用人工神经网络研究情志活动异常时下丘脑垂体卵巢轴紊乱机理

1、 罗来成,黄榕波,王建红【摘要】下丘脑是情志活动重要的调控脑区。情志活动异常时下丘脑神经内分泌免疫物质发生变化，它们参与HP轴功能的复杂调控。文章提出用人工神经网络分析下丘脑对HP轴的调控，以讨论情志异常时HP轴紊乱机理。【关键词】人工神经网络情志异常HP轴Abstrat:Thehypthalausisaniprtantbrainalreginfsentient-ntrlTheneurendrineiunesubstaneshangedhilebEingsentientabnralityThesubstanesereinvlvedinregulatingfplexntrlThispaperst

2、atesastudyethdfartifiialneuralnetrknhypthalausntrlthypthalai-pituitary-varianaxis，frseekingtheehanisfhypthalai-pituitary-varianaxisdisrderhilesentientabnralityKeyrds:Artifiialneuralnetrk;Sentientabnrality;Hypthalai-pituitary-varianaxis中医情志致病机理的研究一直是中医现代化研究的热点，但由于研究思路或分析方法的局限，似乎还没有获得打破。本文以情志活动异常时下丘脑-

3、垂体-卵巢hypthalai-pituitary-varian，HP轴功能改变为切入点，认为下丘脑是情志活动重要的调控脑区，而情志活动异常时下丘脑神经内分泌免疫物质发生变化，它们参与调控HP轴功能，提出将人工神经网络用于研究情志活动异常时HP轴紊乱，以讨论其机理。1中医的情志致病与现代医学的心理应激损伤的一致性“情志,是中医学的特有名词,是对现代心理学中情绪的特有称谓。长期综合的情志活动异常可引起复杂的体内变化并引发疾玻中医的情志致病与现代医学的慢性心理应激损伤是一致的。慢性心理应激损伤可以视为中医情志活动异常，容易引起下丘脑-垂体-靶腺轴功能变化，包括HP轴紊乱，妇科临床上称之为卵巢功能降低

4、，它包括一大类妇科内分泌疾病，如闭经、月经紊乱、不孕症、卵巢早衰、无排卵等，此类疾病严重困扰女性安康和生活质量。中医认为卵巢功能降低与“肾有亲密关系，强调肾虚是该病的根本原因，治疗上多以补肾为主。现代中西医结合根底研究说明，“肾与HP轴、与生殖内分泌相关1,2，情志活动异常可引起生殖内分泌的改变3，继而引发上述妇科内分泌疾玻现代医学认为，神经内分泌系统与免疫系统之间形成一个网络，并有许多研究提示下丘脑是该网络枢纽4,5，肾虚是由于介导网络平衡功能的相关物质基因表达出现异常，使神经内分泌免疫网络的功能失衡6,7。2情志活动异常时下丘脑神经内分泌免疫物质的关系复杂在生殖神经内分泌免疫网络中，下丘脑

5、的促性腺激素释放激素(gnadtrpinreleasinghrne,GnRH)是调节HP轴、调节生殖内分泌活动的关键因子，下丘脑促肾上腺皮质激素释放因子(rtitrpinreleasingfatr,RF)、-内啡肽(-Endrphin,-End)、白介素-1(interleukin-1,IL-1)参与调节GnRH的分泌。情志活动异常慢性心理应激损伤情况下，可引起下丘脑-垂体-肾上腺hypthalai-pituitary-adrenal，HPA轴激活8，通过RF的作用或经-End9,10或经IL-1抑制11GnRH的分泌，使HP轴紊乱，导致卵巢功能降低。而且在下丘脑-End神经元上存在雌激素受体

6、(estrgenreeptr,ER)12和孕激素受体prgesternereeptr,PR13，雌激素、孕激素在对GnRH的反响调节中，-End起主要作用；体内重要生物信息物质一氧化氮nitrixidesynthase，N也与生殖轴的调控有亲密关系1417，N介导了许多雌激素的生物学作用。甚至在下丘脑视上核一氧化氮合酶nitrixidesynthase，NS与ER双染神经元表达共存。心理应激后血中N浓度明显降低，因此影响到生殖功能。而免疫细胞产生的细胞因子IL-1是免疫系统与神经内分泌系统互相联络的枢纽因子18，在下丘脑表达IL-1受体19，IL-1是参与生殖内分泌活动的重要细胞因子20，情志

7、活动异常心理应激损伤情况下，血浆IL-1增多21，而且下丘脑IL-1也增多22，血浆中增多的IL-1可透过血脑屏障进入脑内,下丘脑IL-1可抑制促性腺激素释放激素的信使核糖核酸(gnadtrpinreleasinghrneessengerribnuleiaid,GnRHRNA)的表达2325，从而影响到HP轴，造成卵巢功能降低。目前，有关下丘脑的重要物质RF、IL-1、-EP中单独某一因素与GnRHRNA关系的研究，已有不少资料911,20,23,24，但是多个因素共同与GnRHRNA和HP轴功能关系的研究未见任何报道，可能是生物体内多因素相关分析的难度所致。而实际上，大量的生物学实验证实,生

8、物因子很少单独起作用,它们倾向于成组的通过网络交互作用而影响生物系统的功能。因此，有必要积极寻找先进的分析方法或数学模型来提醒这种生物体内的多元非线性相关问题，以进一步说明情志致病的复杂生物学机制。3人工神经网络适于分析下丘脑的多元非线性相关下丘脑是情志活动重要的调控脑区。情志活动异常可通过HPA轴使下丘脑生殖神经内分泌免疫网络平衡破坏，尤其是在下丘脑介导这一网络平衡的重要神经内分泌免疫物质如IL-1，-End，RF，ER，PR，NS与GnRHRNA表达和HP轴互相关系失衡，造成紊乱。人工神经网络是近年来非常流行的一种系统建模方法，特别是其对非线性系统具有良好的逼进才能，以及并行性、容错性、自

9、学习和自适应等性质，使其在系统建模、控制、信号处理、形式识别中得到广泛应用2628,尤其在模拟复杂系统方面人工神经网络具有独到之处，因此把人工神经网络应用生物系统将具有其它方法无法比拟的优点。3.1建立RBF模型本例中采用目前最流行的一种神经网络径向基函数网络(RadialBasisFuntinNetrk，RBF)建立下丘脑重要神经内分泌免疫物质与GnRHRNA表达与HP轴调控关系模型。以RF，IL-1，-End，E2R，PR和NS等下丘脑神经内分泌免疫物质，以及HPA轴功能指标作为RBF的输入向量，GnRHRNA、HP轴功能指标作为RBF的输出，按照学习算法将训练集输入到网络中对网络进展训练

10、。再分别采用梯度下降学习算法、竞争学习算法和概率学习算法对RBF进展训练，对RBF的算法进展优化。建立的RBF模型如图1。图1RBF模型略3.2建立带反响的RBF模型进一步研究GnRHRNA表达和HP轴功能对模型的反响影响，建立下丘脑重要神经内分泌免疫物质与GnRHRNA表达和HP轴功能关系的带反响人工神经网络模型。把RBF网络输出GnRHRNA表达和HP轴功能也作为网络输入参加到RBF的输入向量中，建立如图2的带反响的RBF模型。图2带反响的RBF模型略3.3模型优化根据统计学习理论，模型的行为与模型的复杂性亲密相关，降低模型的系统复杂性可以明显改善模型的行为，当RBF的输入向量维数较大时，需要增加隐藏层神经元的个数，从而使RBF的复杂性大大进步，可应用独立成分分析(IndependentpnentAnalysis，IA)对输入因子进展分析，过滤输入因子中的冗余成分，降低网络的系统复杂性，到达进步网络准确性的目的。模型优化后更加明确下丘脑神经内分泌免疫物质与HP轴的关系，即情志活动异常时HP轴紊乱机理。4结语情志致病机理非常复杂，在情志活动异常时，下丘脑异常变化的神经内分泌免疫物质不止