轉子

[拼音]：shengwu kongzhilun

[英文]：biocybernetics

應用控制論的思想和方法研究生物系統的調節、控制和資訊處理規律的學科，是控制論的一個分支學科。

發展概況

18世紀末，生物學家已開始認識調節和控制對生物機體的重要作用。1948年，美國著名數學家N.維納將通訊和控制系統與生物機體中的某些控制機制進行類比，概括出兩類系統的共同規律，創立了控制論這一新興學科。在控制論發展初期是以研究共同規律為主，生物系統僅作為其中一個主要背景。50年代末到60年代初，人們開始應用控制論的方法和觀點解決生理和病理機制等具體問題，並取得了一定的成效，在神經系統資訊處理的研究中也取得了重要進展。到60年代中期，維納與J.P.謝德合編《生物控制論進展》，彙集了控制論在生物醫學的許多不同領域中的應用，從而確立了生物控制論作為控制論的一個分支學科的地位。

主要內容和方法

反饋在生物系統正常工作中起著重要的作用。例如脊髓癆病人，由於病毒破壞了本體感受器的反饋，就產生運動失調，從而不能完成撿拾物體的動作。生物控制論不僅可定性地確定生理和病理機制，而且著重從系統的、定量的、動態的角度研究生物系統。生物反饋系統的定量的和動態的研究，是生物控制論的重要內容。為此需要建立描述各種生物系統的控制和資訊處理過程的繁簡不同的數學模型並進一步加以分析或進行系統模擬，這是生物控制論的主要方法。例如，60年代初,佐川喜一應用頻率特性測試方法,確定了血壓控制的腦缺血迴路的數學模型，得到系統產生振盪的條件，從而對上世紀已發現的腦瘤病人的血壓振盪現象作出了合理的解釋。現在已有用 400多個方程描述整個血液迴圈系統的數學模型，用計算機模擬獲得了許多關於迴圈系統的定量的和動態的知識。運動、呼吸、體溫、泌尿和各種內分泌等基本生理系統都已有了控制論的數學模型，而且已有綜合迴圈、體液調節、呼吸和泌尿系統的輸液過程的數學模型，能用系統模擬方法探討最優輸液方案。近年來現代控制理論在生物醫學中的應用發展很快。例如，應用系統辨識方法可以獲得生物系統的參量。由於生物體的特性有個體差別和隨時間變化的特點，這些參量可以反映個體的特徵，為精確的診斷和最優治療提供依據。

神經元與神經網路的研究是生物控制論研究的另一重要內容，已經提出了近百種不同型別的神經元模型。神經網路的模型研究也取得了很大的進展，已有能對具有 8000個神經元和80000個突觸的神經網路進行模擬的計算機專用程式。以神經元的突觸可塑性假設為基礎的各種聯想儲存器模型的研究，受到人們高度重視。對於感覺系統中資訊傳遞、編碼和加工等過程的模型和分析也已有了較深入的研究。這些研究構成生物控制論的重要分支──神經控制論的主要內容。

應用

生物控制論除了用來闡明生物系統的機理外，還可應用於解決醫學中的實際問題。例如，應用最優控制理論確定藥物和放射療法的最優方案，用自適應控制方法保證手術病人血壓的穩定，合理設計生物電控制假肢和解決人工臟器的控制問題等。近年來，在醫療中開始應用顯示體內生理參量，通過訓練達到自我控制機體狀態的生物反饋方法。這種方法對於治療高血壓和神經痛等疾病已取得一定的療效。生物控制論還可以為設計測量與估計人體在不同情況下(如體育訓練、航天飛行)的狀態的自動裝置提供科學依據（見生物醫學工程）。

展望

生物體是具有不同結構層次的大系統。在各結構層次中,從亞細胞、細胞、組織、器官直至機體,都存在著控制和調節。從生物控制論的觀點來看，生命控制系統是極其複雜的多層次的容錯的自組織系統。現在僅在機體水平上進行了一些研究，其他各結構層次上的控制和調節的內在機制尚待作進一步的定量的與動態的研究。利用生物控制論的研究成果，促使醫療保健向縱深方向發展，特別是利用生物反饋的方法來防治某些神經精神性疾病，也是完全可能的。應用生物控制論的原理和方法，來揭開生命之謎，這是當代最重要的研究課題之一。

參考書目

N.Wiener and J.P.Schade,progress in Biocybernetics,Elsevier Publ.Co.,New York,1964～1966.