述一个生理过程的全部细节几乎是不可能的事情。
面对如此复杂的事物，科学在过去物理、化学研究中的一贯方法是抓主事物的主要矛盾，忽略次要矛盾，将物理或化学过程理想化。
例如研究天体运动时通常将各种星体视为一个理想的圆球，根本不用考虑星球表面的山川深谷的分布；研究地球的公转运动时，很少考虑太阳系其它行星对地球的引力影响。
因为以往物理、化学当中处理的大多是性质、结构极为简单的事物，这种忽略次要矛盾的研究方法可以发挥巨大的效力，但当科学遇到的情况稍微复杂一点，“忽略次要矛盾”的方法就无能为力了。例如早在十九世纪，数学家庞加莱在研究三体问题时就证明了如果太阳系有两个太阳——只比现在稍微复杂一点，那么人类根本不可能精确预测行星未来的运行情况，任何一个在理论上被忽略的微小测量误差，都可能对行星的运行产生决定性影响。
而对于人体这样一个无比复杂的系统，那些被医学专家们忽视了的，或者至今还未被发现的“次要矛盾”，在“蝴蝶效应”的作用下经过层层放大，都有可能使生物理论的预期与实际结果产生巨大差异。
其次，即便人类经过不懈的努力，毫无遗漏的将生命过程的“电路图”完整描绘出来（这几乎是一件永远不可能实现的事情），仍然难以像修理收音机那样来“修理”人体。
因为收音机元件与元件之间的关联非常简单，一个部件毁损时很少波及其他元件，因此工程师只要将发生故障的部件修复，整个机器就能恢复正常运转。
然而人体的任何一个“部件”都生活在一个极为复杂的网络之中，当一个元件出现故障时，决不可能只是孤立的存在一个故障点，与之相联系的整个生理网络都有可能变化。一种疾病出现时，可能有数百个基因的表达同时发生变化，数十种细胞因子发生异常。一位医学生物学专家这样说道：
“每一疾病至少涉及到已证实的人类基因总数(2-2.5万个基因)的1-2%(即200-500个基因)。据我对急性中枢神经系统(脑和脊髓)损伤的基因表达研究中发现,总共有300多个不同基因在损伤后产生明显的表达改变。通过对这些基因的相互连接通路进行整合分析,发现这数百个生物分子被连接成了一个较大的生物信号传递调节网络，创伤后因大量生物分子异常改变所引起整个生物网络的平衡失调才是导致神经细胞不可逆死亡的真正原因”。
疾病出现时，很多与疾病间接关联的生理因素也决定着疾病的进程。例如对癌症而言，如果病人得知自己患了不治之症，将不久于人世，严重的精神打击会大大加速病人的死亡。
因此对于医学研究而言，难以像修理收音机那样找到有限的几个故障点，并试图通过清除一两个故障点来治愈发病机理复杂的疾病。
再次，即便某种疾病可以将发病原因集中到有限的几个故障点之上，但能否找到有效消除故障的方法，也是一个极大的难题。
因为医生治疗疾病，必然要通过药物或者手术介入到人体的运行机制中。但是任何介入手段都不可能单独作用于医学家们所预期的那几个靶点，而不对相关的其他“元件”发生干扰。然而“蝴蝶效应”告诉我们，一个微小的扰动，完全有可能产生难以预期的后果，因此当一种理论上成立的治疗措施加于病人时会产生怎样的后果，在未进行实践检验之前都是未知数。而且医疗方法作用的靶点接近微观层面，它产生的影响就越难以控制。
例如， IL-2是一种免疫细胞被激活后产生的细胞因子，体外试验发现这种细胞因子可以刺激T细胞生长，所以又将其称为T细胞生长因子。科学家利用基因敲掉技术令小鼠丧失了产生T细胞生长因子的能力，按照体外试验的结论预测，由于T细胞生长因子的缺失，这种小鼠T细胞的数量与功能将大大下降。但结果却完全相反，试验小鼠表现为T淋巴细胞大量增殖，淋巴结肿大，并表现出明显的自身免疫病症状。这说明T细胞生长因子一旦从整体中分离出来后，它所显示的功能与在体内细胞因子网络中的作用并不相同。
因此，当医生试图“修理”发生故障的“元件”时，不可避免要对人体产生预期外的干扰，而那些被忽略的微小影响，很有可能经过层层放大最终导致精心设计的治疗方案完全失效。
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