第1章计算机与医药信息学课件.ppt

1、第第1章章 计算机与医药信息学计算机与医药信息学Computer & Medical Informatics医药信息技术课程建设小组出品第1章 计算机与医药信息学计算机概述循证医学与医药信息技术医药信息与医药信息学医药信息素养n1.1 计算机概述 计算机的起源 计算机的发展过程 计算机的分类 计算机科学的发展趋势 计算机在医药学中的应用 计算机的起源计算工具最初的珠算算盘，发展到计算尺，到机械计算机，再到电动计算机等 1. 最早的计算工具 l算筹 ：世界上最古老的计算工具 ，类型有竹筹、木筹、铁筹、玉筹和牙筹 。计算的时候摆成纵式和横式两种数字，按照纵横相间的原则表示任何自然数，从而进行加、减

2、、乘、除、开方以及其他的代数计算 l算盘：制作简单、价格低廉、运算方便，配以易学易记的珠算口决等优点，长盛不衰。 1573年，我国徐心鲁写了第一本系统介绍珠算算法的书 ，1592年程大位又写了直指算法统宗等，这都加速了算盘的推广，使珠算流传到了很多国家 玻璃算筹玻璃算筹象牙算筹象牙算筹（陕西旬阳出土）（陕西旬阳出土）算筹的摆法及简单运算算筹的摆法及简单运算2. 计算器的发明 17世纪法国大思想家帕斯卡的父亲曾担任税务局长，当时的币制不是十进制，在计算上非常麻烦。帕斯卡为了协助父亲，利用齿轮原理，发明了第一台可以执行加减运算的计算器。后来，德国数学家莱布尼兹加以改良，发明了可以做乘除运算的计算器

3、 3. 电子计算机的问世 1946年2月15日，世界上第一台通用电子数字计算机埃尼阿克（ENIAC）在美国研制成功，由1.8万个电子管组成，重量达30多吨，占地有两三间教室般大，运算速度为每秒5 000次加法运算 机械式加法机机械式加法机ENIAC(Electronic Numerical Integrator And Computer )重大事件：l1906年，美国人Lee De Forest发明电子管，为电子计算机的发展奠定了基础l1924年2月，IBM公司成立，从此一个具有划时代意义的公司诞生 l1937年，英国剑桥大学的Alan M.Turing（19121954年）出版了他的论文，并

4、提出了被后人称之为“图灵机”的数学模型 所谓的图灵机就是指一个抽象的机器所谓的图灵机就是指一个抽象的机器，它有一条无限长的纸带，纸带分成，它有一条无限长的纸带，纸带分成了一个一个的小方格，每个方格有不了一个一个的小方格，每个方格有不同的颜色。有一个机器头在纸带上移同的颜色。有一个机器头在纸带上移来移去。机器头有一组内部状态，还来移去。机器头有一组内部状态，还有一些固定的程序。在每个时刻，机有一些固定的程序。在每个时刻，机器头都要从当前纸带上读入一个方格器头都要从当前纸带上读入一个方格信息，然后结合自己的内部状态查找信息，然后结合自己的内部状态查找程序表，根据程序输出信息到纸带方程序表，根据程序

5、输出信息到纸带方格上，并转换自己的内部状态，然后格上，并转换自己的内部状态，然后进行移动。进行移动。 计算机的发展过程l大型主机阶段：20世纪4050年代。先后经历了电子管数字计算机、晶体管数字计算机、集成电路数字计算机和大规模集成电路数字计算机的发展历程l小型计算机阶段：20世纪6070年代 。满足中小企业事业单位的信息处理要求 l微型计算机阶段：20世纪7080年代。 1976年美国苹果公司成立，1977年就推出了Apple II计算机，大获成功。1981年IBM推出IBM-PC，此后它经历了若干代的演进，占领了个人计算机市场 计算机的历史只有短短60多年，但它的发展之迅速，普及之广泛，对

6、整个社会和科学技术影响之深远，是任何学科所不及的 。计算机的发展可以分为以下几个阶段： l客户机/服务器阶段：即C/S阶段。 1964年IBM与美国航空公司建立了第一个全球联机订票系统，标志着计算机进入了客户机/服务器阶段，这种模式至今仍在大量使用 lInternet阶段：也称互联网、因特网、网际网阶段。互联网即广域网、局域网及单机按照一定的通信协议组成的国际计算机网络。、“网络即是计算机” ，当带宽瓶颈被进一步“撬开”时，所有的应用、网络服务，甚至操作系统都不需要被安装到PC上，PC的计算能力变得越来越不重要，重要的是连接所有计算资源的纽带网络 l云计算时代：“云”就是计算机群，每一群包括了

7、几十万台、甚至上百万台计算机。云计算被视为“革命性的计算模型”，是软件业的未来模式，企业与个人用户无需再投入昂贵的硬件购置成本，只需要通过互联网来购买租赁计算力 计算机的分类l服务器：能通过网络，对外提供服务，其高性能主要表现在高速度的运算能力、长时间的可靠运行、强大的外部数据吞吐能力等方面 ，是网络的节点，在网络中起到举足轻重的作用 l工作站：主要面向专业应用领域，具备强大的数据运算与图形、图像处理能力，属于一种高档的微机 l台式机：非常流行的微型计算机，相同价位台式机的性能相对比笔记本电脑要强l笔记本电脑：小型、可携带的个人计算机 ，也称手提电脑或膝上型电脑（港台地区则称之为笔记型电脑），

8、分为商务型、时尚型、多媒体应用、特殊用途等 4类l手持设备：种类较多，如PDA、智能手机、3G手机、EeePC等，其特点是体积小计算机分类的方法有很多种 ，下面从实际应用的角度，以硬件为标志对计算机进行分类 ：l通用计算机系统的技术要求是高速、海量的数值计算；技术发展方向是总线速度的无限提升，存储容量的无限扩大 l嵌入式计算机系统将计算机嵌入到对象体系中，实现的是对象的智能化控制，技术发展方向是与对象系统密切相关的嵌入性能、控制能力与控制的可靠性 嵌入式计算机系统与通用计算机系统 的区别： 嵌入式计算机系统则走的是单芯片化道路，迅速地将传统的电子系统发展到智能化的现代电子系统时代 计算机科学的

9、发展趋势l量子计算机 ：一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置u利用一种链状分子聚合物的特性来表示开与关的状态，利用激光脉冲来改变分子的状态，使信息沿着聚合物移动，从而进行运算u数据用量子位存储。由于量子叠加效应，一个量子位可以是0或1，也可以既存储0，又存储1u能够实行量子并行计算，其运算速度可能比目前个人计算机的Pentium 芯片快10亿倍 提高计算机的性能的途径有两个：一是提高器件速度，二是并行处理 1. 从计算机的性能变化方向来预测 量子计算机中的量子位量子计算机中的量子位2007年年D-Wave公司宣传的公司宣传的量子计算机量子计算机2007年英国

10、哥伦比亚公司年英国哥伦比亚公司推出的量子计算机雏形推出的量子计算机雏形l光子计算机 ：即全光数字计算机，以光子代替电子，光互连代替导线互连，光硬件代替计算机中的电子硬件，光运算代替电运算u光计算机的“无导线计算机”信息传递平行通道密度极大。一枚直径5分硬币大小的棱镜，它的通过能力超过全世界现有电话电缆的许多倍u超高速电子计算机只能在低温下工作，而光计算机在室温下即可开展工作 u光计算机还具有与人脑相似的容错性 u世界上第一台光计算机已由欧共体的英国、法国、比利时、德国、意大利的70多名科学家研制成功，其运算速度比电子计算机快1 000倍 l分子计算机 ：遗传物质DNA分子是一条双螺长链，链上布

11、满了“珍珠”，即核苷酸。DNA分子计算机就是用这些“珍珠”的排列来表示各种信息。DNA计算机的工作原理是以瞬间发生的化学反应为基础，通过和酶的相互作用，将反应过程进行分子编码，对问题以新的DNA编码形式加以解答 u最大的优点在于其惊人的存储容量和运算速度。1m3的DNA溶液，可存储1万亿亿的二进制数据。十几个小时的DNA计算，相当于所有计算机问世以来的总运算量uDNA计算机的功能之所以强大，就在于每个链本身就是一个微型处理器 l纳米计算机 ：目前计算机使用的硅芯片已经到达其物理极限，体积无法再小，通电和断电的频率无法再提高，耗电量也无法再减少。解决这个问题的途径是研制“纳米晶体管”，并用这种纳

12、米晶体管来制作纳米计算机。据估计纳米计算机的运算速度将是现在的硅芯片计算机的1.5万倍，而且耗费的能量也要减少很多。应用纳米技术研制的计算机内存芯片，其体积不过数百个原子大小，相当于人的头发丝直径的千分之一近年来更明显的趋势是，网络化与向各个领域的渗透，即在广度上的发展开拓。国外称这种趋势为普适计算（Pervasive Computing）或叫无处不在的计算 2. 从计算机应用的广度来预测 随着物联网概念的提出，计算机应用的广度无疑宽大得难以想象 。物联网就是物物相连的互联网，它是通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接

13、起来，进行信息交换和通信 计算机从应用的深度方向发展，也就是向信息的智能化发展。自从1956年提出“人工智能”以来，计算机在智能化方向迈进的步伐不尽人意。计算机“思维”的方式与人类思维方式有很大区别，人机之间的间隔还不小。人类还很难以自然的方式（如语言、手势、表情等）与计算机打交道 3. 从计算机应用的深度来预测 计算机在医药学中的应用l医院信息系统 ：采集、管理医院各类信息，实现信息共享的计算机网络系统，包括医院信息管理系统、临床信息系统、办公自动化系统、医院网站等 。代表性的建设项目有卫生部医院管理研究所主持开发的“中国医院信息系统”和解放军总后勤部卫生部主持开发的军队HIS系统 计算机已

14、经开始向医药卫生领域的各个角落进行渗透，其主要应用如下： l远程医疗 ：远程医疗是指利用计算网络进行远程医疗监护、远程协同会诊、远程协同手术和治疗等u远程医疗的一个发展方向是利用人工智能技术通过自动远程医疗实现先进的治疗，如：在自动远程治疗过程中，通过比较病人的实时数据和历史数据，可在合理范围内自动调节关键药物剂量u机器人手术是远程医疗发展的另一个方向。目前，通过使用可消除人手正常抖动的操纵杆，医生能够进行本地机器人手术，从而帮助外科医生更精确地进行精密手术 l医学决策支持系统 ：医学决策支持系统是将医学知识应用到某一患者的特定问题上，在管理学、运筹学、控制论和行为科学的指导下，以计算机技术、

15、仿真技术和信息技术为手段，建立的具有决策智能的人机交互系统 u医学专家系统就是一种典型的医学决策支持系统，是国内计算机医学应用最活跃的领域之一。与医学相关的专家系统可以依其功能分为诊断、治疗或监测（Monitor）之用 。如MYCIN传染性疾病的鉴别诊断系统可经由一连串的交谈式数据输入来协助诊断感染性疾病并建议用以治疗此病的抗生素种类及剂量 u80年代末期，出现了几个具有庞大知识库与人机交互界面友好的、并可在PC或Macintosh等个人计算机上运行的医学诊断专家系统，其中犹他大学的Iliad（Warner，1985年）以大型医院信息系统中的决策模块为雏型发展出来的。据估计，仅仅为了搜集及转化

16、医学知识，研究人员在Iliad上已花费了约10 000工时，至今每天仍有46位各科的主管医生在犹他大学的知识工程室中不断地改进及扩张其知识库 l计算机辅助药物研究 ：以计算机为工具，充分利用有关药物及其生物大分子靶标的知识，通过理论模拟、计算和预测，来指导和辅助新型药物分子的设计和发现，以缩短药物的开发周期 ，如：虚拟高通量筛选 技术。美国千年药物公司模建了ACE-2（血管紧张素转换酶2）的三维结构，据此设计了ACE-2抑制剂，仅用不到两年的时间，就发现了一个药物，进入I期临床研究，而用传统方法发现这样的药物一般要花费10年或更多的时间 。计算机辅助药物设计技术已应用于中药及其复方的研究 l智

17、能化医疗仪器的研制 ：目前已有各类智能化医疗仪器获得应用，如电子温度计、电子血压计、心电功能监护仪、生化分析仪、电子计算机断层扫描仪（CT）、核磁共振仪（NMR）、正电子发射成像（PET）、单光子发射成像（SPECT）和刀等。智能化医疗仪器的研制已开始迈向移动、便携、网络化、系统化模式，各种面向特殊人群的智能化医疗系统、健康照护系统陆续研制成功。如：研究人员正试验使用医疗人工智能和传感器网络，开发一个系统，帮助老年痴呆患者过上更幸福、健康和安全的生活 l医学图像分析 ：医学图像分析是用计算机对医学图像进行自动处理、特征抽取和分类的技术。分析的主要对象是人体细胞涂片图像、人体各部位的X射线照片和

18、超声图像。近年来，在这一领域又掀起了新的研究热潮，主要研究方向有图像分割、图像校准（Registration）、结构分析、运动分析，及近年来出现的图像引导手术（Image Guided Surgery）等 。目前，三维生物医学图像重建与显示已经开始在临床工作中得到普遍应用。三维医学图像重建技术可以从二维图像中获取三维的结构信息，能够弥补影像成像设备在成像上的不足，为用户提供具有真实感的三维图形 l医学数据处理 ：医学统计软件包的诞生把广大医学科技工作者从繁琐的数据计算中解脱出来，同时提高了数据处理结果的准确性、可靠性和科研管理水平u近十余年来，随着计算机技术的飞速发展，大信息量资料的储存、检索

19、、整理，以及抽样模拟已成为可能 u随着卫生统计学的充实与完善，在处理方法上，用计算机处理，解决了过去人工难以解决的许多统计问题，如多因素分析中的矩阵运算、求特征根等的复杂计算 u在信息利用率上，用计算机处理，大大地扩大了分析容量 u目前常用的医学数据处理软件有Sas、Spss、Excel等。由于Microsoft Office的Excel软件应用广泛，使用方便，已经成为医学数据处理中最基本的应用软件 l基于网络的医药信息检索 ：可以通过网络查阅病例、就医指导、医疗保健指导等医药信息 n1.2 医药信息与医药信息学 医药信息及其分类 计算机与医药信息的获取 计算机与医药信息的处理 计算机与医药信

20、息的分析 计算机与医药信息的利用 医药信息学 医药信息及其分类分为3大类： l医药公用信息 ：指不涉及病人隐私权的医药信息和不属于内部管理机构的医药管理信息，包括医药学情报、书籍、期刊、医疗卫生档案，以及医学决策支持信息、医药卫生年鉴、政府公布医药卫生统计信息等各种文字、图像、音频、视频 l医药临床信息 ：以病人临床数据为核心的系列临床诊疗信息，包括临床信息（病人信息、医嘱信息、护理信息等）、临床检验信息、临床检查信息、医学影像信息以及与治疗有关的信息l医药管理信息 ：包括医药卫生机构组织信息、医药技术管理信息、物资与设备管理信息、医药卫生机构经济管理信息、教学科研管理信息、人事人才管理信息、

21、后勤保障服务管理信息等医药信息涉及的学科包括：l基础医药学l临床医学l预防医学l临床专科与辅助学l生物医学 计算机与医药信息的获取信息是由数据推演而来。数据是通过不同方式的观察采集而来的。 当前，医药数据的采集不断朝着自动化方向迈进以临床为例，临床观察阶段的任务就是获取数据，更确切地说，是获取能提供相关决策信息的数据，以减少关于病人疾病的不确定性。可用的方法有：参考病人的既往病史、体格检查、血样分析或生物学信号的记录等。绝大多数情况下，通过使用不同方式与方法得到的数据，就能获得关于病人状况的全貌医药信息的自动获取是计算机在医学中应用的一个大课题，如何保证所获信息的正确性，是医药科技工作者与计算

22、机科学工作者深入合作的动力 计算机与医药信息的处理医药信息处理的任务是通过对表示信息的数据进行解释加工，确定数据的含义和形式，从中得到有用信息 在医学临床与科学研究过程中，信息处理就是对已收集医药数据集进行存储、检索、统计、分类、传输等操作。医药科技人员最常做的医药信息处理工作就是医药数据分析，医药数据分析的核心环节是数据检索、数据统计、数据挖掘及数据的可视化表达等 将信息正确地显示给用户是理解信息的基本条件。通常专用的医药信息处理软件能让用户以最方便和明确的方式提取相关医药信息。现代计算机技术并不只限于用表格和图形的方式来显示数据，它也可以用多媒体的方式来表示数据，如利用声音和影片等方式 计

23、算机与医药信息的分析医药信息分析是指从混沌的医药信息中萃取出有用的信息，从表层医药信息中发现相关的隐蔽信息，从过去和现在的医药信息中推演出未来的医药信息；从部分医药信息中推知总体的医药信息，以揭示相关医药信息的结构和发展规律 医药信息分析的目的是为医药科学决策服务的。医药信息分析方法包含对医药信息研究过程中所采用的一切方法和技巧。常规的医药信息分析方法大都是从卫生统计学中获得，但随着信息技术在医疗卫生领域的深入应用，获取的医学数据是呈几何级数增长的。面对海量的信息和数据，由此产生了集统计学、数据库、机器学习等技术为一体的数据挖掘分析技术，数据挖掘和知识发现的科研活动在医药卫生领域已得到逐步开展

24、 计算机与医药信息的利用医药信息利用，是指如何有效地利用所获得的医药信息来解决临床与科研中的各种问题，不断地自我更新知识，并能用新信息提出解决问题的新方案在信息时代的今天，从海量数据中获取信息、进而变为自己的知识，是许多医药学科技工作者的愿望 ,科学而有效地利用医药信息的一种重要技术就是医药信息检索 大量的在线数据库作为一种重要的信息资源，目前已普遍得到人们的重视，应用也越来越广泛 ，如医学文献数据库、生物医学文献数据库、期刊全文数据库、电子刊物数据库等 医药信息学从某种意义上可以说，计算机科学可以分为理论计算机科学与应用计算机科学两部分。应用计算机科学可以无所不包，计算机医学应用则是其中之一

25、，它是医药信息学成为独立学科前的初级发展阶段 医药信息学是应用系统分析工具来研究医药学的管理、过程控制、决策和对医药知识科学分析的科学，是计算机科学、信息科学与医学的交叉学科，应用性强又不乏自身基础理论的研究 医药信息学致力于研究与医学、医疗服务和公共卫生相关数据、信息及知识的处理和利用，其精髓是数据、信息和知识以及它们贯穿并应用于医学、医疗服务及公共卫生这3个领域 数据、信息与知识：l数据：对能被人或机器用来交流、解析和运作处理的所观察到的资料或概念的表述 l信息：指从数据中提炼出来的有价值且可被利用的事实 l知识：可被用来获得见识或解决问题所必备的事实及其内在联系 医药信息学应用的关键是信

26、息技术在医药卫生领域的广泛而深入地推进 ，其与计算机技术关联 的示意图如下页所示：医医药药信信息息学学与与计计算算机机技技术术关关联联的的示示意意图图 n1.3 循证医学与医药信息技术 循证医学的概念 医药信息技术对循证医学实践的影响 循证医学对中医数字化发展的启示 循证医学的概念90年代发展形成起来的一门新兴医学学科，也是近年来国际临床医学界倡导的学科发展方向之一 ，其理论和方法借助于现代科学技术，是临床流行病学、计算机科学、信息科学和临床医学相结合的典范 循证医学是一种临床医学模式，是研究如何合理、正确地利用最新的相关信息（证据）进行临床决策的一门医学学科。简单地说就是“遵循证据的医学”

27、。其核心思想是：任何医疗决策（如医生开处方，专家制定治疗方案或医疗指南，政府机构制订医疗卫生政策等）都应基于客观的临床科学依据，根据现有的最可靠的研究证据（结果）进行，证据及其质量是循证医学的核心 面临的问题：如何充分利用专家的宝贵经验，结合循证医学的客观医疗证据，并让患者积极参与到医疗决策中来，从而对患者做出最有效的治疗方案，达到最佳的临床效果 医药信息技术对循证医学实践的影响循证医学实践的过程离不开数字化医疗，医院的数字化医疗系统对整个循证医学的实践过程有极大的帮助。 医师从病人信息的采集到作出医疗决策的过程中，循证医学的理念贯穿于整个医疗决策程序，数字化信息的获取和传送在该决策过程中起着

28、极为重要的作用 计算机技术、网络通信技术，尤其是因特网技术的迅速发展，为循证医学的研究和实践提供了重要的支撑条件，各种与循证医学相关的数据库为医学信息的获取提供了重要的系统资源 循证医学对中医数字化发展的启示传统中医学领域存在的问题：l中医药领域中有大量的行之有效的临床实践经验有待挖掘，名老中医个性化的诊治经验亟需继承与总结，如何使其与严格的临床随机对照实验所获得的直接证据有机结合？ l如何将中医症状、体征等“软指标”与现代医学理化检查所得的“硬指标”相结合？ l如何从现有大量的中医药的临床研究资料中获取循证医学所需的最佳证据？ l如何在充分发挥中医药的整体观和辨证论治的前提下，借用循证医学方

29、法，使中医药的疗效评价体系更加客观化、标准化，从而得到世界医学界的认同？ 这些问题获得解决的技术关键是中医药信息化事业的大力推进，医学信息资源的数量、质量及基础设施和使用条件将直接影响中医药学的发展 n1.4 医药信息素养 医药信息素养的内涵 医药信息技能培养的内容与方式 医药信息素养的内涵信息素养是指在信息社会中，人们所具备的信息处理所需的实际技能和对信息进行筛选、鉴别和使用的能力。包括4个方面 ：l信息意识 ：包括尊重知识、全新的时空观、未来意识、创新意识等 l信息知识 ：指一切与信息活动有关的基本理论、知识和方法 l信息能力 ：指医务人员收集信息、分析信息、处理信息、呈现信息以及利用信息

30、解决实际问题的能力 l信息道德 ：指在信息活动中，医药工作者应自觉遵守的道德准则和信息法律法规 这4个要素之间的关系是：信息意识是先导，信息知识是基础，信息能力是核心，信息道德是保证 医药信息技能培养的内容与方式医学生的信息技能主要包括如下几个方面 ：l医药信息的收集、归纳、整理与展示能力 l资源管理能力 l基本的医学数据分析能力 l高级数据分析能力 l业务知识的数字化表达能力（数据建模技术）及团队合作能力 培养医药信息技能的方式方法 ：l逐步深入 l注重实践 l勇于探索l黑箱模型 l着重方法 附：十大最不可思议的计算机附：十大最不可思议的计算机 1. 光计算机光计算机n光线传输编码信息不足为

31、奇，因为全球通信全部光线传输编码信息不足为奇，因为全球通信全部依靠光缆来传输，但用光信号来处理数据和进行依靠光缆来传输，但用光信号来处理数据和进行计算还是不切实际的。计算还是不切实际的。n研究光计算机还是值得做的，因为使用光能加快研究光计算机还是值得做的，因为使用光能加快计算机的速度和处理的数据量。计算机的速度和处理的数据量。 n但对光的诱捕、储存以及操作依然非常困难。但对光的诱捕、储存以及操作依然非常困难。n美国伊利诺伊州立大学美国伊利诺伊州立大学保罗保罗布劳恩布劳恩等人的研究等人的研究让我们更接近这一目标。他们已经研制成一款让我们更接近这一目标。他们已经研制成一款三维光学波导光子晶体三维光

32、学波导光子晶体，可以诱捕光，使其降，可以诱捕光，使其降低速度，并在锐角转角处让光弯曲，而不必担低速度，并在锐角转角处让光弯曲，而不必担心光逃逸。心光逃逸。n同时，美国哈佛大学的同时，美国哈佛大学的米哈伊尔米哈伊尔卢金卢金已经开发已经开发出一种出一种光晶体管光晶体管，可以让单个光子从一个光信，可以让单个光子从一个光信号转换成另外一个光信号。号转换成另外一个光信号。 蝴蝶中的光子晶体可启发研制光计算机 n 如果你不再想打破所有传统计算的规则，那么量子计算方式将最为现实。n量子计算不使用传统计算的基本信息比特，而利用量子机械效应量子机械效应创造创造量子比特量子比特，可实现平行平行计算计算，并且随着量

33、子比特数的增加，它们处理数据的速度将呈指数形式上升，将能完成现代计算机所不能完成的事情，比如快速分解大质数、破解密码锁等。 2. 量子计算机量子计算示意图 nDNA可能是完成计算的最完美材料。nDNA计算的创始人是美国南加州大学的莱昂那多阿德莱曼教授，他于1994年利用DNA计算方法解决了一个著名的数学难题“七顶点哈密尔顿路径”。n最近，科学家们开始利用DNA计算来创造生物计算机，放在人体或生物体工作，其计算结果可通过荧光蛋白的活动来读取。 3. DNA计算机科学家研制的DNA计算机 4. 可逆计算机n可逆计算通过恢复恢复和重新利用丢失数据重新利用丢失数据的这些能量能量来减少计算机的能耗。n美

34、国佛罗里达大学的迈克尔迈克尔弗兰克弗兰克正在开发这样一种方法：每个输入操作都会产生一个输出信号，将输出信号的能量保存起来，为新的信号输入提供能量，从而创造出一种零零热量产生热量产生的计算方式。 5. 撞球计算机 n传统的计算涉及电子通过电路内部每一个分子时产生的连锁反应连锁反应，而科学家们正在尝试其它种类的连锁反应，包括多米诺或者大理石的连锁反应。 n 但是制作这样的微处理器可能需要很大空间，除非多米诺或者大理石也很小。n美国IBM公司的研究人员已经开始实验这种逻辑电路，通过使用使用原子互相撞击传递信息原子互相撞击传递信息。尽管这种逻辑门只能使用一次，但是它却比现有的最小晶体管还要小很多。 I

35、BM研究撞球计算 6. 神经元计算 n研究神经元通常是指模仿人类大脑模仿人类大脑的计算方式。芝加哥西北大学的费尔迪南多莫沙-伊万迪正在研究如何利用七鳃鳗的大脑细胞控制机器人。 n从机器人身上的光敏感元件上输出信号传递给神经元，神经元的反馈再反过来用来控制机器人的动作。n此外，英国纽卡斯尔大学的神经学家克莱尔林德受星球大战电影中记录的一只蝗虫的启发，开发出一种非常精确的故障排除系统。美国国防部高级研究计划署近来正在利用飞蛾大脑的电子元件，尝试遥控半机械昆虫间谍飞蛾。 电子甲虫示意图 7. 核磁共振计算机n如果你知道如何操作水，那么每杯水就是一台电脑。n英国约克大学的苏珊斯特尼及其同事使用核核磁共

36、振强磁场磁共振强磁场来控制和观察分子的交互作用，这种方法能够以三维方式表现信息。n如果研究能够成功，只要一杯水就可以模拟大气。然而这个研究小组只完成了原理证明。 一杯水能完成大气模拟8. Glooper计算机 n这可能是最不可思议的计算机之一，它使用gloopware当硬件。n英国西英格兰大学的安德鲁亚当马特兹可以在一种化学制剂中制造干涉离子波，其行为要充当逻辑门。此波通过脉冲循环化学反应产生。n亚当马特兹已经展示其化学逻辑门可用于制造机器手臂。当机器人手指进行模仿动作时，化学反应就被触发，进而控制这只手。 n即使像粘菌这样的原始生物也可以被用来解决现今计算机难以处理的问题。日本北海道大学的T

37、oshiyuki Nakagaki及其同事首次证实粘菌能够找到最短路线通过迷宫。 n 在他们的试验中，一种阿米巴门原生质粘菌起初也是尝试所有路径走出迷宫的。当这种生物找出最短路径通往有食物的出口时就不再找别的路线了，直奔食物去了。n对于计算机专家们来说，这是一个非常有趣的实验，可解决行销推销员的问题。 9. 霉变计算机 这种阿米巴门原生质粘菌可走出迷宫 n最不可思议的就是计算机竟然以水波为动力。英国苏塞克斯大学的克莉森西娅费尔南多等利用波动箱和高架摄像机，用水波动模式制造出一种逻辑门，称作“异或门（exclusive OR gate）”。n人造神经网络感知器可以模仿一些逻辑门，但不能模仿异或门。费尔南多实现了这种逻辑门的工作原理。 10. 水波计算机 湖南中医药大学计算机系湖南中医药大学计算机系李曼（Mavis Lee） 出品 本章结束本章结束 谢谢大家谢谢大家 The End Thank you