反饋控制系統——是重點的再強調也不為過
體內的控制系統?
機器的自動控制或動物(包括人)體內的各種功能調節，都可以看成是其內部各組成部分之間的信息傳送過程。運用數學和物理學的原理和方法，分析研究機器和動物(包括人)體內的控制和通信的一般規律的學科，稱為控制論(cybernetics)。從控制論的觀點分析，人體內的控制系統可分為非自動控制系統、反饋控制系統和前饋控制系統三類。
?(一)非自動控制系統 在非自動控制系統中，控制部分發出指令控制受控部分的活動，而其自身的活動不受來自受控部分或其他糾正信息的影響，因而它不起自動控制的作用。非自動控制系統在人體生理功能調節中較為少見。
?(二)反饋控制系統在這類控制系統中，控制部分發出指令控制受控部分的活動，而控制部分自身的活動又接受來自受控部分返回信息的影響。由受控部分發出的信息反過來影響控制部分的活動，稱為反饋(feedback) 。反饋有負反饋和正反饋兩種形式。反饋控制系統是一個閉環系統(closed-loop system)，因而具有自動控制的能力。
?1．負反饋 受控部分發出的反饋信息調整控制部分的活動，最終使受控部分的活動朝著與它原先活動相反的方向改變，稱為負反饋(negative feedback)。人體內的負反饋極為多見，在維持機體生理功能的穩態中具有重要意義。動脈血壓的壓力感受性反射就是一個極好的例子。當動脈血壓升高時，可通過反射抑制心臟和血管的活動，使心臟活動減弱，血管舒張，血壓便回降；相反，當動脈血壓降低時，也可通過反射增強心臟和血管的活動，使血壓回升，從而維持血壓的相對穩定。須指出的是，在神經調節、體液調節和自身調節的過程中有許多環節都可通過負反饋而實現自動控制，人體生理活動中有很多這樣的例子。負反饋控制都有一個調定點(set point)。調定點是指自動控制系統所設定的一個工作點，使受控部分的活動只能在這個設定的工作點附近的一個狹小範圍內變動。如正常動脈血壓的調定點約為100mmHg，當各種原因使血壓偏離調定點時，即可通過上述反饋控制(壓力感受性反射)，使血壓回到正常水平，從而維持正常血壓的相對穩定。調定點並非永恆不變，而是在一定情況下可發生變動，這稱為重調定(resetting)。例如，當高血壓患者的血壓持續升高時，血壓調定點可上移，此時動脈血壓可在較高水平上保持相對穩定，表明壓力感受性反射在高血壓情況下仍能行使其調節功能，只是工作點水平有所變動。
?2．正反饋 受控部分發出的反饋信息促進與加強控制動相同的方向改變，稱為正反饋(positive feedback)。正反饋遠不如負反饋多見，其意義在於產生「滾雪球」效應，或促使某一生理活動過程很快達到高潮並發揮最大效應。如在排尿反射過程中，當排尿中樞發動排尿後，由於尿液刺激了後尿道的感受器，後者不斷發出反饋信息進一步加強排尿中樞的活動，使排尿反射一再加強，直至尿液排完為止。在病理情況下出現的惡性循環也是一種正反饋，如發生心衰時，由於心臟射血無力，心室搏出量減少，射血後殘留在心室內的血量增多，結果導致心室擴大和心肌耗氧量增多，心臟因負擔加重，收縮力進一步減弱。如此反覆，最終將導致死亡。
? (三)前饋控制系統 控制部分在反饋信息尚未到達前已受到糾正信息(前饋信息)的影響，及時糾正其指令可能出現的偏差，這種自動控制形式稱為前饋(feed-forward) 。體內前饋控制的例子有很多。例如在寒冷環境中，當體溫降低到一定程度時，便會刺激體溫調節中樞，使機體的代謝活動加強，產熱增加，同時皮膚血管收縮，使體表散熱減少，於是體溫回升。但實際上正常人的體溫是非常穩定的。因為除上述反饋控制外，還有前饋控制的參與，人們可根據氣溫降低的有關信息，通過視、聽等感覺器官傳遞到腦，腦就立即發出指令增加產熱活動和減少機體散熱。這些產熱和散熱活動並不需要等到寒冷刺激使體溫降低以後，而是在體溫降低之前的外觀、氣味等有關信號在食物進入口腔之前就能引起唾液、胃液分泌等消化活動；運動員在到達運動場地尚未開始比賽之前，循環和呼吸活動就已發生改變改變等，都屬於條件反射，也屬於前饋控制。正常人將手伸向某一預定目標時的動作十分準確而穩定。在進行這一動作的過程中，於中樞發出運動指令的同時，通過前饋控制，可使受控的肌群收縮活動受到一定製約，手不會不及目標，也不會超越目標。當然，在這一動作過程中，除前饋控制外，還有反饋控制，即肌肉和關節不斷發回反饋信息，也有糾正中樞指令的作用。但假如只有反饋而無前饋，肌肉運動時將出現震顫，動作將不能快速、準確和協調地進行。可見，反饋具有「滯後」和「波動」的缺點，而前饋則較快速，並具有預見性，因而適應性更大。但前饋控制有時會發生失誤，這是前饋控制的一個缺點，如見到食物後引起唾液和胃液分泌，然而可能因為某種原因，結果並沒有真正吃到食物，則唾泌和胃液的分泌就成為一種失誤。
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