基于生物網(wǎng)絡的智能控制與優(yōu)化研究進展
丁永生1，2
（1東華大學信息科學與技術學院，上海210020；2東華大學數(shù)字化紡織服裝技術教育部工程研究中心，上海201620）
摘 要：生物網(wǎng)絡在生物系統(tǒng)中扮演著維持動態(tài)平衡的重要角色，受其啟發(fā)可提出多種新穎的智能控制和優(yōu)化的理論與技術。為此，對這一研究領域進行了較系統(tǒng)的綜述，主要包括受免疫網(wǎng)絡、神經(jīng)內(nèi)分泌網(wǎng)絡、神經(jīng)內(nèi)分泌免疫網(wǎng)絡、生物整體網(wǎng)絡等研究領域啟發(fā)而形成的控制理論、技術及其應用方法。未來基于生物網(wǎng)絡的智能控制與優(yōu)化，將更加注重對上述生物網(wǎng)絡間互連融合以及協(xié)同機制的進一步挖掘，及其在控制理論和工程方面的創(chuàng)新應用，同時充分吸收生物學****成果，抽象并產(chǎn)生多種新型生物智能控制器及其控制方法，以更好地滿足復雜系統(tǒng)對智能系統(tǒng)的應用需求。
關鍵詞：智能系統(tǒng)；生物網(wǎng)絡；神經(jīng)內(nèi)分泌免疫網(wǎng)絡；智能控制；智能優(yōu)化
中圖分類號：tp 27 文獻標識碼：a
1引言
現(xiàn)代復雜信息環(huán)境中的復雜系統(tǒng)控制，要求研究開發(fā)智能化程度更高、實用性更強的智能控制優(yōu)化算法。智能控制技術的發(fā)展離不開對自然界中各種生揚，尤其是人類智能行為的研究。人體信息處理系統(tǒng)可視為一個****的生物信息處理系統(tǒng)，包括腦神經(jīng)系統(tǒng)、遺傳系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)和內(nèi)分泌系統(tǒng)等。基于上述各系統(tǒng)及其功能特點，已提出了包括人工神經(jīng)網(wǎng)絡、遺傳算法、人工免疫系統(tǒng)在內(nèi)的多種智能計算和控制結(jié)構(gòu)，而對基于內(nèi)分泌系統(tǒng)信息處理機制的人工內(nèi)分泌系統(tǒng)的研究則起步不久。
神經(jīng)系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)和免疫系統(tǒng)是人體三大生理調(diào)節(jié)系統(tǒng)，分別完成調(diào)整人體器官功能、調(diào)節(jié)新陳代謝速度以及消除入侵抗原的任務。它們共同組成了神經(jīng)內(nèi)分泌免疫網(wǎng)絡，通過復雜的調(diào)節(jié)和協(xié)同機保持體內(nèi)生理穩(wěn)態(tài)。近年來，基于免疫網(wǎng)絡、神經(jīng)內(nèi)分泌網(wǎng)絡、神經(jīng)內(nèi)分泌免疫網(wǎng)絡、生物整體網(wǎng)絡等系統(tǒng)的多種生物調(diào)節(jié)機制，結(jié)合傳統(tǒng)控制理論和各種智能控制與優(yōu)化技術，從智能控制、學習控制、解耦控制、優(yōu)化控制和網(wǎng)絡控制等幾方面對相關智能控制及其優(yōu)化算法進行了較全面的研究。本文將對這一領域做較全面的總結(jié)，從而可在此基礎上開展進一步的研究，滿足復雜系統(tǒng)對智能系統(tǒng)的應用需求。
2生物神經(jīng)內(nèi)分泌免疫系統(tǒng)的基本原理
1977年提出神經(jīng)內(nèi)分泌免疫網(wǎng)絡( nei)學說以來，神經(jīng)、內(nèi)分泌、免疫三大系統(tǒng)之間的相互關系曼到廣泛關注。隨著分子生物學的發(fā)展，已逐步認識到nei網(wǎng)絡是生物機體內(nèi)存在的精密完整復雜的調(diào)節(jié)體系。它是一種多維立體網(wǎng)絡調(diào)控機構(gòu)，由神經(jīng)、內(nèi)分泌、免疫三大信息傳遞系統(tǒng)通過信息（細胞因子、激素、化學遞質(zhì)等）聯(lián)系調(diào)節(jié)著各器官、系統(tǒng)的功能，使它們的活動在空間和時間上嚴密組織起來，互相配合，互相制約，從而達到整體功能的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。神經(jīng)、內(nèi)分泌、免疫三大信息傳遞系統(tǒng)之間有相互作用的介導物質(zhì)和共同的生物學語言。在這一網(wǎng)絡中不但存在結(jié)構(gòu)上的聯(lián)系，更重要的是功能上的相互影晌，相互溝通，相互協(xié)調(diào)。目前已經(jīng)證實，神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)同免疫系統(tǒng)間有著密切的雙向調(diào)節(jié)聯(lián)系，形成神經(jīng)內(nèi)分泌免疫網(wǎng)絡。下丘腦和神經(jīng)垂體是神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)對免疫系統(tǒng)調(diào)節(jié)的最上層機構(gòu)（或稱為決策層），它可以直接或間接對免疫系統(tǒng)發(fā)生作用。
三者之間的相互作用，如圖1所示。
神經(jīng)、內(nèi)分泌和免疫三大系統(tǒng)雖有各自不同的功能，但在維持機體內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定方面具有相似的活動規(guī)律及調(diào)節(jié)方式，它們相互作用協(xié)調(diào)形成一個緊密聯(lián)系的復雜網(wǎng)絡。神經(jīng)系統(tǒng)、內(nèi)分泓系統(tǒng)和免疫系統(tǒng)三者之間通過細胞因子、激素和受體進行雙向信息傳遞和相互作用，使人體內(nèi)部的各種生理指標處于一種穩(wěn)定狀態(tài)。神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)同免疫系統(tǒng)間有著密切的雙向調(diào)節(jié)聯(lián)系，形成神經(jīng)內(nèi)分泌免疫網(wǎng)絡。神經(jīng)內(nèi)分泌能調(diào)控免疫，免疫亦能調(diào)控神經(jīng)內(nèi)分泌，三者形成完整的調(diào)節(jié)網(wǎng)絡，見圖1。神經(jīng)系統(tǒng)處于整個控制網(wǎng)絡的****層，內(nèi)分泌系統(tǒng)和免疫系統(tǒng)接受神經(jīng)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制。當機體受到外來抗原的侵襲時，免疫系統(tǒng)首先通過免疫應答來清除外界抗原：若有與抗原匹配的抗體，則該類型抗體大量繁殖并消除抗原；如果沒有相應的抗體，則抗體群相互協(xié)同 |
