二、机体功能活动的自动控制原理

运用数学和物理学的原理和方法，分析研究机器和动物（包括人）体内的控制和通信的一般规律的科学，称为控制论（cybernetics）。机体功能活动的控制方式主要有两种：一种是开环式非自动控制系统；另一种是闭环式自动控制系统。

开环式非自动控制系统实质上就是单一的反射过程。它的特点是从感受器接受刺激到效应器产生动作是单方向一次性完成的，它的中枢不受效应器的反作用，因此它不具有自动控制的特征。这种控制系统在机体功能调节中不多见。

闭环式自动控制系统是机体功能调节中最普遍的方式。机体自动控制系统与一般的工程学自动控制系统在原理上是相似的，但其灵巧、复杂、精确及自动化程度均优于工程学自动控制系统。每一个控制系统都是一个闭合回路，都由控制部分与受控部分组成（图1-1）。

在控制部分（反射中枢或内分泌腺）与受控部分（效应器、靶器官或靶细胞）两者之间存在着双向联系。由控制部分发出的调节受控部分活动的信息，称为控制信息；由受控部分返回的调节控制部分的信息，称为反馈信息。神经调节和体液调节都存在着反馈。通过反馈调节机制，可使调节的效应更加精确、完善，达到最佳调节效果。

（一）反馈控制系统

根据反馈对控制系统原有效应的作用不同，可以把反馈分为负反馈和正反馈两类。

1.负反馈控制系统　受控部分发出的反馈信息调整控制部分的活动，最终使受控部分的活动朝着与它原先活动相反的方向改变，称为负反馈（negative feedback）。例如，当动脉血压升高时，反馈信息通过一定的途径调节心血管中枢的活动，使血压下降；相反，当动脉血压下降时，反馈信息又通过一定的途径调节心血管中枢的活动，使血压升高，从而维持动脉血压的相对恒定。

负反馈控制系统在机体内各种调节活动中最为多见，其生理意义在于维持机体功能活动的相对稳态。

2.正反馈控制系统　受控部分发出的反馈信息调整控制部分的活动，最终使受控部分的活动朝着与它原先活动相同的方向改变，称为正反馈（positive feedback）。控制信息与反馈信息反复往来，使受控部分的活动逐渐加强、加速直至完成，如排尿反射、排便反射、血液凝固、分娩、射精等均属正反馈调节。在机体功能活动调控系统中正反馈较为少见，其意义在于促使某些生理过程逐渐加强，直至完成。从整体看，机体中的正反馈机制可看成是维持稳态的一个组成部分。

（二）前馈控制系统

虽然负反馈控制是维持机体稳态的一种重要的自动控制系统，但它存在调节效果滞后、波动较大的不足。因为负反馈信息回输到控制部分，只有与原有的调节信息出现较大的偏差后，才会启动负反馈调控系统，所以总是要滞后一段时间才会出现纠偏，而且纠偏过程中往往由于矫枉过正会出现一系列调节效果的波动。负反馈系统对偏差信息敏感度越高，则出现的波动就越大；敏感度越低，则滞后越久。由于机体自动控制系统内还存在前馈控制系统，因而可以弥补负反馈的不足。

从图1-1可看出，输出变量不发出反馈信息，监测装置在检测到干扰信息后发出前馈信息，作用于控制部分，调整控制信息以对抗干扰信息对受控部分的作用。这就可能在输出变量尚未出现偏差发动负反馈调控之前，已对受控部分提前发出预见性的纠正信号，用以纠正偏差信息引发的负反馈，使机体调控过程不致出现较大的波动和滞后反应，从而使输出变量保持稳定。这种干扰信息对控制部分的直接作用称为前馈（feedforward）。前馈控制系统所起的作用是预先监测干扰，防止干扰的扰乱，及时做出适应性反应。条件反射活动是一种前馈控制系统的活动，它可使机体的反应更具有预见性和超前性。

图1-1　机体反馈控制系统和前馈控制系统示意图