專利名稱：隨意運(yùn)動(dòng)熵小的導(dǎo)引自行車的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型在器械上涉及一種在自行車上增加前輪驅(qū)動(dòng)的雙輪驅(qū)動(dòng)自行車，屬于通過四肢周期性旋轉(zhuǎn)作為以心理治療為主的運(yùn)動(dòng)理療器械；在用途上可以通過使隨意運(yùn)動(dòng)有序化來對心理活動(dòng)起到積極性的控制作用而達(dá)到消除心理疲勞的作用。隨意運(yùn)動(dòng)有序表明隨意運(yùn)動(dòng)熵??；雙輪驅(qū)動(dòng)自行車運(yùn)動(dòng)，是通過四肢配合呼吸的有意識的運(yùn)動(dòng)，可起到與中國古代的導(dǎo)引運(yùn)動(dòng)相同的作用，這是稱為導(dǎo)引自行車的含義，也就是說在騎自行車時(shí)增加了導(dǎo)引養(yǎng)生的功能。
背景技術(shù)：
隨意運(yùn)動(dòng)是指受大腦控制的運(yùn)動(dòng)，一般騎自行車時(shí)總有一些胡思亂想的成分，并不能保證意識與運(yùn)動(dòng)的專一。生理學(xué)的研究結(jié)果表明，注意力集中，意識活動(dòng)專一，在大腦皮層可以形成一個(gè)優(yōu)勢興奮中心，從而使大腦皮層的其它區(qū)域處于相對抑制狀態(tài)，這樣能使整個(gè)神經(jīng)系統(tǒng)得到積極的休息，利于消除神經(jīng)系統(tǒng)的疲勞和機(jī)體的恢復(fù)。雙輪驅(qū)動(dòng)自行車運(yùn)動(dòng)就可以達(dá)到集中注意力的目的，但是從有關(guān)雙輪驅(qū)動(dòng)自行車的專利資料中可以看出，設(shè)計(jì)者只是從如何使自行車騎行省力和加強(qiáng)上肢鍛煉來考慮設(shè)計(jì)的，故在車把上方增加了一套驅(qū)動(dòng)前輪的裝置，并沒有詳細(xì)地考慮到對心理活動(dòng)的影響程度有多大。這種設(shè)計(jì)使手柄固定地安裝在曲柄上不易根據(jù)需要調(diào)整，在實(shí)際騎行中缺少對行進(jìn)方向的有層次的有效控制和驅(qū)動(dòng)的層次感。
從用途上來講，一般的運(yùn)動(dòng)理療器械是為人體健康服務(wù)的，而人體是一個(gè)非常復(fù)雜的巨系統(tǒng)，對人體的研究還處于局部階段，因此只有對人體加以完整地系統(tǒng)分析，從人體的心理、生理特性出發(fā)，才能設(shè)計(jì)出更加適合于心理與生理健康的運(yùn)動(dòng)器械。在當(dāng)今人們需要付出全部的腦力與體力參與社會(huì)競爭時(shí)，所造成的心理疲勞是不易消除的，這種心理疲勞按照現(xiàn)在的神經(jīng)系統(tǒng)的衛(wèi)生保健原則，一般來說是不能起到有效的消除作用的。這種神經(jīng)系統(tǒng)的保健原則指出神經(jīng)系統(tǒng)的休息分為消極休息和積極休息，消極休息一般是指睡眠，積極休息是指以一種活動(dòng)替換另一種活動(dòng)。但是對于不易恢復(fù)的心理疲勞而言，消極休息時(shí)經(jīng)常失眠，難以入睡；積極休息時(shí)沒有足夠的體力和腦力來維持。普遍存在消極休息不能、積極休息不行的局面。由于現(xiàn)在對心理疲勞的康復(fù)缺乏一個(gè)完整系統(tǒng)的理論作為指導(dǎo)，因此有待于從心理學(xué)、生理學(xué)、信息論、系統(tǒng)論的領(lǐng)域進(jìn)行深入的探討和研究，建立一個(gè)關(guān)于人體巨系統(tǒng)的學(xué)說來有效地指導(dǎo)心理疲勞的康復(fù)，從而能指導(dǎo)設(shè)計(jì)一種以心理治療為主的運(yùn)動(dòng)器械，通過運(yùn)動(dòng)它可以幫助人們在社會(huì)實(shí)踐活動(dòng)中產(chǎn)生的心理疲勞快速消除。
首先從有關(guān)人體心理與生理的資料中加以分析。
在當(dāng)今這個(gè)競爭激烈的社會(huì)里，生活中大量應(yīng)激因素波及社會(huì)上的各類人群，使人們生理緊張?jiān)斐尚睦淼牟贿m，由這種不適應(yīng)、不協(xié)調(diào)所激發(fā)的疾病，使人心情憂郁，引起植物神經(jīng)功能紊亂、新陳代謝和免疫功能異常，出現(xiàn)神經(jīng)癥、高血壓、潰瘍等心身疾病。在日益發(fā)達(dá)的信息社會(huì)里，人類征服物質(zhì)性疾病的能力已極大提高，但是由于煩惱、恐懼、憂患、絕望等不良情緒造成的心理性疾病，卻在當(dāng)今這個(gè)社會(huì)里令人們束手無策。來自工作繁重勞動(dòng)而產(chǎn)生的疲勞，在獲得充分睡眠或休息之后，大抵可以恢復(fù)；而煩惱、緊張和情緒紊亂才是造成疲勞的主要原因。因此，由一系列心理衛(wèi)生問題引起的疾病已上升為嚴(yán)重影響人類健康的一種主要疾病，心理治療是治療心理疾病的一種重要手段，也是慢性疾病輔助治療的良好措施之一。但是心理治療至今沒有一個(gè)系統(tǒng)而統(tǒng)一的理論，所以，心理治療面臨著極其復(fù)雜而艱巨的任務(wù)。
下面是一些心理性疾病的醫(yī)學(xué)分析，首先看關(guān)于神經(jīng)衰弱的分析。神經(jīng)衰弱是易于興奮和易于疲勞，并伴有軀體和神經(jīng)癥狀如頭疼、睡眠障礙為主要臨床特點(diǎn)的神經(jīng)官能癥。腦力勞動(dòng)者發(fā)病率最高，要求特別嚴(yán)格高度準(zhǔn)確和復(fù)雜性強(qiáng)，注意力高度集中的腦力工作，更易引起過度緊張。臨床表現(xiàn)為興奮性增高、衰弱性增高、植物神經(jīng)功能障礙、焦慮和疑病。興奮性增高是指缺乏指向性思維，卻很活躍控制不住。容易激動(dòng)，往往微不足道的事情，即可引起強(qiáng)烈的情感反應(yīng)。易于煩惱，情緒緊張，精神興奮，如在工作、學(xué)習(xí)和進(jìn)行活動(dòng)時(shí)或靜坐休息時(shí)，都可引起精神興奮，聯(lián)想很多，回憶很多難于抑制，入睡困難，煩躁不安，有不適感。衰弱性增高是指身體乏力，萎靡不振，不能很好地集中注意力，工作、學(xué)習(xí)不能持久，工作效率也明顯降低，精力不足，休息效率不高，即使在短時(shí)間內(nèi)有足夠的休息時(shí)間如休息一天，也不能足以恢復(fù)其疲勞感。植物神經(jīng)功能障礙是指消化系統(tǒng)機(jī)能失調(diào)，食欲不振，消化不良，腹脹腹瀉。焦慮和疑病是指對疾病缺乏正確認(rèn)識常常產(chǎn)生顧慮、恐懼及焦慮不安，從而加重了焦慮情緒及疑病觀念。這種焦慮和疑病又更一步加重了對疾病的顧慮及擔(dān)心，加重了大腦活動(dòng)的持續(xù)緊張，從而形成了惡性循環(huán)。主要病理生理基礎(chǔ)是，大腦皮層內(nèi)抑制過程的減弱，內(nèi)抑制過程是人類種族發(fā)展和個(gè)體發(fā)生比興奮過程出現(xiàn)晚，因而是比較脆弱的較易于受到損害。內(nèi)抑制過程有調(diào)節(jié)神經(jīng)細(xì)胞對刺激反應(yīng)速度和強(qiáng)度的能力，并能加強(qiáng)其恢復(fù)過程。內(nèi)抑制過程被削弱時(shí)，神經(jīng)細(xì)胞的興奮性便相對地增高，對外界刺激產(chǎn)生的反應(yīng)強(qiáng)而迅速，而增加了神經(jīng)系統(tǒng)細(xì)胞能量的大量消耗；另外由于抑制過程的減弱，又使神經(jīng)細(xì)胞的恢復(fù)能力降低，因而造成了神經(jīng)細(xì)胞能量的減少和衰竭性增高，可歸結(jié)為容易興奮，也容易衰竭。表現(xiàn)為精神萎靡不振、體乏無力，只是由于大腦皮層出現(xiàn)保護(hù)性抑制的結(jié)果。保護(hù)性抑制有防止皮層細(xì)胞過度消耗，而有利于促進(jìn)神經(jīng)細(xì)胞功能的恢復(fù)。大腦皮層功能的減弱，則調(diào)節(jié)控制皮層植物神經(jīng)系統(tǒng)的功能減弱，可出現(xiàn)植物神經(jīng)系統(tǒng)的功能相對紊亂。神經(jīng)衰弱一向被認(rèn)為是療程長、療效低、不好治的疾病。適當(dāng)?shù)捏w育鍛煉、體力勞動(dòng)均可增強(qiáng)中樞神經(jīng)系統(tǒng)的張力，有助于調(diào)整高級神經(jīng)活動(dòng)的功能，可使神經(jīng)衰弱病人有所改善。心理治療是本病最主要的最基本療法之一，它的原則是強(qiáng)調(diào)發(fā)揮病人的防病治病的主觀能動(dòng)性。
神經(jīng)官能癥又稱神經(jīng)癥，其病因主要是精神因素和個(gè)性特點(diǎn)，不存在器質(zhì)性病理基礎(chǔ)的一組精神障礙。臨床表現(xiàn)為急性和慢性。急性的是感到有一種說不出來的內(nèi)心緊張、恐懼或難以忍受的不適感，運(yùn)動(dòng)性不安與焦慮程度往往是一致的，常不安地踱來踱去，兩手做些無意義的小動(dòng)作或握拳、搓手頓足，即便是坐著，也手足不停，不能保持安靜，眉頭緊鎖，驚恐嘆息一般為幾分鐘至幾個(gè)小時(shí)。慢性的是持續(xù)較久，終日緊張，心煩意亂，坐臥不寧對任何事物失去興趣，注意力難以集中，工作困難，植物神經(jīng)功能紊亂，消化不良等。共同特征是精神活動(dòng)能力降低，帶有焦慮和煩惱或?yàn)楦鞣N軀體不適所苦。巴甫洛夫?qū)W派基于高級神經(jīng)活動(dòng)和實(shí)驗(yàn)性神經(jīng)官能癥研究資料，提出基本神經(jīng)過程即興奮和抑制過程的過度緊張導(dǎo)致高級神經(jīng)活動(dòng)的功能紊亂，從而產(chǎn)生神經(jīng)官能癥。如焦慮性神經(jīng)官能癥的病因機(jī)理是，大腦活動(dòng)長期持續(xù)緊張狀態(tài)下發(fā)病，當(dāng)機(jī)體內(nèi)外各種不利因素引起神經(jīng)活動(dòng)過度緊張，由于大腦皮層內(nèi)抑制弱化可引起皮層興奮性增強(qiáng)，而產(chǎn)生焦慮癥狀及一系列植物神經(jīng)機(jī)能紊亂。心理治療的總原則與治療神經(jīng)衰弱相同。
綜上所述，有關(guān)心理疾病或心理疲勞的心理學(xué)共同表現(xiàn)為精神活動(dòng)能力下降，解決和處理復(fù)雜問題的能力下降；精神性運(yùn)動(dòng)不安，意志不堅(jiān)定；緊張、煩惱，情緒不穩(wěn)定；胡思亂想，注意力不集中。生理學(xué)實(shí)質(zhì)是新陳代謝的紊亂，如軀體不適感，植物神經(jīng)功能紊亂；精力不足，沒有良好的體力。
當(dāng)然對于人體而言，偶爾短時(shí)間的心理不健康表現(xiàn)對任何人都在所難免，而且也不會(huì)對身體健康造成很大的不良影響。一般心理不健康是指經(jīng)常性的較為持久的心理不健康的表現(xiàn)，而且對人體健康形成了一定的危害，自己又無法控制。心理健康是對人體處于心理健康狀態(tài)與心理不健康狀態(tài)的強(qiáng)度和時(shí)間的統(tǒng)計(jì)平均值。人的行為是心理活動(dòng)的外在表現(xiàn)，而關(guān)于如何測量心理活動(dòng)在數(shù)學(xué)上還沒有一致的看法，也就是還沒有運(yùn)用數(shù)學(xué)工具去揭示心理學(xué)、生理學(xué)理論概念的本質(zhì)，因?yàn)閺纳韺W(xué)、心理學(xué)的角度出發(fā)全面系統(tǒng)地研究人體，將涉及信息論、系統(tǒng)論、控制論和應(yīng)用數(shù)學(xué)方面的知識，但是在侯燦著的《醫(yī)學(xué)研究入門》一書中第123頁指出加強(qiáng)醫(yī)學(xué)工作者與控制論系統(tǒng)論工作者的聯(lián)盟十分必要，因?yàn)橐笠粋€(gè)人同時(shí)精通這兩門學(xué)科幾乎是辦不到的。所以從以上論述中可知，確實(shí)存在用信息論、系統(tǒng)論、控制論去揭示心理學(xué)、生理學(xué)理論概念的本質(zhì)的可能。下面為一些生理學(xué)、心理學(xué)的有關(guān)知識。
從生理學(xué)的領(lǐng)域來看，人體最基本的形態(tài)結(jié)構(gòu)是細(xì)胞，人體內(nèi)有上億個(gè)細(xì)胞。許多機(jī)能和形態(tài)相似的細(xì)胞，借細(xì)胞間質(zhì)聯(lián)合起來，構(gòu)成了具有一定功能的結(jié)構(gòu)，稱為組織。人體內(nèi)有四大基本組織，即上皮組織，結(jié)締組織，肌肉組織和神經(jīng)組織。幾種不同的組織結(jié)合在一起，并具有一定形態(tài)，完成某一功能的叫做器官。許多器官聯(lián)合起來，完成一種連續(xù)的生理功能，共同構(gòu)成為一個(gè)系統(tǒng)。人體內(nèi)有運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，呼吸系統(tǒng)，消化系統(tǒng)，排泄系統(tǒng)，循環(huán)系統(tǒng)，生殖系統(tǒng)，神經(jīng)系統(tǒng)和內(nèi)分泌系統(tǒng)等八個(gè)系統(tǒng)。這八個(gè)系統(tǒng)在神經(jīng)系統(tǒng)的統(tǒng)一調(diào)節(jié)下彼此聯(lián)系，相互作用，構(gòu)成了一個(gè)完整的有機(jī)整體。而在心理學(xué)的研究中，通常把心理活動(dòng)看作是在腦中發(fā)生，發(fā)展和完成的過程，稱之為心理過程。它可以分為三個(gè)方面，認(rèn)識過程，情緒情感過程與意志過程。認(rèn)識過程包括人對客觀事物的感覺，知覺，記憶，想象和思維等。認(rèn)識是人們由表及里，由淺入深，由現(xiàn)象到本質(zhì)反映客觀事物的特性與聯(lián)系的心理活動(dòng)。注意作為心理過程的特性和組織者，則保證認(rèn)識過程得以進(jìn)行。情緒情感過程包括人對客觀事物和人的喜，怒，哀，樂，愛等不同的情緒情感。這是人對客觀事物或他人是否能滿足本身物質(zhì)與精神上的需要而產(chǎn)生的主觀體驗(yàn)，它反映的是客觀事物同人的需要之間的關(guān)系。意志過程是人為了滿足某種需要，在一定動(dòng)機(jī)的激勵(lì)下，為實(shí)現(xiàn)一定目的而克服內(nèi)部與外部困難的心理過程。它是人的意識能動(dòng)性的重要表現(xiàn)。認(rèn)識過程是人的情感與意志的基礎(chǔ)。而沒有人的情感的推動(dòng)或者缺乏堅(jiān)強(qiáng)的意志，人的認(rèn)識活動(dòng)就失去了動(dòng)力。但人的活動(dòng)是生理活動(dòng)與心理活動(dòng)的統(tǒng)一。彼此分開很難系統(tǒng)地全面合理地解釋一些現(xiàn)象。如對大腦的探索還處在一個(gè)偉大目標(biāo)的起點(diǎn)上，行為療法還沒有一個(gè)貫穿始終的理論與方法等。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是，提供一種通過運(yùn)動(dòng)幫助消除心理疲勞的理療器械，隨意運(yùn)動(dòng)熵小的導(dǎo)引自行車。通過對人體心理學(xué)、生理學(xué)各方面的分析，將心理現(xiàn)象與生理活動(dòng)統(tǒng)一起來，利用系統(tǒng)論的原理、數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法，建立一個(gè)關(guān)于人體完整控制系統(tǒng)信息加工的數(shù)學(xué)模型，這樣能對心理、生理活動(dòng)有一個(gè)具體的算法，用數(shù)學(xué)的方法得出關(guān)于有利于人體生存的結(jié)論。這個(gè)結(jié)論是，在人體隨意運(yùn)動(dòng)熵小的條件下，增加相對代謝率或延長運(yùn)動(dòng)時(shí)間，才能有利于人體的心理、生理的健康與疲勞的恢復(fù)，有利于新陳代謝，確切地說有利于異化作用和同化作用，有利于能量的消耗與吸收，隨意運(yùn)動(dòng)熵小就是以呼吸一次為一周期的動(dòng)作一致性強(qiáng)，導(dǎo)引自行車運(yùn)動(dòng)可使人體隨意運(yùn)動(dòng)熵小，所以能有效消除心理疲勞。
本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，它分為器械部分和人體運(yùn)動(dòng)理論部分。
器械部分的實(shí)現(xiàn)，選擇騎行穩(wěn)定性好的大彎梁車架，車把立管的角度要小，前輪軸采用裝有抱閘的3級內(nèi)變速輪軸部件，后輪軸采用裝有腳閘剎車的3級變速輪軸部件，前輪驅(qū)動(dòng)的手動(dòng)支架固定在車把立管與前輪軸上，手動(dòng)支架的中軸的前鏈輪與前飛輪用鏈條連接，手柄通過曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)前鏈輪實(shí)現(xiàn)上肢對人體的導(dǎo)引與前輪的驅(qū)動(dòng)。曲柄是圓柱形，手柄安裝在手搖軸上，手搖軸通過與其連接的套管套在曲柄上，這樣手柄在曲柄上可以連續(xù)移動(dòng)，套管上有帶扳手的螺絲，可以手動(dòng)固定手柄在曲柄上的位置，根據(jù)需要手動(dòng)調(diào)節(jié)實(shí)際使用曲柄的長度，曲柄上有表示長度的刻度，以保證調(diào)節(jié)的準(zhǔn)確性與方便性，曲柄的末端安裝有一橡皮球，防止手柄脫落和曲柄末端對人體造成的意外傷害。這樣在騎行中前、后輪均能實(shí)現(xiàn)變速，騎行方向的控制性可連續(xù)有效地調(diào)節(jié)，騎行有層次感，自己的選擇范圍增大。上坡時(shí)在一定范圍內(nèi)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)，以保持與平地騎行人體運(yùn)動(dòng)力量、節(jié)奏上的最大限度的相似及相對代謝率的穩(wěn)定，更好地保持動(dòng)作的一致性，從而減少隨意運(yùn)動(dòng)熵。
人體運(yùn)動(dòng)理論部分的實(shí)現(xiàn)，數(shù)學(xué)是科學(xué)研究的有力工具，因此要想系統(tǒng)地解釋一些人體現(xiàn)象其關(guān)鍵是有一套行之有效的數(shù)學(xué)方法，任何科學(xué)只有與數(shù)學(xué)相結(jié)合才能完善起來。但人體內(nèi)有上億個(gè)細(xì)胞很難進(jìn)行一一測算，所以這里的數(shù)學(xué)方法是指數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法，它不一一考慮個(gè)別細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)，而直接推求極大數(shù)目的細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)計(jì)特性，用來解釋一些人體活動(dòng)的現(xiàn)象，如工作、學(xué)習(xí)、休息、驚慌、歡樂等。
人體是一個(gè)巨大復(fù)雜的信息控制系統(tǒng)，在控制論上處理內(nèi)部結(jié)構(gòu)不清楚的復(fù)雜系統(tǒng)應(yīng)用黑箱理論和方法。對于一般系統(tǒng)而言，它由三部分組成，輸入、黑箱即系統(tǒng)和輸出，這種方法常見于一些有關(guān)系統(tǒng)的教科書。而涉及數(shù)學(xué)的計(jì)算則多見于對機(jī)器、電路等無生命系統(tǒng)，對于一個(gè)中頻放大電路系統(tǒng)或者一個(gè)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)而言，其正常運(yùn)行的前提條件是有電源的供給和系統(tǒng)本身結(jié)構(gòu)的完整即系統(tǒng)沒有損壞，電源中斷則系統(tǒng)運(yùn)行停止，電源供給恢復(fù)則系統(tǒng)運(yùn)行開始，系統(tǒng)損壞則不能正常工作。這里系統(tǒng)工作運(yùn)行所消耗的能量是電源，對于無生命系統(tǒng)而言，系統(tǒng)有電且正常就能工作，無電就停止，而系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)不受影響即沒有損壞，因此在以往研究系統(tǒng)特性時(shí)，盡管是在電源正常供給的情況下，但為了便于分析，故舍去不計(jì)，只研究輸入信號與輸出信號的數(shù)學(xué)關(guān)系。而人體則不然，其新陳代謝停止，大腦就要死亡，生命就要結(jié)束，而后再有充足的能量供給，人體生命亦不能復(fù)活，即能量停止供給，系統(tǒng)就不復(fù)存在，所以對于人體而言，能量供給問題是首要的，它直接決定人體的生存與一些行為。因此一個(gè)完整的系統(tǒng)應(yīng)由四部分組成，輸入、系統(tǒng)、輸出和能源即能量供給。系統(tǒng)的這種組成結(jié)構(gòu)稱為完整系統(tǒng)。人體這個(gè)巨系統(tǒng)也是由四部分組成的，輸入、系統(tǒng)、輸出和能量供給，這里系統(tǒng)的功能是處理輸入信息并將處理結(jié)果傳送給輸出。
這里的系統(tǒng)主要涉及人體的神經(jīng)系統(tǒng)，神經(jīng)系統(tǒng)包括中樞神經(jīng)和周圍神經(jīng)兩部分，中樞神經(jīng)由腦和脊髓組成，周圍神經(jīng)由腦神經(jīng)、脊神經(jīng)和植物性神經(jīng)組成。植物性神經(jīng)主要支配內(nèi)臟活動(dòng)，并分交感神經(jīng)和副交感神經(jīng)兩種。神經(jīng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)單位是神經(jīng)元，神經(jīng)纖維動(dòng)作電位的大小和形狀則與這一刺激的強(qiáng)度無關(guān)，當(dāng)電位去極化時(shí)，如果再給與第二個(gè)刺激，則無論刺激強(qiáng)度如何，都不可能產(chǎn)生另一個(gè)動(dòng)作電位，這段時(shí)間為不應(yīng)期。因此刺激強(qiáng)弱的信息不能靠單個(gè)動(dòng)作電位來攜帶，而要靠單位時(shí)間內(nèi)由這個(gè)刺激強(qiáng)度引起的動(dòng)作電位的頻率及激活神經(jīng)元的數(shù)目來攜帶，由于不應(yīng)期的存在，當(dāng)刺激強(qiáng)度很大時(shí)動(dòng)作電位的頻率將趨于飽和。例如，蛙的坐骨神經(jīng)在攝氏10度時(shí)，其絕對不應(yīng)期約為2毫秒，因而每秒最多只能傳導(dǎo)約500次沖動(dòng)。由于不應(yīng)期的存在，就使得神經(jīng)興奮過程不是連續(xù)的，而是間斷的，這種現(xiàn)象在信息處理系統(tǒng)的領(lǐng)域里，稱為數(shù)字信號或離散信息，神經(jīng)系統(tǒng)的活動(dòng)也可以看作是一個(gè)離散信源。但神經(jīng)元不能成為神經(jīng)系統(tǒng)的機(jī)能單位，只有由一系列神經(jīng)元按一定的規(guī)律而形成的反射，才是神經(jīng)系統(tǒng)的機(jī)能單位，最簡單的反射其反射弧至少需要兩個(gè)或三個(gè)神經(jīng)元構(gòu)成才能實(shí)現(xiàn)神經(jīng)系統(tǒng)對機(jī)體某種活動(dòng)的調(diào)節(jié)作用，在兩個(gè)神經(jīng)元所形成的反射中，一個(gè)稱為傳入神經(jīng)元，一端與感受器聯(lián)系，是傳導(dǎo)感受器的興奮進(jìn)入腦和脊髓的中樞部位的，另一個(gè)稱為傳出神經(jīng)元，是把中樞部位的興奮傳給所支配的效應(yīng)器的。在由三個(gè)以上神經(jīng)元所形成的反射中，那就是在傳入和傳出神經(jīng)元之間還介有一個(gè)或多個(gè)中間神經(jīng)元。反射是中樞神經(jīng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)機(jī)體各部分活動(dòng)的基本方式；凡刺激作用于感受器，通過中樞神經(jīng)系統(tǒng)活動(dòng)而引起的一切機(jī)體反應(yīng)，都稱為反射。反射活動(dòng)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，稱為反射弧，反射弧包括五個(gè)基本環(huán)節(jié)，感受器、傳入神經(jīng)元、中樞、傳出神經(jīng)元和效應(yīng)器。從整體而言，反射活動(dòng)是人體對感受器刺激所發(fā)生的規(guī)律性反應(yīng)，感受器把刺激的能量變?yōu)樯窠?jīng)沖動(dòng)，傳到中樞神經(jīng)系統(tǒng)，經(jīng)過加工處理再傳到效應(yīng)器使之發(fā)生規(guī)律性的反應(yīng)。
在實(shí)現(xiàn)反射的過程中，中樞神經(jīng)系統(tǒng)對效應(yīng)系統(tǒng)的控制要適應(yīng)于整個(gè)控制系統(tǒng)和效應(yīng)系統(tǒng)的不斷變化，必須經(jīng)常接受來自效應(yīng)器、感受器的傳入沖動(dòng)來進(jìn)行調(diào)整。人在騎自行車時(shí)，不只控制車把方向，還必須不斷注視前進(jìn)道路上各種與騎車有關(guān)的情況，了解自行車本身的運(yùn)動(dòng)狀況和自身的平衡狀況，從而不斷調(diào)整行進(jìn)的方向、重心、速度。這就涉及到自動(dòng)控制論中的反饋概念，反饋是把效應(yīng)器的一部分反過來作為一種信號，輸入控制系統(tǒng)作為調(diào)節(jié)的動(dòng)因。其實(shí)也相當(dāng)于系統(tǒng)的一部分輸出信號反過來成為系統(tǒng)的一部分輸入信號。
神經(jīng)反射中的反饋，在感受器、效應(yīng)器和中樞內(nèi)部都可以看到。骨骼肌是實(shí)現(xiàn)軀體反射的效應(yīng)器。在骨骼肌中有一種感受器叫肌梭，肌肉所處的長短、張力變化狀態(tài)，都經(jīng)肌梭傳入纖維向中樞神經(jīng)系統(tǒng)提供信息。肌肉在實(shí)現(xiàn)反射性運(yùn)動(dòng)和隨意運(yùn)動(dòng)的每一時(shí)刻，肌梭的傳入信號都在參與中樞神經(jīng)系統(tǒng)對肌肉的控制。除去傳入神經(jīng)的肌肉就不能實(shí)現(xiàn)正常的運(yùn)動(dòng)。使反射效應(yīng)增強(qiáng)的反饋叫正反饋；使反射效應(yīng)減弱的反饋叫負(fù)反饋。反饋的生理意義在于提高控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，是反射活動(dòng)的調(diào)節(jié)自動(dòng)化和精確化。
人體是一個(gè)動(dòng)態(tài)的完整系統(tǒng)，人體運(yùn)動(dòng)的基本單位是反射，復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)只是各種反射的組合。按照完整系統(tǒng)的觀點(diǎn)，一個(gè)動(dòng)態(tài)的人體是由輸入、輸出、系統(tǒng)和能量供給四個(gè)部分所組成的。這里的輸入部分相當(dāng)于感受器和傳入神經(jīng)元，輸出部分相當(dāng)于效應(yīng)器和傳出神經(jīng)元，反饋部分相當(dāng)于由效應(yīng)器向輸入部分傳送信息的神經(jīng)元，系統(tǒng)相當(dāng)于除傳入神經(jīng)元和傳出神經(jīng)元外的神經(jīng)系統(tǒng)或稱中間神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，能量供給相當(dāng)于人體新陳代謝所產(chǎn)生的能量。
輸入部分主要涉及感受器和傳入神經(jīng)元。感受器的活動(dòng)乃是反射弧的第一個(gè)環(huán)節(jié)，沒有感受器的活動(dòng)就不可能有反射活動(dòng)。無論什么形式的能量刺激感受器，最后都將轉(zhuǎn)換成神經(jīng)系統(tǒng)中的電信號，在傳入神經(jīng)元中是一系列全或無的動(dòng)作電位，刺激強(qiáng)度增加則動(dòng)作電位發(fā)放頻率增高，但動(dòng)作電位的幅度大小不變即全或無現(xiàn)象。刺激強(qiáng)度影響發(fā)放頻率的第二種方式是激發(fā)更多的感受器單位參加活動(dòng)，當(dāng)刺激強(qiáng)度增加時(shí)，一方面使每一神經(jīng)纖維發(fā)放更多的沖動(dòng)，另一方面使發(fā)放沖動(dòng)的神經(jīng)纖維增多。感覺的強(qiáng)度最終決定于大腦皮層的機(jī)能狀態(tài)，當(dāng)皮層處于一般的興奮狀態(tài)時(shí)，高頻率的上行沖動(dòng)將引起較強(qiáng)的感覺；但若皮層處于抑制狀態(tài)時(shí)，即使某種特異性投射纖維的上行沖動(dòng)頻率很高，也往往不能引起應(yīng)有的感覺；反之當(dāng)皮層某一感覺代表區(qū)的興奮高度集中時(shí)，刺激雖弱也能引起較強(qiáng)的感覺。當(dāng)刺激移去后，感覺還能持續(xù)一段時(shí)間，這稱為感覺的后作用。各種不同的感覺之間經(jīng)常發(fā)生相互影響，或者是加強(qiáng)或者是交互抑制，如注意集中于某一刺激物時(shí)，其它刺激物的作用將受到抑制而不能引起相應(yīng)的感覺。內(nèi)臟各種感覺裝置的傳入纖維主要走行在自主性神經(jīng)干中，有的內(nèi)臟感受器接受一般強(qiáng)度的刺激并不引起主觀感覺，這是因?yàn)閮?nèi)臟的感覺神經(jīng)末梢，同皮膚的神經(jīng)末梢相比較為稀疏，但當(dāng)臟器受到比較強(qiáng)烈的刺激時(shí)，即可發(fā)生內(nèi)臟感覺。
系統(tǒng)部分主要涉及除傳入神經(jīng)元和傳出神經(jīng)元外的神經(jīng)系統(tǒng)。神經(jīng)系統(tǒng)是人體各種活動(dòng)的控制中心，它通過分布在身體各部分的許多感受器和感覺神經(jīng)獲得關(guān)于內(nèi)、外環(huán)境變化的信息，經(jīng)過各級中樞分析綜合發(fā)出信號來控制各種軀體結(jié)構(gòu)和內(nèi)臟器官的活動(dòng)，神經(jīng)系統(tǒng)把全身各感覺器官和效應(yīng)器官統(tǒng)一于中樞的控制之下，使機(jī)體和環(huán)境，機(jī)體內(nèi)部之間的聯(lián)系更為密切，從而保證了機(jī)體內(nèi)部的統(tǒng)一整體性，增加了內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定性，擴(kuò)大了人體適應(yīng)外界環(huán)境的能力，中樞控制具有整體協(xié)調(diào)性。神經(jīng)系統(tǒng)是由神經(jīng)元所組成的，神經(jīng)系統(tǒng)是人體的信息處理系統(tǒng)，神經(jīng)元?jiǎng)t是信息編碼、發(fā)送、傳遞和譯碼的基本單元。雖然神經(jīng)元的形態(tài)各異，但其相互連接的模式和突觸特性是普遍存在的，通過神經(jīng)元的信號都是具有一定的方向的。當(dāng)信息由一個(gè)神經(jīng)元傳遞給另一個(gè)神經(jīng)元時(shí)，這一信息將被神經(jīng)元的軸突編碼，成為一系列動(dòng)作電位的活動(dòng)，這種活動(dòng)將引起神經(jīng)元的局部電位的產(chǎn)生，并將傳至整個(gè)細(xì)胞體。突觸電位的空間與時(shí)間變化，將引起細(xì)胞膜電位的變化，由此產(chǎn)生尖峰脈沖輸出，這一輸出信號將由軸突傳至軸突末梢，并由軸突末梢輸入給另一個(gè)神經(jīng)元，就這樣象接力賽跑一樣，一個(gè)接一個(gè)地傳遞著信息。神經(jīng)元按照其機(jī)能可分幾種一種是感覺神經(jīng)元，它們負(fù)擔(dān)著傳入信息的使命，它的數(shù)目比運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元多一至三倍。另一種是運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元負(fù)擔(dān)著傳達(dá)動(dòng)作指令的使命，它的數(shù)目約為三百萬個(gè)。其余大量的神經(jīng)元都是中間神經(jīng)元，這些中間神經(jīng)元互相連接，構(gòu)成了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)就是指中間神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)，因?yàn)闊o論是感覺神經(jīng)元或運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元其數(shù)量相對來說是十分有限的。人的大腦皮層是由上百億個(gè)中間神經(jīng)元構(gòu)成的。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通過傳入與傳出神經(jīng)元的聯(lián)系，把全身的感受器與效應(yīng)器聯(lián)系起來，組成貫通全身的神經(jīng)元線路，把全身的各器官、各系統(tǒng)的活動(dòng)都統(tǒng)一在神經(jīng)系統(tǒng)高級部位的調(diào)控之下，大腦的功能正是通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理控制人體活動(dòng)信息的。
巨大的神經(jīng)系統(tǒng)傳遞信息的機(jī)理有五個(gè)原則全或無原則，刺激強(qiáng)度只是和能不能產(chǎn)生動(dòng)作電位有關(guān)，刺激強(qiáng)弱的信息，不能靠單個(gè)動(dòng)作電位來攜帶，而要靠在單位時(shí)間內(nèi)由這個(gè)刺激引起的動(dòng)作電位的頻率及激活的神經(jīng)元的數(shù)目來攜帶，同時(shí)由于不應(yīng)期的存在，當(dāng)刺激強(qiáng)度很大時(shí)，動(dòng)作電位的頻率將趨于飽和；輻散原則，每個(gè)神經(jīng)元都有數(shù)十到成百上千個(gè)分支，神經(jīng)元發(fā)放的脈沖將沿著這些軸突分布傳播，并激活末端的突觸，；聚合原則，每個(gè)神經(jīng)元都與來自其它神經(jīng)元的許多突觸相聯(lián)系；接力原則，突觸傳遞的信息是電化學(xué)性質(zhì)變化與電化學(xué)變化交替進(jìn)行的；并行原則，神經(jīng)元攜帶的信息是由大量并行的、攜帶同樣信息的神經(jīng)元的共同發(fā)放來克服個(gè)別神經(jīng)元無規(guī)則的發(fā)放而保證信息傳遞的可靠性，因此在神經(jīng)系統(tǒng)中單個(gè)神經(jīng)元的作用并不重要。
能量供給部分主要涉及與新陳代謝有關(guān)的系統(tǒng)。生命活動(dòng)的特征有新陳代謝、興奮性和適應(yīng)性等。新陳代謝是生命活動(dòng)的基礎(chǔ)，新陳代謝一旦停止，生命活動(dòng)就要中斷，新陳代謝是人體通過同化作用和異化作用在物質(zhì)和能量兩個(gè)方面不斷進(jìn)行新舊交替的過程，人體從外界環(huán)境中攝取各種營養(yǎng)物質(zhì)，并把這些物質(zhì)造成自身的物質(zhì)如蛋白質(zhì)、核酸等，將能量儲存起來的過程，叫做同化作用；人體把自身的物質(zhì)進(jìn)行分解，釋放能量，供給生命活動(dòng)的需要并將分解后的產(chǎn)物排出體外的過程，叫做異化作用。沒有同化作用，不能產(chǎn)生新的物質(zhì)，不可能儲存能量，異化作用就無法進(jìn)行；沒有異化作用，沒有儲存能量的釋放，人體內(nèi)一切物質(zhì)的合成和其它生命活動(dòng)就無法進(jìn)行，因?yàn)楫惢饔梅纸馕镔|(zhì)所釋放的能量可供同化作用利用，所以異化作用是同化作用的動(dòng)力，同化作用是異化作用的源泉。新陳代謝的能量代謝是指儲存能量與釋放能量，物質(zhì)代謝是指吸收物質(zhì)合成原生質(zhì)與分解原生質(zhì)排泄廢物。人體通過新陳代謝跟外界不停地進(jìn)行物質(zhì)交換，以保持自身的生存，并不斷地進(jìn)行自我復(fù)制，繁衍后代，維持自身的發(fā)展。因此新陳代謝是最基本的生命現(xiàn)象，其它各種生命現(xiàn)象如興奮性、生殖、運(yùn)動(dòng)、生長、發(fā)育等生命現(xiàn)象都是在新陳代謝基礎(chǔ)上產(chǎn)生的。生命活動(dòng)需要消耗能量，三磷酸腺苷即ATP是直接供能物質(zhì)，它具有暫時(shí)儲能和為生命及時(shí)供能的特點(diǎn)。與人體的新陳代謝有直接關(guān)系的系統(tǒng)是循環(huán)系統(tǒng)、消化系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)和排泄系統(tǒng)，其它系統(tǒng)與新陳代謝也有一定的關(guān)系。興奮性是指機(jī)體對刺激而發(fā)生反應(yīng)的特性，它往往通過某種運(yùn)動(dòng)形式來完成，而在運(yùn)動(dòng)過程中必須有能量的消耗，這些能量都是異化作用所產(chǎn)生的，運(yùn)動(dòng)愈劇烈，能量消耗也愈多，異化作用愈強(qiáng)。人體進(jìn)行各種機(jī)能活動(dòng)包括肌肉運(yùn)動(dòng)、消化吸收和思維等活動(dòng)都需要消耗一定的能量，所以能量代謝受進(jìn)食，肌肉運(yùn)動(dòng)、神經(jīng)緊張及環(huán)境溫度等方面的影響，這些因素改變時(shí)能量代謝隨之改變，如肌肉活動(dòng)時(shí)能量代謝就升高，劇烈活動(dòng)比安靜時(shí)能量代謝高達(dá)十倍。在新陳代謝過程中，伴隨著物質(zhì)的吸收與合成，原來以化學(xué)潛能形式存在于物質(zhì)的能量轉(zhuǎn)移到人體內(nèi)儲存，隨著體內(nèi)物質(zhì)的氧化分解能量被釋放出來，供人體生命活動(dòng)的需要，大部分以熱能的形式用以體溫維持、其余部分則儲存于三磷酸腺苷內(nèi)，當(dāng)組織器官進(jìn)行生理活動(dòng)時(shí)，三磷酸腺苷便釋放能量供給組織器官，如肌肉的收縮、神經(jīng)的興奮傳導(dǎo)、腺體的分泌等都消耗能量，伴隨著物質(zhì)代謝所發(fā)生的能量轉(zhuǎn)移和釋放的過程稱為能量代謝。因此人在進(jìn)行新陳代謝時(shí)不但有物質(zhì)和能量的轉(zhuǎn)化，同時(shí)還有信息的交換，這種信息起著控制新陳代謝的作用，神經(jīng)系統(tǒng)自身功能的維持及其調(diào)控功能的實(shí)現(xiàn)均有賴于信息的輸入。一般而言，神經(jīng)系統(tǒng)的信息輸入都是新陳代謝的信息。
人體內(nèi)環(huán)境的相對穩(wěn)定，是機(jī)體正?；顒?dòng)的重要條件。
有人將人體功能區(qū)分為動(dòng)物生命和植物生命。相當(dāng)于軀體功能和內(nèi)臟功能的概念，軀體功能是指軀體骨骼肌和感覺活動(dòng)的功能，只在動(dòng)物界存在；內(nèi)臟功能如體液循環(huán)、氣體交換、物質(zhì)的吸收和排泄等，這些功能在動(dòng)物界與植物界都存在。這兩種功能互相緊密關(guān)聯(lián)，例如骨骼肌的運(yùn)動(dòng)必須依賴血液循環(huán)的良好供應(yīng)，否則就不能進(jìn)行持久的收縮活動(dòng)，又如呼吸氣體交換的完成必須依賴呼吸肌的活動(dòng)。植物性神經(jīng)系統(tǒng)的功能在于調(diào)節(jié)心肌、平滑肌和腺體的活動(dòng)，植物神經(jīng)系統(tǒng)指支配內(nèi)臟器官的傳出神經(jīng)，而不包括傳入神經(jīng)，分為交感神經(jīng)和副交感神經(jīng)。交感神經(jīng)和副交感神經(jīng)對內(nèi)臟的作用往往具有拮抗性質(zhì)，例如對于心臟，副交感神經(jīng)具有抑制作用，而交感神經(jīng)具有興奮作用。對于小腸平滑肌，副交感神經(jīng)具有增強(qiáng)其運(yùn)動(dòng)的作用，而交感神經(jīng)起抑制作用。這種拮抗性質(zhì)使神經(jīng)系統(tǒng)能夠從正反兩個(gè)方面調(diào)節(jié)內(nèi)臟活動(dòng)，在一般情況下，交感神經(jīng)系統(tǒng)中樞的活動(dòng)與副交感神經(jīng)系統(tǒng)中樞的活動(dòng)是對立的。當(dāng)交感神經(jīng)活動(dòng)相對增強(qiáng)時(shí)，副交感神經(jīng)活動(dòng)就處于相對減弱的地位，二者必須有一個(gè)占優(yōu)勢。交感神經(jīng)系統(tǒng)在環(huán)境急劇變化的條件下，可以動(dòng)員機(jī)體許多器官的潛在力量，來對抗環(huán)境的急變，如在作劇烈的肌肉活動(dòng)，人體出現(xiàn)心跳加快，皮膚及內(nèi)臟血管收縮，紅細(xì)胞數(shù)量增加，支氣管擴(kuò)張，肝糖元分解加速使血糖濃度上升等現(xiàn)象。在對動(dòng)物的實(shí)驗(yàn)中，交感神經(jīng)切除后，在平靜、安全的狀態(tài)下，動(dòng)物仍能良好地生存，它的軀體運(yùn)動(dòng)、生長、生育、消化等方面都無明顯變化，但在劇烈運(yùn)動(dòng)時(shí)，不能使血糖上升、紅細(xì)胞數(shù)量增加，因而它對劇烈變化的耐受能力大大降低。副交感神經(jīng)系統(tǒng)的活動(dòng)主要在于保護(hù)機(jī)體，促進(jìn)消化吸收，保存能量，加強(qiáng)排泄、生殖功能等方面的作用。例如，在安靜的情況下，可使心臟活動(dòng)受抑制，從而減少了機(jī)體的能量消耗，飯后，它使消化功能增強(qiáng)，促進(jìn)營養(yǎng)物質(zhì)的吸收，使機(jī)體得到充分的物質(zhì)和能量的補(bǔ)充。
輸出部分主要涉及運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。神經(jīng)系統(tǒng)的最重要和最終的作用是輸出信息以控制機(jī)體的活動(dòng)。這些活動(dòng)包括軀體和內(nèi)臟的活動(dòng)，即骨骼的收縮、心臟和內(nèi)臟平滑肌的收縮及腺體的分泌等，總稱為神經(jīng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)機(jī)能。其中以骨骼肌的活動(dòng)最為突出，一般所指的神經(jīng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)機(jī)能即通過骨骼肌的收縮活動(dòng)所完成的軀體運(yùn)動(dòng)機(jī)能。人只有借助于骨骼肌的活動(dòng)才能實(shí)現(xiàn)對外界輸入信息的反應(yīng)。人體內(nèi)外環(huán)境的變化經(jīng)過感受器和感覺傳導(dǎo)途徑的活動(dòng)，最后到達(dá)大腦皮層的一定部位，經(jīng)過大腦皮層的分析綜合，一方面產(chǎn)生主觀感覺，另一方面通過大腦皮層的輸出指令，誘發(fā)即刻的軀體反射活動(dòng)。感覺是認(rèn)識環(huán)境的開始，運(yùn)動(dòng)是改造環(huán)境包括人體自身的唯一途徑。因此運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)相當(dāng)于人體巨系統(tǒng)的輸出部分。運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的肌肉屬于骨骼肌，一般附著在骨骼上，可隨意志收縮又稱隨意肌。它在人體內(nèi)分布極為廣泛，約有六百多塊，骨骼肌的工作在于它們的收縮，骨骼肌的收縮受神經(jīng)控制。一個(gè)運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的軸突和它所支配的肌纖維合在一起，稱為一個(gè)運(yùn)動(dòng)單位。一個(gè)運(yùn)動(dòng)單位內(nèi)肌纖維數(shù)目的多少取決于肌的大小和功能，少者有數(shù)條肌纖維，多者有數(shù)百條肌纖維。當(dāng)神經(jīng)沖動(dòng)沿著一個(gè)運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的軸突傳至它所支配的肌纖維時(shí)，全部肌纖維同時(shí)收縮，所以運(yùn)動(dòng)單位是肌收縮的最小單位。一塊肌肉可以只有其中一部分運(yùn)動(dòng)單位收縮，也可以增加運(yùn)動(dòng)單位收縮從而增加肌肉的力量。每塊肌肉中含有一定數(shù)量的運(yùn)動(dòng)單位，運(yùn)動(dòng)單位興奮的電子學(xué)特征是動(dòng)作電位，其力學(xué)結(jié)果是產(chǎn)生收縮張力，可以用兩種方法增加張力增加運(yùn)動(dòng)單位的刺激頻率或增加運(yùn)動(dòng)單位的數(shù)目。由于發(fā)放頻率的增加使肌肉的張力增加，第一個(gè)運(yùn)動(dòng)單位達(dá)到一定張力時(shí)第二個(gè)運(yùn)動(dòng)單位發(fā)放，這時(shí)第二個(gè)運(yùn)動(dòng)單位加上第一個(gè)運(yùn)動(dòng)單位使肌肉張力進(jìn)一步增加，每個(gè)運(yùn)動(dòng)單位都有最高的發(fā)放頻率，它在一個(gè)新的運(yùn)動(dòng)單位被激活時(shí)出現(xiàn)。肌肉產(chǎn)生張力時(shí)，最小的運(yùn)動(dòng)單位首先發(fā)放，它的頻率達(dá)到最大值時(shí)，第二個(gè)和第三個(gè)運(yùn)動(dòng)單位先后發(fā)放。張力下降時(shí)，出現(xiàn)相反的過程，被激活的運(yùn)動(dòng)單位的發(fā)放頻率下降到使最后一個(gè)運(yùn)動(dòng)單位可被激活的最小值時(shí)，最后激活的運(yùn)動(dòng)單位便首先退出興奮，退出興奮的每個(gè)運(yùn)動(dòng)單位按被激活的相反順序進(jìn)行。所以說運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)能單位不是整塊肌肉，也不是個(gè)別肌纖維，而是運(yùn)動(dòng)單位。在人體內(nèi)肌肉收縮是分級的，收縮的強(qiáng)弱決定于發(fā)放沖動(dòng)的運(yùn)動(dòng)單位的數(shù)目和它們的發(fā)放頻率。最微弱的自然運(yùn)動(dòng)是少數(shù)幾個(gè)運(yùn)動(dòng)單位的活動(dòng)。而最強(qiáng)大的運(yùn)動(dòng)是多個(gè)運(yùn)動(dòng)單位最大頻率發(fā)放的結(jié)果。
在一次隨意收縮中，一般由少數(shù)運(yùn)動(dòng)單位的激活開始，以后有更多的運(yùn)動(dòng)單位被激活起來，這一過程叫做募集。在同一塊肌肉中，常接受來自多個(gè)運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的軸突末梢，因此，在一個(gè)運(yùn)動(dòng)單位所支配的肌肉范圍內(nèi)，總是和其它運(yùn)動(dòng)單位混合在一起的，如貓的腓腸肌包括有430個(gè)運(yùn)動(dòng)單位，但是每次肌肉運(yùn)動(dòng)時(shí)，并不是所有的運(yùn)動(dòng)單位都參加，按照每次參加的運(yùn)動(dòng)單位數(shù)目不同和每個(gè)神經(jīng)元發(fā)放的頻率不同，使得同一塊肌肉的收縮強(qiáng)度和幅度分成許多等級。運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的興奮以動(dòng)作電位方式傳至末梢時(shí)，釋放遞質(zhì)乙酰膽堿，而引起肌纖維方面的終極板膜通透性增大，使膜發(fā)生去極化，而引起局部性電位變化，稱為終極板電位，當(dāng)終極板電位達(dá)到一定高度時(shí)，即可使肌纖維細(xì)胞膜產(chǎn)生動(dòng)作電位，從而通過肌肉興奮收縮耦聯(lián)引起肌纖維收縮。從刺激神經(jīng)到肌肉收縮的全過程可以看出各環(huán)節(jié)的先后時(shí)間順序是刺激信號、神經(jīng)動(dòng)作電位、肌肉動(dòng)作電位、肌肉收縮。肌肉收縮過程各階段如下靜息、刺激、收縮和放松。人體的運(yùn)動(dòng)是一個(gè)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)，是由若干個(gè)反射組成的。每一個(gè)反射的結(jié)果是肌肉收縮，每一個(gè)反射都要經(jīng)歷從刺激到收縮的時(shí)間過程。在完成一個(gè)整體動(dòng)作的時(shí)間過程中，由若干個(gè)運(yùn)動(dòng)單位的反射參與。這樣可以設(shè)定完成一個(gè)整體動(dòng)作的時(shí)間為一個(gè)動(dòng)作單元的周期。例如，打乒乓球的一次擊球，走路的前進(jìn)一步，一次深呼吸，交談中的一句話或一個(gè)字、一個(gè)動(dòng)作等等。而人的任何活動(dòng)都離不開軀體運(yùn)動(dòng)，不論是體力勞動(dòng)或高級的精神活動(dòng)，都要有適當(dāng)?shù)淖藙莶拍苓M(jìn)行，都需要肌肉的精細(xì)與協(xié)調(diào)一致的活動(dòng)作基礎(chǔ)。強(qiáng)有力的體力勞動(dòng)，細(xì)致的寫字、講話、閱讀、表情都離不開肌肉的活動(dòng)。
單個(gè)運(yùn)動(dòng)單位的發(fā)放頻率可由5次/秒，增加到50次/秒，當(dāng)發(fā)放頻率達(dá)到每秒40-50次時(shí)，使出現(xiàn)收縮融合的強(qiáng)直收縮。因此在整體內(nèi)，由于發(fā)放單位的募集和發(fā)放頻率的增加可產(chǎn)生多種等級的收縮。由不明顯的肌緊張，到有力的強(qiáng)直收縮。肌緊張也是一種牽張反射，它是一種持續(xù)的微弱收縮，是少數(shù)運(yùn)動(dòng)單位輪流交替的活動(dòng)，故不易疲勞。在通常情況下，各個(gè)肌肉都有少數(shù)的運(yùn)動(dòng)單位在輪流收縮，使肌肉處于一種輕度持續(xù)的收縮狀態(tài)，保持一定的肌力，稱為肌張力。肌張力不產(chǎn)生動(dòng)作，但對維持身體姿勢有重要的作用。除特殊情況外，任何一個(gè)動(dòng)作都是由很多肌肉的多個(gè)運(yùn)動(dòng)單位參加完成的。在人體內(nèi)，直接支配骨骼肌的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元在任何時(shí)候都是接受許多中間神經(jīng)元傳來的沖動(dòng)，那些中間神經(jīng)元有存在于脊髓的還有從腦的各級部位傳來的，匯合到有關(guān)的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元，盡管在同一時(shí)間內(nèi)有許多沖動(dòng)傳到運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元，但就其效應(yīng)看，不外興奮和抑制兩類，這兩類作用的代數(shù)和決定了運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的軸突是否發(fā)放動(dòng)作電位，從而也決定了該運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元所支配的肌肉是否發(fā)生收縮，因此謝靈頓提出運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的軸突是反射活動(dòng)的最后公路，也稱為最后公路原則。所以人體在進(jìn)行任何活動(dòng)時(shí)，都有運(yùn)動(dòng)單位的動(dòng)作電位存在，只是每次運(yùn)動(dòng)時(shí)所參與的運(yùn)動(dòng)單位的數(shù)目和發(fā)放頻率不同而矣。因此以肌肉的收縮是可以作為神經(jīng)興奮和傳導(dǎo)的客觀指標(biāo)的。
運(yùn)動(dòng)一般可以分為三類反射運(yùn)動(dòng)、隨意運(yùn)動(dòng)和節(jié)律運(yùn)動(dòng)。反射運(yùn)動(dòng)是最簡單和最基本的運(yùn)動(dòng)，它通常由特異的感覺刺激引起的產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)沒有定型的軌跡，不受意志的控制，自發(fā)地發(fā)生，在較短時(shí)間內(nèi)完成，所涉及的神經(jīng)元數(shù)量較少。隨意運(yùn)動(dòng)是為了達(dá)到某種目的而指向一定目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)的方向、軌跡和速度等都可以隨意選擇，與反射運(yùn)動(dòng)相比完成時(shí)間較長。參與隨意運(yùn)動(dòng)控制的神經(jīng)分布于中樞神經(jīng)系統(tǒng)的各部位，在運(yùn)動(dòng)時(shí)，中樞神經(jīng)系統(tǒng)必須對許多肌肉發(fā)出時(shí)間上十分精確的指令，使它們按運(yùn)動(dòng)的需要依次收縮或弛張，還需要發(fā)出適當(dāng)?shù)男盘柨刂七\(yùn)動(dòng)的多個(gè)參數(shù)，如速度、力度加速度等，以完成各種類型的運(yùn)動(dòng)的需要，如放雞蛋與放石子。介于這兩類運(yùn)動(dòng)之間的是節(jié)律運(yùn)動(dòng)，如呼吸、行走等可隨意開始或終止，一旦開始就不再需要意識的參與而能自動(dòng)重復(fù)進(jìn)行，大多數(shù)這類運(yùn)動(dòng)進(jìn)行過程中能被感覺信息所調(diào)制，而隨意運(yùn)動(dòng)熵小的導(dǎo)引自行車運(yùn)動(dòng)是屬于有意識參與的節(jié)律運(yùn)動(dòng)。當(dāng)實(shí)現(xiàn)某種隨意運(yùn)動(dòng)時(shí)，從大腦發(fā)出一連串的興奮就會(huì)傳向骨骼肌，要完成的運(yùn)動(dòng)中，無經(jīng)驗(yàn)的部分越多，運(yùn)動(dòng)的企圖就越難，其結(jié)果表現(xiàn)出來的運(yùn)動(dòng)就會(huì)完全脫離目的性，即在運(yùn)動(dòng)中不必要運(yùn)動(dòng)的成分增多。參與隨意運(yùn)動(dòng)的控制神經(jīng)分布于中樞神經(jīng)系統(tǒng)的各部位，絕大多數(shù)較復(fù)雜的隨意運(yùn)動(dòng)需要經(jīng)過反復(fù)練習(xí)一步一步地完善和熟練掌握，在做一項(xiàng)已熟練掌握的隨意運(yùn)動(dòng)時(shí)，不再需要思考判斷具體的動(dòng)作而出現(xiàn)多余的不必要的動(dòng)作即可下意識地順利完成。一般認(rèn)為這是因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)的復(fù)雜細(xì)節(jié)已被編成運(yùn)動(dòng)程序儲存起來，可以隨時(shí)調(diào)用而完成運(yùn)動(dòng)。隨意運(yùn)動(dòng)是后天獲得的運(yùn)動(dòng)反射，是軀體運(yùn)動(dòng)的高級形式，其過程分以下幾個(gè)階段，首先在大腦形成一個(gè)運(yùn)動(dòng)意念，然后把這個(gè)意念在腦內(nèi)某部分被譯為神經(jīng)信號的形式，適宜的程序由皮層主要運(yùn)動(dòng)區(qū)的神經(jīng)元來執(zhí)行，執(zhí)行過程中的精確、細(xì)致動(dòng)作依賴于各種反饋環(huán)路的幫助。小兒學(xué)走路要經(jīng)過很長時(shí)間鍛煉，開始時(shí)需要高度集中注意力才行。經(jīng)過幾年的練習(xí)、訓(xùn)練隨意成分慢慢下降自動(dòng)運(yùn)動(dòng)的成分漸漸加大，因而可以邊走路邊做其它事情。這說明隨意運(yùn)動(dòng)的范圍和強(qiáng)度，亦即參加活動(dòng)的運(yùn)動(dòng)單位的數(shù)量和運(yùn)動(dòng)單位的發(fā)放頻率在不斷地受到調(diào)節(jié)，即隨意運(yùn)動(dòng)的比重大，自動(dòng)運(yùn)動(dòng)的成分小時(shí)，則運(yùn)動(dòng)單位的數(shù)目多且發(fā)放高，僵硬動(dòng)作、多余不必要的動(dòng)作多，而且能量消耗也大。
人體完整系統(tǒng)理論把人體從生理學(xué)上的八個(gè)系統(tǒng)，分為四部分，這樣便于用數(shù)學(xué)計(jì)算。以對運(yùn)動(dòng)單位的計(jì)算，來達(dá)到對人體整體的數(shù)學(xué)計(jì)量。因?yàn)楦鶕?jù)最后公路原則，運(yùn)動(dòng)單位是整個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的最后公路。即人體的一切生理、心理活動(dòng)都是通過運(yùn)動(dòng)單位來體現(xiàn)的，也包括對感覺的反應(yīng)。運(yùn)動(dòng)單位的活動(dòng)，即表明神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的活動(dòng)，運(yùn)動(dòng)單位的信息即表明神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的信息。這樣由對人體整個(gè)的生理、心理分析變?yōu)閷\(yùn)動(dòng)單位的分析，可使問題相對簡單化，易于掌握其中的要領(lǐng)與本質(zhì)。
信息是各種事物狀態(tài)和變化的反映，消息是包含信息的事物如文字、圖像、語言，信號消息的運(yùn)載工具，為了傳輸消息，就必需把消息載入具有某種物理能量如電、光的信號上去。例如中文電報(bào)的編碼發(fā)送過程中，首先將10000個(gè)漢字通過信源編碼器變成相應(yīng)的四位十進(jìn)制數(shù)即從0000到9999；然后將變換出來的數(shù)字變成一個(gè)五位二進(jìn)制碼字，該碼字中1的個(gè)數(shù)相同，也叫等重碼。具體如下，中0022，國0948，北0554，京0079；001101，101011，211001，310110，411010，500111，610101，711100，801110，910011。發(fā)送中國北京四個(gè)漢字的信源編碼器輸出的編碼是，中01101 01101 11001 11001，國01101 10011 11010 01110，北01101 00111 00111 11010，京01101 01101 11100 10011。對于編碼集成電路MC14026而言，兩個(gè)脈沖代表一個(gè)編碼，連續(xù)兩個(gè)寬脈沖代表“1”，連續(xù)兩個(gè)窄脈沖代表“0”。在實(shí)際電路中，這些由連續(xù)兩個(gè)窄脈沖與連續(xù)兩個(gè)寬脈沖的組合而代表1和0的組合而表示的編碼，就是實(shí)際電路中的信號。而漢字“中國北京”是消息。信息是事物的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和規(guī)律，是事物運(yùn)動(dòng)的知識。信號或消息包含信息，但又不能等同信息。信息量是從分析信號或消息得到的。從0到T時(shí)刻一直反復(fù)發(fā)送一個(gè)消息而沒有變化，那么在這段時(shí)間內(nèi)，只有一個(gè)消息，信息量非常小，按照計(jì)算公式S＝1nW，這里W＝1，所以S＝0?？梢哉J(rèn)為其信息量為零，故談不上信息量。所以，有消息，有信號，不一定有信息，或信息量非常小。信息是事物的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和變化規(guī)律，而世上萬物都是在不停地運(yùn)動(dòng)變化，生生不息。因此，信息是普遍存在的。
消息或信號只有變化才能體現(xiàn)出信息，若消息或信號沒有變化則不能體現(xiàn)出信息，即某一符號或單詞或句子的輸出概率為1，所以信息量為0。這就是說事物狀態(tài)的變化才能體現(xiàn)出信息，事物狀態(tài)保持恒定或沒有變化則不能體現(xiàn)出信息。事物狀態(tài)變化越多則信息量越大。所以，信息量是一個(gè)系統(tǒng)狀態(tài)變化的量。根據(jù)熱力學(xué)第二定律的表述在孤立系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生變化，如果變化過程是不可逆的，則系統(tǒng)的熵總是增加的；如果變化過程是可逆的，則系統(tǒng)的熵保持不變；系統(tǒng)的熵決不會(huì)減少。系統(tǒng)的熵S＝klnW其中k為波爾茲曼常數(shù)，W就是系統(tǒng)某宏觀狀態(tài)包含的微觀狀態(tài)數(shù)目。
熵的概念首先產(chǎn)生于熱力學(xué)，它是系統(tǒng)中微觀粒子熱運(yùn)動(dòng)引起的無序程度的定量度量。熱力學(xué)理論解釋的是一個(gè)孤立系統(tǒng)由有序變到無序、由不平衡到平衡的單向性過程。而生物卻在一定時(shí)間范圍內(nèi)，如在其生長發(fā)育期間隨著時(shí)間的推移越來越復(fù)雜、越來越有序的機(jī)體。因?yàn)樯锸且粋€(gè)開放的系統(tǒng)，生命的運(yùn)動(dòng)過程同熱力學(xué)第二定律研究的孤立系統(tǒng)不同，生物只有與周圍環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)和能量交換，才能維持其生命。普里高津認(rèn)為，一個(gè)遠(yuǎn)離平衡態(tài)的開放系統(tǒng)，在外界環(huán)境變化達(dá)到某一特定閥值時(shí)，量變可能引起質(zhì)變。系統(tǒng)不斷地與外界交換物質(zhì)和能量就可能從原來的無序狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N時(shí)間、空間或功能的有序狀態(tài)。這種非平衡的新的有序結(jié)構(gòu)稱為耗散結(jié)構(gòu)。這種有序結(jié)構(gòu)與平衡結(jié)構(gòu)不同。穩(wěn)定的有序結(jié)構(gòu)是一種固定結(jié)構(gòu)，它不需要外界供應(yīng)物質(zhì)和能量來維持。穩(wěn)定的有序耗散結(jié)構(gòu)則是一種運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)，它要求不斷地吐故納新，即不斷地與外界發(fā)生物質(zhì)和能量的交換，才能維持它的有序狀態(tài)。它通過耗散物質(zhì)和能量來維持有序的狀態(tài)。因此叫做耗散結(jié)構(gòu)。薛定鄂把熵的概念帶進(jìn)了生物領(lǐng)域，按照熵增原理，演化總是朝著無序、混亂和衰退方向，為什么生物在生長發(fā)育期間，能朝著有序的方向發(fā)展呢？他在“生命是什么”一書中指出“明白的回答是靠吃、喝、呼吸，……專業(yè)術(shù)語叫新陳代謝”?！耙粋€(gè)生命有機(jī)體在不斷地增加它的熵，并趨于接近最大熵值的危險(xiǎn)狀態(tài)，那就是死亡，要擺脫死亡活著，唯一的辦法是從環(huán)境不斷吸取負(fù)熵。有機(jī)體吸取負(fù)熵去抵消它在生活中產(chǎn)生的熵的增加，從而使自身穩(wěn)定在低熵水平。所以新陳代謝是人體向著有序方向發(fā)展的基礎(chǔ)，新陳代謝出現(xiàn)紊亂，顯然就影響人體向有序的發(fā)展。人體運(yùn)動(dòng)的有序可以保證新陳代謝的正常進(jìn)行，人體運(yùn)動(dòng)的紊亂導(dǎo)致內(nèi)臟同化作用的減弱而影響新陳代謝的正常進(jìn)行，如處于強(qiáng)烈的情緒狀態(tài)。那么如何才能控制新陳代謝的正常進(jìn)行呢？由生理學(xué)的知識可知，新陳代謝是受神經(jīng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)的，只有有效地控制了神經(jīng)系統(tǒng)并使之有序化，才能間接地調(diào)節(jié)新陳代謝并使之有序化或正?；?。對于神經(jīng)系統(tǒng)而言，神經(jīng)系統(tǒng)的機(jī)能單位是反射弧，只有控制其輸入、輸出，才能控制了中間神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，也就控制了神經(jīng)系統(tǒng)。從而控制了新陳代謝，新陳代謝最終產(chǎn)生的能量，是以熱能的形式消耗掉，骨骼肌的運(yùn)動(dòng)可以消耗較多能量，心理疲勞就是新陳代謝的紊亂。
對于人體而言，人體的消息是效應(yīng)器的運(yùn)動(dòng)，人體的信息是效應(yīng)器的各種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化，人體的信號是神經(jīng)元的動(dòng)作電位。具體地說，人體的消息主要是骨骼肌的運(yùn)動(dòng)，人體的信息主要是骨骼肌各種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化，人體的信號主要是運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的動(dòng)作電位。
從信號與系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā)，信號是運(yùn)載信息的工具如語言、音樂、圖像、數(shù)據(jù)等；系統(tǒng)則是產(chǎn)生、傳輸或處理信號的客觀實(shí)體如通信系統(tǒng)、雷達(dá)系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。在數(shù)學(xué)上、常用表征其運(yùn)動(dòng)特性的數(shù)學(xué)模型來表示系統(tǒng)。人體系統(tǒng)的一切活動(dòng)都受神經(jīng)系統(tǒng)的控制，任何組織在接受刺激發(fā)生興奮時(shí)，都隨同發(fā)生電位變化，生物體興奮時(shí)的電位變化稱生物電現(xiàn)象。神經(jīng)元也不例外，神經(jīng)元受刺激發(fā)生的生物電現(xiàn)象，稱動(dòng)作電位。以動(dòng)作電位變化為表現(xiàn)形式的興奮傳導(dǎo)波，叫做神經(jīng)沖動(dòng)。神經(jīng)纖維主要以軸突和樹突構(gòu)成。神經(jīng)沖動(dòng)在神經(jīng)纖維內(nèi)的傳導(dǎo)，就好像電流在電線中的傳導(dǎo)一樣。而神經(jīng)系統(tǒng)是通過神經(jīng)元所產(chǎn)生的動(dòng)作電位來工作的，肌肉的收縮是由運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的動(dòng)作電位控制的，運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的動(dòng)作電位和運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的數(shù)目的不同，決定了肌肉收縮的不同，從而決定了不同的動(dòng)作。由于動(dòng)作電位有不應(yīng)期，神經(jīng)元所產(chǎn)生的動(dòng)作電位都是離散信號，神經(jīng)系統(tǒng)可以看作是一個(gè)離散信源。
按照神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的理論，決定該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型在T時(shí)刻的狀態(tài)是由所建神經(jīng)模型中所有處理單元的活躍值A(chǔ)I(T)所組成的狀態(tài)向量A(T)＝[A1(T)，A2(T)，A3(T)，……，AN(T)]決定的。運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的最后公路，這里用運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元來代表神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的處理單元，這里的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元是傳出神經(jīng)元，有隨意運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元，包括言語、表情及軀體運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元，人體對內(nèi)臟肌活動(dòng)的有意識控制是通過對隨意肌的控制來實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)隨意肌在進(jìn)行放松、有序、相對代謝率小的運(yùn)動(dòng)時(shí)，才能保證植物神經(jīng)功能的正常、內(nèi)臟肌的有序運(yùn)動(dòng)、新陳代謝的正常、情緒的穩(wěn)定。其中A1(T1-0)表示第一個(gè)運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元在0-T1時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)的動(dòng)作電位，即包含頻率、相位的波形；A2(T1-0)表示第二個(gè)運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元在0-T1時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)的動(dòng)作電位；……；AN(T1-0)表示第N個(gè)運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元在0-T1時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)的動(dòng)作電位。A(T1-0)表示神經(jīng)系統(tǒng)的輸出即運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)在0-T1時(shí)間內(nèi)的動(dòng)作，也可以稱為運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)在0-T1時(shí)間內(nèi)的狀態(tài)過程即人體的動(dòng)作過程。人體的運(yùn)動(dòng)行為是肌肉牽動(dòng)骨骼發(fā)生的，同一運(yùn)動(dòng)單位的肌纖維并不是一根挨一根地排列在一起的，而是分散在整塊肌肉中，并且由于支配它們的神經(jīng)纖維的長短不同，當(dāng)運(yùn)動(dòng)神經(jīng)受到刺激時(shí)，在整塊肌肉中的很大范圍內(nèi)肌肉纖維不是同步的；同一塊肌肉如二頭肌中的各運(yùn)動(dòng)單位也不是同步運(yùn)動(dòng)的，因?yàn)樗鼈兊呐d奮時(shí)間不同。
人體在0至T1時(shí)間內(nèi)的動(dòng)作可表示如下A(T1-0)=A1(T1-0)A2(T1-0)A3(T1-0)......AN(T1-0)]]>同理，A1(T2-T1)表示第一個(gè)運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元在T1-T2時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)的動(dòng)作電位，A2(T2-T1)表示第二個(gè)運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元在T1-T2時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)的動(dòng)作電位，AN(T2-T1)表示第N個(gè)運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元在T1-T2時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)的動(dòng)作電位A(T2-T1)=A1(T2-T1)A2(T2-T1)A3(T2-T1)......AN(T2-T1)]]>……A1〔TM-T(M-1)〕表示第一個(gè)運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元在T(M-1)-TM時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)的動(dòng)作電位，A2〔TM-T(M-1)〕表示第二個(gè)運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元在T(M-1)-TM時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)的動(dòng)作電位，……，AN[TM-T(M-1)]表示第N個(gè)運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元在T(M-1)-TM時(shí)間內(nèi)的動(dòng)作電位。
A[TM-T(M-1)]=A1[TM-T(M-1)]A2[TM-T(M-1)]A3[TM-T(M-1)]......AN[TM-T(M-1)]]]>
所以A(TM-0)={A(T1-0),A(T2-T1),A(T3-T2),......,A[TM-T(M-1)]}]]>=A1(T1-0)A1(T2-T1)A1(T3-T2)......A1[TM-T(M-1)]A2(T1-0)A2(T2-T1)A2(T3-T2)......A2[TM-T(M-1)]A3(T1-0)A3(T2-T1)A3(T3-T2)......A3[TM-T(M-1)]......AN(T1-0)AN(T2-T1)AN(T3-T2)......AN[TM-T(M-1)]]]>其中TM表示時(shí)間歷程，從計(jì)算動(dòng)作開始到動(dòng)作結(jié)束所經(jīng)歷的時(shí)間。是從0時(shí)刻開始到TM時(shí)刻的時(shí)間內(nèi)，人體行為所作任何動(dòng)作經(jīng)歷的時(shí)間。人體的行為是依靠大量的動(dòng)作實(shí)現(xiàn)的，各種動(dòng)作組成人體的行為。在每一時(shí)刻，大腦控制的運(yùn)動(dòng)單位興奮的數(shù)目及每個(gè)運(yùn)動(dòng)單位的發(fā)放頻率是有限的，所以人體的運(yùn)動(dòng)在理論上是可以以在每一時(shí)刻參與運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的數(shù)目及每個(gè)運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的發(fā)放頻率和相位來描述。由時(shí)刻的銜接便組成了人體運(yùn)動(dòng)在某一時(shí)間范圍內(nèi)的數(shù)學(xué)表達(dá)式。
按照生物力學(xué)的原理可知，運(yùn)動(dòng)行為是依靠身體各部及整個(gè)身體在空間和時(shí)間內(nèi)的各種動(dòng)作實(shí)現(xiàn)的，所以動(dòng)作中的各個(gè)元素或按空間特征加以區(qū)分，或按時(shí)間特征加以區(qū)分。根據(jù)身體各環(huán)節(jié)在關(guān)節(jié)中相對位置的變化，可從動(dòng)作中分離出空間元素即行為元，行為元是動(dòng)作的最小空間元素，如滑雪的基本動(dòng)作之一滑板蹬雪，便包括幾個(gè)行為元腳蹬雪、擺臂、擺腿以及身體前上沖。在動(dòng)作中可從各確定的時(shí)刻之間分離出時(shí)間元素即時(shí)相。時(shí)相是動(dòng)作的最小時(shí)間元素。時(shí)相何時(shí)開始，持續(xù)多久，何時(shí)結(jié)束，均需加以測定。各時(shí)相在時(shí)間上一個(gè)一個(gè)地銜接著。研究動(dòng)作系列，必須根據(jù)不同的特征，從時(shí)間上分出各個(gè)時(shí)相。每一時(shí)相，同以往時(shí)相及繼后時(shí)相均不相同，且其間以一定時(shí)刻為界，彼此隔離開來。時(shí)刻就是時(shí)相之間的邊界，每一時(shí)相對應(yīng)者一定的行為元。兩時(shí)相邊界上，即兩時(shí)相交替時(shí)刻的身體姿勢稱為邊界姿勢。這一姿勢是前一時(shí)相的終末姿勢，也是后一時(shí)相的開始姿勢。具有共同特點(diǎn)的各時(shí)相組成動(dòng)作的階段，如跑中的支撐階段和騰空階段。由動(dòng)作的階段構(gòu)成動(dòng)作周期，如走、跑、游泳等具有重復(fù)性的動(dòng)作。行為元和時(shí)相指的都是同一些動(dòng)作，不過為了研究各種動(dòng)作的不同方面而根據(jù)不同的空間特征與時(shí)間特征從動(dòng)作中分離出來。下面以蛙泳為例作生物動(dòng)力學(xué)的分析，蛙泳分為基本動(dòng)作和預(yù)備性動(dòng)作?；緞?dòng)作是劃水，劃水的初始姿位特點(diǎn)是屈腿和分腿，運(yùn)動(dòng)員由此姿位開始，兩腿于膝關(guān)節(jié)伸直，兩腿用力向后打水，兩臂向前伸，其時(shí)間為從0時(shí)刻開始到T1時(shí)刻為止，記作時(shí)相1。腳打水結(jié)束后，身體呈伸直姿勢，在水中被動(dòng)滑行，其時(shí)間從T1時(shí)刻開始到T2時(shí)刻為止，記作時(shí)相2。其中T2-T1＜T1-0。此時(shí)不待速度發(fā)生較大損失便開始向兩側(cè)分手，兩臂于肘關(guān)節(jié)逐漸屈曲并往下垂，當(dāng)兩手相對于身體向后的運(yùn)動(dòng)速度達(dá)到最大值時(shí)，手劃時(shí)相便告結(jié)束，其時(shí)間從T2時(shí)刻開始到T3時(shí)刻為止，記作時(shí)相3。以上為基本動(dòng)作階段，下面是預(yù)備性動(dòng)作階段。手劃動(dòng)作一結(jié)束，兩臂于肘關(guān)節(jié)屈而開始前移，兩腿也同時(shí)屈，這是對下一周期劃水動(dòng)作的準(zhǔn)備，其時(shí)間從T3開始到T4時(shí)刻為止，記作時(shí)相4，這些動(dòng)作都要慢慢地開始，以免產(chǎn)生過大的逆流而影響前進(jìn)速度，腿部的預(yù)備性動(dòng)作包括屈曲和前移也同時(shí)進(jìn)行。時(shí)間從T4時(shí)刻開始到T5時(shí)刻為止，記作時(shí)相5，在時(shí)相5，兩臂肘關(guān)節(jié)伸，并向前引，而兩腿于膝關(guān)節(jié)屈到最大限度，完成前引動(dòng)作。所以在一個(gè)周期的五個(gè)時(shí)相中，前三個(gè)時(shí)相即時(shí)相1、時(shí)相2和時(shí)相3是連續(xù)劃水動(dòng)作，先是腿部劃水后是臂部劃水，此時(shí)速度增長。后兩個(gè)時(shí)相速度都要降低，時(shí)相4和時(shí)相5是為下一周期的劃水動(dòng)作做準(zhǔn)備。行為元或時(shí)相組成動(dòng)作階段，動(dòng)作階段構(gòu)成動(dòng)作周期。若干個(gè)動(dòng)作周期構(gòu)成人的各種行為。
一個(gè)蛙泳動(dòng)作周期中五個(gè)時(shí)相的數(shù)學(xué)表達(dá)式如下，A(T5-0)=[A(T1-0),A(T2-T1),A(T3-T2),A(T4-T3),A(T5-T4)]]]>
=A1(T1-0)A1(T2-T1)A1(T3-T2)A1(T4-T3)A1(T5-T4)A2(T1-0)A2(T2-T1)A2(T3-T2)A2(T4-T3)A2(T5-T4)A3(T1-0)A3(T2-T1)A3(T3-T2)A3(T4-T3)A3(T5-T4)......AN(T1-0)AN(T2-T1)AN(T3-T2)AN(T4-T3)AN(T5-T4)]]>下一個(gè)蛙泳動(dòng)作周期中五個(gè)時(shí)相的數(shù)學(xué)表達(dá)式如下，A(T10-T5)=[A(T6-T5),A(T7-T6),A(T8-T7),A(T9-T8),A(T10-T9)]]]>=A1(T6-T5)A1(T7-T6)A1(T8-T7)A1(T9-T8)A1(T10-T9)A2(T6-T5)A2(T7-T6)A2(T8-T7)A2(T9-T8)A2(T10-T9)A3(T6-T5)A3(T7-T6)A3(T8-T7)A3(T9-T8)A3(T10-T9)......AN(T6-T5)AN(T7-T6)AN(T8-T7)AN(T9-T8)AN(T10-T9)]]>當(dāng)A(T5-0)＝A(T10-T5)時(shí)，表明動(dòng)作周期中相對應(yīng)的各個(gè)時(shí)相也相等，即A(T6-T5)＝A(T1-T0)，A(T7-T6)＝A(T2-T1)，……，A(T10-T9)＝A(T5-T4)，A1(T6-T5)＝A1(T1-0)，A1(T7-T6)＝A1(T2-T1)，……，A1(T10-T9)＝A1(T5-T4)A2(T6-T5)＝A2(T1-0)，A2(T7-T6)＝A2(T2-T1)，……，A2(T10-T9)＝A2(T5-T4)……AN(T6-T5)＝AN(T1-0)，AN(T7-T6)＝A2(T2-T1)，……，AN(T10-T9)＝AN(T5-T4)這只是理論上的相等，實(shí)際只能是統(tǒng)計(jì)平均的相似，即用相關(guān)函數(shù)的方法，它們是最大限度的相關(guān)。當(dāng)然在運(yùn)動(dòng)中不僅是有意識控制的軀體運(yùn)動(dòng)，還有與軀體運(yùn)動(dòng)無關(guān)的感覺、知覺、思維等心理活動(dòng)，因?yàn)檫@里只考慮運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的動(dòng)作電位，也就是說，只要其它的心理活動(dòng)沒有影響或較大地影響正在進(jìn)行動(dòng)作的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的動(dòng)作電位以及沒有增加新的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的興奮，沒有產(chǎn)生相應(yīng)的效應(yīng)，就可忽略不計(jì)。人體中全部運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的數(shù)目是一個(gè)定值，而根據(jù)自身的生理特性，在每一時(shí)刻受意識控制的興奮的數(shù)目也有一個(gè)與活動(dòng)有關(guān)的有限值，不能在某一時(shí)刻全部運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元都興奮起來參與運(yùn)動(dòng)。如技巧性運(yùn)動(dòng)參與的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元要多一些，而力量性運(yùn)動(dòng)參與的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元要相對少一些。因此，如果在某一時(shí)間階段，只是一些受意識控制的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元在做周期性的興奮與抑制，而且這些運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的數(shù)目和具體位置也是一定的，外部表現(xiàn)為在重復(fù)一個(gè)動(dòng)作，內(nèi)部意識也在反復(fù)地控制骨骼肌去完成一個(gè)動(dòng)作，沒有雜念，或?qū)σ恍┡c運(yùn)動(dòng)無關(guān)的心理活動(dòng)沒有產(chǎn)生相應(yīng)的反應(yīng)，那么在這段時(shí)間內(nèi)，人體的隨意運(yùn)動(dòng)熵最小，最符合人體的需要，也最利于人體的新陳代謝。對于產(chǎn)生的疲勞的反應(yīng)，也是一個(gè)從小到大的過程，最后肯定導(dǎo)致動(dòng)作不能繼續(xù)。對于這種情況，從理論上要看對它的定義，實(shí)際中要看動(dòng)作之間的相關(guān)程度，如以動(dòng)作的停止作為人體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化。而隨意運(yùn)動(dòng)熵小的導(dǎo)引自行車運(yùn)動(dòng)，可以使人體在2秒鐘到10秒鐘內(nèi)輕松完成一個(gè)動(dòng)作周期，這種運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)是通過四肢一定范圍的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，騎行速度慢消耗能量少，人體在不停地尋找平衡中前進(jìn)易于集中注意力，對內(nèi)臟有按摩與拉伸作用，使內(nèi)臟在被動(dòng)地做伸展運(yùn)動(dòng)。由于小腸的蠕動(dòng)頻率在6次/分鐘到16次/分鐘，呼吸的頻率為16次/分鐘，而這種運(yùn)動(dòng)的頻率在6次/分鐘到30次/分鐘，適當(dāng)降低運(yùn)動(dòng)速度，選擇一特定頻率與內(nèi)臟的運(yùn)動(dòng)頻率相等，便于引起共振效應(yīng)，從而加強(qiáng)內(nèi)臟的蠕動(dòng)，增強(qiáng)新陳代謝的同化作用。一般情況下，骨骼肌的過度或最大限度的收縮會(huì)引起異化作用的增強(qiáng)和同化作用的減弱，同化作用的減弱如腸胃蠕動(dòng)減弱會(huì)影響營養(yǎng)的吸收。而所謂的心理疲勞難以較快康復(fù)的生理實(shí)質(zhì)就是同化作用的減弱難以恢復(fù)到正常水平。異化作用的減弱可以加強(qiáng)用骨骼肌的運(yùn)動(dòng)來解決，異化作用的旺盛，可以用放松骨骼肌或坐臥等方式來解決；同化作用的旺盛可以用加強(qiáng)骨骼肌的運(yùn)動(dòng)、追求刺激、探險(xiǎn)等方法來解決，但是同化作用的減弱尚無良好的理論與方法，坐臥休息時(shí)心煩意亂，由于吸收營養(yǎng)受到影響，所以沒有體力、精力來進(jìn)行有效的運(yùn)動(dòng)。這充分表明新陳代謝的流量特性，新陳代謝要求的是同化作用與異化作用的平衡，即在一定限度內(nèi)產(chǎn)生的能量得到有效釋放，釋放的能量得到有效補(bǔ)充，人體的生命活動(dòng)才能正常進(jìn)行，不能一頓飯吃上十天的飯，而后十天不吃。所以對于心理疲勞者，雖然體內(nèi)產(chǎn)生的能量不足，也不能就用單純休息的方法來解決，盡管是能量不足，但決不是能量嚴(yán)重不足，如果是就會(huì)安然靜坐或臥床而眠。因此為了保證新陳代謝的正常進(jìn)行，必須把這部分不足的能量以不很大影響同化作用的方式消耗掉。從理論上講，要符合人體的生理特性。人體在覺醒狀態(tài)，每一時(shí)刻大腦的注意力是有一定限度的，大腦所控制的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元也是有一定限度的。超出它們的限度，會(huì)引不足性起紊亂，即不知在注意什么，也不知在干什么，非常忙亂感到很累；達(dá)不到它們的限度，也會(huì)引起溢出性紊亂，如走路時(shí)邊走邊說，獨(dú)坐時(shí)胡思亂想、東張西望，這種情況不能視為是走路或靜坐一個(gè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)增多人體的隨意運(yùn)動(dòng)熵就增大。而引體向上、百米沖刺等運(yùn)動(dòng)雖然與它們的限度接近可視為一個(gè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，雖然對同化作用有一定影響但對于身體強(qiáng)健者易于恢復(fù)，其主要是消耗很大不易持久。同化作用與異化作用的互相促進(jìn)作用是以保持內(nèi)環(huán)境相對穩(wěn)定在一定范圍為前提的，對于內(nèi)臟功能不強(qiáng)者，一味地增加異化作用會(huì)使內(nèi)臟功能更加虛弱，起不到對同化作用的促進(jìn)作用，卻達(dá)到相反的目的。所以根據(jù)新陳代謝的流量特性，對于內(nèi)臟功能虛弱者，如腸胃蠕動(dòng)減弱者，選擇一些對內(nèi)臟活動(dòng)影響小且自己能夠承受的骨骼肌運(yùn)動(dòng)，以釋放體內(nèi)不多的能量，通過這種消耗能量較少的運(yùn)動(dòng)順暢地進(jìn)行，來保證異化作用的持續(xù)有效的進(jìn)行，由于這種運(yùn)動(dòng)使內(nèi)環(huán)境處于相對的穩(wěn)定狀態(tài)而無較為劇烈的變化，所以在這種情況下，可以對同化作用起到促進(jìn)作用。盡管是消耗能量與攝入能量都較少，但表明它們的流量是基本平衡的，這種平衡就利于新陳代謝的正常，新陳代謝的正常就符合生命活動(dòng)的規(guī)律，機(jī)體就會(huì)進(jìn)行自身的康復(fù)、創(chuàng)傷部位的修復(fù)活動(dòng)，從而加速病態(tài)的康復(fù)。
把人體看作是一個(gè)完整的控制系統(tǒng)，有輸入部分、系統(tǒng)部分、輸出部分、能源部分等四大部分組成。其中能源部分是主要的，它直接決定著整個(gè)系統(tǒng)的功能。每一時(shí)刻人體的能源消耗也是有限的，從能量代謝的角度來看，影響能量代謝的因素有食物、環(huán)境溫度、肌肉運(yùn)動(dòng)和精神因素，就每個(gè)人而言，在相同的食物和環(huán)境溫度的條件下，可以通過自身改變能量代謝的途徑只有肌肉運(yùn)動(dòng)和精神因素這兩方面，而精神因素也要通過具體的肌肉運(yùn)動(dòng)來體現(xiàn)的并且肌肉運(yùn)動(dòng)對能量代謝的影響又十分明顯，所以只有控制了全部的運(yùn)動(dòng)單位也就在自身控制的范圍內(nèi)有效地控制了能量代謝、有效地控制了新陳代謝，從而有效地控制了人體的整個(gè)系統(tǒng)。利用這個(gè)原理來控制人體的新陳代謝并使之正常為人體的健康服務(wù)。如果徒手在胸前畫圓動(dòng)作，雙臂缺少支撐易于疲勞，而停止動(dòng)作且缺乏慣性作用。因此隨意運(yùn)動(dòng)熵小的導(dǎo)引自行車運(yùn)動(dòng)，是一項(xiàng)易于在一定時(shí)間內(nèi)堅(jiān)持下去的運(yùn)動(dòng)。
設(shè)W1＝T5，則A(W1-0)＝A(T5-0)。所以，A(W1-0)=A1(W1-0)A2(W1-0)A3(W1-0)......AN(W1-0)]]>A(W2-W1)=A1(W2-W1)A2(W2-W1)A3(W2-W1)......AN(W2-W1)]]>
A(W3-W2)=A1(W3-W2)A2(W3-W2)A3(W3-W2)......AN(W3-W2)]]>……A[WX-W(X-1)]=A1[WX-W(X-1)]A2[WX-W(X-1)]A3[WX-W(X-1)]......AN[WX-W(X-1)]]]>A(WX-0)={A(W1-0),A(W2-W1),A(W3-W2),......,A[WX-W(X-1)]}]]>=A1(W1-0),A1(W2-W1),A1(W3-W2),......,A1[WX-W(X-1)]A2(W1-0),A2(W2-W1),A2(W3-W2),......,A2[WX-W(X-1)]A3(W1-0),A3(W2-W1),A3(W3-W2),......,A3[WX-W(X-1)]......AN(W1-0),AN(W2-W1),AN(W3-W2),......,AN[WX-W(X-1)]]]>WX表示從0時(shí)刻至WX時(shí)刻，有X個(gè)動(dòng)作周期的動(dòng)作，它們可以是相同的、相似的或不同的，這就是關(guān)于人體運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的動(dòng)作電位的數(shù)學(xué)表達(dá)式，式中包含了人體的全部運(yùn)動(dòng)單位，如用言語表示意識活動(dòng)的喉頭的動(dòng)作電位、反映情緒的表情肌的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的動(dòng)作電位、軀體運(yùn)動(dòng)的骨骼肌的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的動(dòng)作電位等。
當(dāng)A(W1-0)＝A(W2-W1)＝……＝A[WX-W(X-1)]時(shí)，那么在0時(shí)刻至WX時(shí)刻這段時(shí)間內(nèi)，人體只有一個(gè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，即在重復(fù)一個(gè)動(dòng)作。以相同動(dòng)作為例，在兩個(gè)相同的動(dòng)作周期內(nèi)，在相對應(yīng)的時(shí)相內(nèi)的運(yùn)動(dòng)單位興奮的數(shù)目和所有每個(gè)運(yùn)動(dòng)單位的發(fā)放頻率從理論上講是相同的，正是由于它們的相同，才導(dǎo)致了相同的動(dòng)作。而在實(shí)際中，可以用相似來表示。對于人體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的度量S＝KlnW＝0，由于S越小表明系統(tǒng)越有序，因此在這段時(shí)間，人體的運(yùn)動(dòng)處于最有序的狀態(tài)。
人體的所有運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元可以看作是一個(gè)隨刺激變化而出現(xiàn)興奮與抑制變化的信源。運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元是萬分復(fù)雜的神經(jīng)系統(tǒng)的最后公路。運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的變化規(guī)律可以映射神經(jīng)系統(tǒng)的變化規(guī)律。由于神經(jīng)系統(tǒng)接受的外界與體內(nèi)的刺激是隨機(jī)的，故神經(jīng)系統(tǒng)的狀態(tài)也是隨機(jī)的，運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的興奮與抑制控制著肌肉收縮從而決定了人體的運(yùn)動(dòng)行為變化。因此人體的動(dòng)作有隨機(jī)性。大腦的狀態(tài)或中樞神經(jīng)系統(tǒng)的狀態(tài)是由運(yùn)動(dòng)單位來表達(dá)的。大腦的神經(jīng)元有140億個(gè)，而運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元即運(yùn)動(dòng)單位有200萬-300萬個(gè)，對運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的研究可使關(guān)于中樞神經(jīng)系統(tǒng)的問題簡單一些。
在信息論中，用信源空間表示的數(shù)學(xué)模型，有一個(gè)必要的前提即信源可能處于各種狀態(tài)的概率是事先可測定的。信源要含有一定的信息，必須具有隨機(jī)性，以一定的概率處于各種不同的狀態(tài)，相對于發(fā)出各種不同的符號。所以，信源可以看作是一個(gè)具有一定概率分布的某一狀態(tài)或符號的集合。用某一離散隨機(jī)變量的可能取值，表示信源可能發(fā)出的符號，用離散隨機(jī)變量的概率分布，表示信源發(fā)出不同符號的可能性的大小。如擲骰子，每次出現(xiàn)朝上的一面點(diǎn)數(shù)是隨機(jī)的。如果把朝上一面的點(diǎn)數(shù)作為信源的輸出消息，那么這種信源可能輸出的各種不同消息都是離散的數(shù)字，而且不同消息的數(shù)量是有限的，即組成數(shù)字集合{1，2，3，4，5，6}，同時(shí)一個(gè)數(shù)字就代表一個(gè)完整的消息。所以這種信源是一個(gè)單符號的離散信源。用一個(gè)離散隨機(jī)變量來代表一個(gè)單符號的離散信源，這就是單符號離散信源的數(shù)學(xué)模型的基本思想。用離散型隨機(jī)變量X來表示這個(gè)信源X的可能取值，就是信源可能輸出的各種不同符號，那么X的狀態(tài)空間就是信源可能輸出的數(shù)字集合{1，2，3，4，5，6}。X的概率分布就是信源輸出各種不同數(shù)字的先驗(yàn)概率，顯然X的概率空間可測定為P{X＝1}＝P{X＝2}＝P{X＝3}＝P{X＝4}＝P{X＝5}＝P{X＝6}＝1/6。這樣這個(gè)單符號離散信源的數(shù)學(xué)模型可表示為〔X*P〕＝X1， 2， 3， 4， 5， 6P1/6，1/6，1/6，1/6，1/6，1/6因?yàn)閇X*P]完整地表示了這個(gè)信源的特性，所以這個(gè)概率空間也稱為信源空間。信源空間必須是一個(gè)完備集即有P{X＝1}+P{X＝2}+P{X＝3}+P{X＝4}+P{X＝5}+P{X＝6}＝1對于一般信源來說，如信源發(fā)出的不同符號組成符號集A＝{a1，a2，a3，……，ar}，即信源可能發(fā)出r個(gè)不同符號ai(i＝1，2，3，……，r)。信源發(fā)出符號ai(i＝1，2，3，……，r)的先驗(yàn)概率測定為P(ai)(i＝1，2，3，……，r)，那么這個(gè)信源就可用以下的數(shù)學(xué)模型來表示[X*P]Xa1a2a3_……arPP(a1) P(a2) P(a3)……，P(ar)而且P(ai)(i＝1，2，3，……，r)滿足p(a1)+P(a2)+P(a 3)+……+P(ar)＝1信源發(fā)出某一符號ai(i＝1，2，3，……，r)，它提供的信息量就是ai本身所含有的信息量，即能提供的全部信息量，在數(shù)量上等于信源發(fā)出符號的不確定性，用數(shù)學(xué)的方法已證明，信源X的任一符號ai(i＝1，2，r)所含有的自信息量I(ai)(i＝1，2，r)等于符號ai的先驗(yàn)概率p(ai)(i＝1，2，r)的倒數(shù)的對數(shù)，即I(ai)＝-logp(ai)。只要測定了先驗(yàn)概率p(ai)，就可定量地計(jì)算符號ai的自信息量。顯然，I(ai)只能表示信源發(fā)出的某一特定具體符號ai的自信息量，不同的符號有不同的自信息量，所以它不足以作為整個(gè)信源的總體信息測度。
對于這個(gè)單符號離散信源，可以用一個(gè)確定的量作為整個(gè)信源的總體信息測度。顯然，能作為信源總體信息測度的確定的量，應(yīng)該是信源各個(gè)不同符號所含有的自信息量I(ai)(i＝1，2，3，……，r)在信源的概率空間{P(a1)，P(a2)，P(a3)，……，P(ar)}中的統(tǒng)計(jì)平均值H(X)H(X)＝P(a1)I(a1)+P(a2)I(a2)+P(a3)I(a3)+……+P(ar)I(ar)＝-P(a1)logP(a1)-P(a2)logP(a2)-P(a3)logP(a3)……-P(ar)logP(ar)比特/符號。H(X)就是信源每發(fā)一個(gè)符號所提供的平均信息量，并稱它為信源的信息熵，簡稱“熵”。從它的數(shù)學(xué)表達(dá)式中可知各個(gè)符號等概率出現(xiàn)時(shí)，信息熵具有最大值；有一個(gè)符號出現(xiàn)的概率等于1時(shí)，信息熵為最小值等于0。熵是定量表達(dá)某一信源的不確定性或無組織程度或無序程度或混亂程度的量。如果我們認(rèn)為這些信息來自某一信源或某一系統(tǒng)，熵就是衡量系統(tǒng)無序程度的量。信息熵是信源的總體的信息測度。一個(gè)系統(tǒng)中的信息量是它的有序程度的度量，系統(tǒng)的熵就是它的有序程度的度量。消息集合所攜帶的信息就是有序程度的度量，信息反應(yīng)了系統(tǒng)在時(shí)間、空間運(yùn)動(dòng)的過程中所表現(xiàn)的有序程度。在一般情況下，信源在沒有發(fā)出符號以前，總存在一定的不確定性，發(fā)出符號以后，總可以提供一定的信息量。信息是依附于物質(zhì)，凡是有物質(zhì)的地方就有信息存在?？陀^存在的各個(gè)事物狀態(tài)的表露，以及各個(gè)事物隨時(shí)間所發(fā)生的變化的反映都稱為信息。一般的信源發(fā)出的消息往往是時(shí)間和空間上一系列離散符號組成的符號序列，稱為符號序列離散信源或多符號離散信源。例如某電報(bào)系統(tǒng)是二進(jìn)制信源，則發(fā)出的是一串“0”和“1”的序列。在實(shí)際情況中，多符號離散信源發(fā)出的每一條消息中所包含的符號數(shù)一般來說是不相同的，而且消息的長度也是隨機(jī)的。對于信源序列輸出中每一位出現(xiàn)什么符號是隨機(jī)的，若輸出消息符號序列中前后符號的出現(xiàn)是彼此無關(guān)的，稱為無記憶符號序列離散信源；若各符號之間有一定依存關(guān)系，不是統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的，稱為有記憶符號序列離散信源。若把人類自然語言作為一種信源，不論是漢語、英語還是其它別的語言，必須按照某種規(guī)律進(jìn)行排列才能具有意義。如出現(xiàn)“萬里長”三字時(shí)，后面是“城、”、“江的可能性較大，而出現(xiàn)其它字的可能性較小。這就是說信源輸出序列中的一個(gè)符號的出現(xiàn)，是與它以前符號出現(xiàn)的情況有關(guān)聯(lián)的即要考慮符號的條件概率。馬爾可夫信源就具有自然語言信源的特性，即發(fā)出的符號序列中每一符號所用的概率分布不是一成不變的，而是發(fā)出一種符號換一種概率分布。一般來說，對多符號離散信源的分析是復(fù)雜和困難的，為了便于研究，必須對實(shí)際的多符號離散信源作一些假定使問題達(dá)到簡化。實(shí)際的多符號離散信源X＝X1X2X3……在不同時(shí)刻的隨機(jī)變量XI和X(I+T)的概率分布P(XI)和P[X(I+T)]，一般來說是不相同的即隨機(jī)變量的統(tǒng)計(jì)特性隨著時(shí)間的推移而有所變化。但是為了便于研究，假定隨機(jī)矢量X＝X1X2X3……中各維聯(lián)合概率分布均不隨時(shí)間推移而變化。這種多符號離散信源稱為多符號平穩(wěn)離散信源。假定這種信源發(fā)出的每一條消息均由N個(gè)符號組成，字符、消息之間統(tǒng)計(jì)獨(dú)立，互不關(guān)聯(lián)，而實(shí)際信源發(fā)出的消息之間通常是相互關(guān)聯(lián)的，把信源發(fā)出無限長的符號序列中的每N個(gè)符號看作一組，組與組之間統(tǒng)計(jì)獨(dú)立，每一組的統(tǒng)計(jì)特性相同。這樣，多符號離散平穩(wěn)信源就可由N個(gè)隨機(jī)變量組成的隨機(jī)矢量X＝X1X2X3……XN來表示對于發(fā)出N長無記憶符號序列離散平穩(wěn)信源的熵H(X1X2X3……XN)，應(yīng)等于發(fā)單個(gè)符號消息的信源熵H(X)的N倍，即H(X1X2X3……XN)＝NH(X)比特/符號序列。
而對于N長符號序列有記憶離散平穩(wěn)信源的熵，H(X1X2X3……XN)＝H(X1)+H(X2/X1)+H(X3/X1X2)+……+H[XN/X1X2X3……X(N-1)]因?yàn)镠(X/X)＜H(X)，所以H(X1X2X3……XN)＜NH(X)。
綜上所述，信源發(fā)出每一條消息均由N個(gè)符號組成是一種假設(shè)，但實(shí)際的多符號離散信源發(fā)出的每一條消息中所含的符號數(shù)，一般來說也不相同。而對于多符號有記憶離散平穩(wěn)信源，符號之間的條件概率是先驗(yàn)的，即事先確定的。這些缺點(diǎn)，對于復(fù)雜的事后不斷發(fā)展變化的信源或系統(tǒng)很難進(jìn)行熵的度量。如果不考慮每一消息中所包含的符號數(shù)量，無論是一個(gè)、二個(gè)還是N個(gè)，即消息中的符號數(shù)是隨機(jī)的，這里不把一個(gè)符號當(dāng)作一個(gè)信息單元，而把一個(gè)消息當(dāng)作一個(gè)信息單元。那么，這個(gè)信源就是一個(gè)單消息離散信源。如你考上清華大學(xué)了嗎？無論考上與否，其的熵為1比特/系統(tǒng)的錄取單元。而問你的高考成績是多少？假如高考總成績?yōu)?50，那么它的熵為9.55比特/系統(tǒng)的成績單元。雖然9.55＞＞1，但即使得到高考成績的消息，這個(gè)信息量較大是9.55，它并不能確定是否考上清華大學(xué)這個(gè)消息，雖然考上清華大學(xué)的信息量較小是1，這是由于二者的系統(tǒng)單元不同。正如水的比重是1000克/每立方分米，而水銀的比重是13.55克/每立方厘米，雖然1000＞＞13.55，但不能說，水的比重比水銀大，因?yàn)樗鼈兯傅膶ο蠹聪到y(tǒng)單元不同。對于人體運(yùn)動(dòng)熵的測量，人體的各種行為是由若干個(gè)動(dòng)作按時(shí)間、空間組成的。首先確定的系統(tǒng)單元是一個(gè)動(dòng)作，它的時(shí)間是從一個(gè)動(dòng)作的開始到這個(gè)動(dòng)作的結(jié)束，如蛙泳中完成一次上肢與下肢的打水，即人體的一個(gè)消息，而不是人體的一個(gè)信號，即各個(gè)運(yùn)動(dòng)單位中運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的動(dòng)作電位，人體的每一個(gè)動(dòng)作是由若干個(gè)運(yùn)動(dòng)單位中的動(dòng)作電位按時(shí)間、空間總和而成的，一個(gè)人體信號就是一個(gè)運(yùn)動(dòng)單位中運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的一個(gè)脈沖，一個(gè)動(dòng)作是由若干條線路中的若干個(gè)脈沖以不同的頻率在一定時(shí)間內(nèi)總和而成的，其中線路即運(yùn)動(dòng)單位中的神經(jīng)元。所以若以動(dòng)作電位或人體信號為計(jì)算人體信息量的系統(tǒng)單元，將使計(jì)算復(fù)雜化，并且有些動(dòng)作電位在正在運(yùn)動(dòng)的人體中難以測量，如怎樣從正在蛙泳的人體身上測量到全部運(yùn)動(dòng)單位的動(dòng)作單位。因此，如果以一個(gè)動(dòng)作為計(jì)算人體信息量的系統(tǒng)單元，那么將使問題簡單化，還是以蛙泳為例，蛙泳是一種周期運(yùn)動(dòng)，一個(gè)蛙泳動(dòng)作包含五個(gè)時(shí)相，在五個(gè)時(shí)相中各個(gè)時(shí)相對應(yīng)且基本一樣，從運(yùn)動(dòng)生理學(xué)的角度來講，相同的動(dòng)作是基本相同的運(yùn)動(dòng)單位興奮的時(shí)間、空間總和。即在時(shí)間、空間上的相同動(dòng)作是若干個(gè)運(yùn)動(dòng)單位基本相同的動(dòng)作電位序列。具體地說，是在有意識地控制下的若干線路的不同頻率、相位的時(shí)間空間總和的一致，或者不同運(yùn)動(dòng)單位的動(dòng)作電位的波形在這個(gè)周期與上一個(gè)周期的相同的不同運(yùn)動(dòng)單位的動(dòng)作電位的波形在頻率、相位及脈沖個(gè)數(shù)等各方面的統(tǒng)計(jì)平均值的基本一致。假如在T1時(shí)刻到T2時(shí)刻，某個(gè)人在水中不停蛙泳，一個(gè)動(dòng)作的時(shí)間為3秒，T2-T1為10分鐘即600秒，那么在這段時(shí)間內(nèi)，蛙泳的動(dòng)作數(shù)為200個(gè)，如果2個(gè)動(dòng)作呼吸一次，那么考慮呼吸運(yùn)動(dòng)更為精確的動(dòng)作一樣數(shù)為100個(gè)。這個(gè)系統(tǒng)的信息單元為一次呼吸及2個(gè)蛙泳動(dòng)作，從理論上講，在600秒內(nèi)人體系統(tǒng)只輸出了100個(gè)一樣的消息，那么在此期間的人體平均信息量為log1＝0。人體的運(yùn)動(dòng)熵最小。熵，從理論上講越小，表明系統(tǒng)越有序。但理論必須與實(shí)際相結(jié)合才有意義。作為人體而言，不可能在作不同目的的有意識動(dòng)作中600秒鐘、6000000秒鐘只呼吸一次，也不可能一個(gè)蛙泳動(dòng)作用600秒鐘，假如一個(gè)蛙泳動(dòng)作用了600秒鐘，4小時(shí)作了24個(gè)動(dòng)作，雖然人體的運(yùn)動(dòng)熵為0很小，但人體在運(yùn)動(dòng)過程中的疲勞感、饑餓感等直接向大腦發(fā)信息，大腦必須處理這些來自生理的需要，來克服當(dāng)前的困難，努力堅(jiān)持下去，這些對于大腦來說，就意味著除了在指揮蛙泳這一動(dòng)作外，還要接受另外的感覺并努力克服身體的不適，這個(gè)過程在人體內(nèi)都有具體的動(dòng)作電位及運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的相應(yīng)興奮與運(yùn)動(dòng)，最終導(dǎo)致動(dòng)作的變化。因此，大腦由原來專心一個(gè)目的的工作，變成了兩個(gè)或更多個(gè)目的的工作，運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的狀態(tài)數(shù)目也相應(yīng)增加?？梢娙梭w運(yùn)動(dòng)的熵增加了。所以關(guān)于動(dòng)作的時(shí)間周期問題，要首先符合人體的生理特性及當(dāng)時(shí)的需要。雖然動(dòng)作表明快、多時(shí)，人體的運(yùn)動(dòng)熵大，但遇到洪水、火災(zāi)等危險(xiǎn)情況，快速轉(zhuǎn)移到安全地方，使身體避免受到傷害。而我自巋然不動(dòng)表明的人體熵小，而遇到了洪水或火災(zāi)的襲擊，而使身體受到傷害，總的過程而言，人體的熵還是增加了。
總而言之，人體運(yùn)動(dòng)的熵小，表明人體處于一個(gè)相對有序的狀態(tài)，有利于人體的生存與發(fā)展。睡眠是人體必不可少的一項(xiàng)低熵運(yùn)動(dòng)，可加強(qiáng)同化作用，加強(qiáng)營養(yǎng)的吸收和能量的儲存，使人體得以休養(yǎng)生息。因此睡眠的過程中，人體有意識運(yùn)動(dòng)的熵幾乎為0。如果某人從22時(shí)睡眠到次日7時(shí)，期間次日4時(shí)起床小便到4時(shí)10分。從中可知，某人睡眠8小時(shí)50分即530分鐘是一種狀態(tài)，而10分鐘是另一種狀態(tài)，其人體運(yùn)動(dòng)的熵H(X)＝-530/540LOG530/540-10/540LOG10/540＝0.02647+0.03208＝0.0585比特/每個(gè)狀態(tài)。
人體干較重的體力勞動(dòng)，時(shí)間長了會(huì)感到骨骼肌發(fā)酸、無力，表現(xiàn)暫時(shí)的工作效率降低，準(zhǔn)確性較差，這就說明疲勞產(chǎn)生了。持久的肌肉活動(dòng)，使肌肉的工作能力降低，以至完全消失，這種現(xiàn)象就叫疲勞。肌肉本身長時(shí)間收縮后引起的疲勞，叫收縮性疲勞。刺激肌體運(yùn)動(dòng)神經(jīng)，時(shí)間較長后，所支配的肌肉收縮能力低下，這時(shí)如直接刺激肌肉本身，還能引起正常的收縮，這說明神經(jīng)沖動(dòng)不能通過神經(jīng)肌肉接頭傳遞給肌肉，也就是說神經(jīng)肌肉接頭比肌肉更容易疲勞，這叫傳遞性疲勞。然而在整體內(nèi)，往往是上述兩部位還沒有出現(xiàn)疲勞的時(shí)候，肌肉的收縮能力已經(jīng)下降，這是神經(jīng)中樞發(fā)生疲勞引起的，叫中樞疲勞，因神經(jīng)中樞的機(jī)能復(fù)雜代謝率最高，所以最容易引起疲勞。正常體內(nèi)肌肉的收縮，是由神經(jīng)中樞部位產(chǎn)生的興奮，通過傳出神經(jīng)而發(fā)起的，故勞動(dòng)所產(chǎn)生的疲勞最先或主要是中樞性疲勞。各種疲勞的產(chǎn)生，基本原因在于代謝產(chǎn)物如乳酸、二氧化碳等的堆積和營養(yǎng)物質(zhì)的耗竭。收縮性疲勞產(chǎn)生的原因，主要是酸性代謝產(chǎn)物的堆積，如步行時(shí)間較長，腿走累了，用熱水洗腳，促進(jìn)下肢血液循環(huán)，移除代謝產(chǎn)物，有助于疲勞的恢復(fù)。傳遞性疲勞和中樞性疲勞是由于神經(jīng)肌肉接頭及神經(jīng)突觸部位化學(xué)遞質(zhì)的感到過度消耗而造成的。常會(huì)看到，技術(shù)熟練的工人、農(nóng)民持續(xù)很長時(shí)間的勞動(dòng)也不產(chǎn)生疲勞，由于他們工作熟練、精神不緊張，神經(jīng)中樞的活動(dòng)適度，從而肌肉收縮有一個(gè)最合適的負(fù)荷和最適的節(jié)律，在這種情況下，動(dòng)作協(xié)調(diào)，工作效率最高能量消耗較少，所以不易疲勞。這是生理學(xué)的解釋，而疲勞產(chǎn)生的數(shù)學(xué)依據(jù)是運(yùn)動(dòng)熵的大小所決定的。因?yàn)榧夹g(shù)熟練的工人、農(nóng)民在勞動(dòng)過程中較不熟練者的多于動(dòng)作、僵硬動(dòng)作明顯少，且節(jié)律較為穩(wěn)定，即動(dòng)作的狀態(tài)數(shù)量與費(fèi)力動(dòng)作的數(shù)量少，所以在相對代謝率基本相同時(shí)人體的運(yùn)動(dòng)熵小，能量消耗少，故不易疲勞。從能量代謝的角度而言，機(jī)體每天消耗的能量，最后均以熱能向體外放散，故機(jī)體產(chǎn)生熱量就意味著消耗能量能量的根本來源是糖、脂肪和蛋白質(zhì)所蘊(yùn)藏的化學(xué)能。這三種物質(zhì)在體內(nèi)不斷地氧化分解。將蘊(yùn)藏的化學(xué)能逐漸釋放出來，其中一部分能量變?yōu)轶w熱以維持體溫，一部分能量儲存于ATP中成為化學(xué)能為神經(jīng)、循環(huán)、呼吸、肌肉收縮等器官系統(tǒng)的生理活動(dòng)提供能量。肌肉運(yùn)動(dòng)可直接影響能量代謝，人體處于安靜狀態(tài)時(shí)，骨骼肌產(chǎn)生的熱量僅占全身產(chǎn)熱量的20％，在劇烈活動(dòng)時(shí)，占90％以上；當(dāng)人的精神活動(dòng)和情緒活動(dòng)處于高度緊張狀態(tài)時(shí)，如恐懼、焦慮時(shí)，能量代謝往往明顯升高，這種影響是通過中樞神經(jīng)系統(tǒng)的緊張活動(dòng)，直接加強(qiáng)了骨骼肌的緊張性，使產(chǎn)熱量增加。另一方面由于中樞神經(jīng)系統(tǒng)的興奮引起腎上腺激素分泌增加，通過體液傳遞，刺激全身組織的物質(zhì)代謝過程，使產(chǎn)熱量增加。
在從事各種活動(dòng)時(shí)，人體總是承受一定的體力工作量。工作量越大能量消耗越大?；A(chǔ)代謝量是人體在絕對安靜下維持生命所必須的能量消耗，單位時(shí)間內(nèi)的基礎(chǔ)代謝量稱為基礎(chǔ)代謝率。安靜代謝量是人體為了維持各部位的平衡及某種姿勢所消耗的能量，它包括基礎(chǔ)代謝量和僅僅為維持體位平衡及某種姿勢所增加的代謝量，它等于120％的基礎(chǔ)代謝量。能量代謝量是人體在運(yùn)動(dòng)時(shí)所消耗的總能量，它包括基礎(chǔ)代謝量、維持體位所增加的代謝量和運(yùn)動(dòng)時(shí)所增加的代謝量三部分。相對代謝率是能量代謝量與安靜代謝量的差除以基礎(chǔ)代謝量的商。人體的能量消耗分為肌肉收縮性能量消耗、傳遞性能量消耗和中樞性能量消耗，能量消耗過大就引起疲勞，對于中樞性疲勞而言，中樞包含的中間神經(jīng)元數(shù)量越大，中樞也越容易產(chǎn)生疲勞，中樞性疲勞是不容易恢復(fù)的。一些忙亂、緊張、呆板、僵硬、多余的動(dòng)作都是參與運(yùn)動(dòng)的中間神經(jīng)元數(shù)目增加的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)。忙亂、緊張狀態(tài)是大腦皮層興奮與抑制爭斗的表現(xiàn)；多余動(dòng)作是大腦皮層興奮過程擴(kuò)散的結(jié)果；僵硬、呆板是一些神經(jīng)元持續(xù)興奮的表現(xiàn)。因此同時(shí)增大了中樞、傳遞、收縮的消耗，故增大了人體能量消耗，所以不易持久。但是由于人體的新陳代謝具有流量特性，相應(yīng)地增大能量消耗，即異化作用的增強(qiáng)會(huì)促進(jìn)同化作用，并不是沒有條件的。由于精神緊張而產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)的紊亂，紊亂的運(yùn)動(dòng)超過一定限度就不利于新陳代謝，參與紊亂動(dòng)作的神經(jīng)元數(shù)目的增加，會(huì)使大腦皮層的興奮度增加，達(dá)到一定強(qiáng)度就會(huì)影響大腦皮層對植物神經(jīng)的控制并使之弱化，而不利于腸胃的吸收。因此對于人體即使是相同的能量消耗，在飲食、休息等條件必備的情況下，并不一定能得到相應(yīng)的能量補(bǔ)充。只有在不影響植物神經(jīng)功能的條件下，才能保證新陳代謝的正常進(jìn)行或加強(qiáng)，即在人體隨意運(yùn)動(dòng)熵小的條件下，體內(nèi)消耗的能量就能得到相應(yīng)的補(bǔ)充，增加相對代謝率也能保證新陳代謝的正常進(jìn)行。這是對健康人與體弱有病者都適用的基本原則，健康人可以從事一些相對代謝率大的運(yùn)動(dòng)，也可以參與隨意運(yùn)動(dòng)熵相對大一點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)，因?yàn)槠涑惺苣芰σ獜?qiáng)一些，而不會(huì)影響自身的植物神經(jīng)功能。這就是說，在人體隨意運(yùn)動(dòng)熵小的條件下，延長運(yùn)動(dòng)時(shí)間或增加相對代謝率的運(yùn)動(dòng)，才是使新陳代謝正常進(jìn)行或加強(qiáng)的有效方法。疲勞是紊亂成份的增加的運(yùn)動(dòng)。這里熵表示運(yùn)動(dòng)的有序程度，商表示能量消耗的多少。
當(dāng)實(shí)現(xiàn)某種隨意運(yùn)動(dòng)時(shí)，大腦發(fā)出一連串的興奮傳向骨骼肌。隨意運(yùn)動(dòng)是為了達(dá)到某種目的而指向一定目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)，絕大多數(shù)較復(fù)雜的隨意運(yùn)動(dòng)都需要經(jīng)過反復(fù)練習(xí)逐漸完善和熟練掌握。在做一項(xiàng)已熟練掌握的隨意運(yùn)動(dòng)時(shí)，不再需要思考具體動(dòng)作如何進(jìn)行，運(yùn)動(dòng)即可下意識地順利完成，一般認(rèn)為這是因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)的復(fù)雜細(xì)節(jié)已被編成運(yùn)動(dòng)程序儲存起來，可以隨時(shí)調(diào)用而完成運(yùn)動(dòng)，就象計(jì)算機(jī)工作時(shí)調(diào)用編好的程序一樣。如果一個(gè)復(fù)雜的隨意運(yùn)動(dòng)調(diào)用一次運(yùn)動(dòng)程序，那么N個(gè)相同的復(fù)雜隨意運(yùn)動(dòng)，就要調(diào)用N次運(yùn)動(dòng)程序，一次運(yùn)動(dòng)程序的完成相當(dāng)于一個(gè)時(shí)間序列，N次運(yùn)動(dòng)程序的完成相當(dāng)于N個(gè)時(shí)間序列，因此完成N個(gè)相同的復(fù)雜隨意運(yùn)動(dòng)的人體運(yùn)動(dòng)熵為0，這是理論數(shù)值。在實(shí)際中，只能說動(dòng)作的相似程度接近100％，但不是100％。如相似程度為99％，其熵為H(X1)＝-0.99LOG0.99-0.01LOG0.01＝0.0144+0.0664＝0.0808比特/動(dòng)作序列而相似程度為90％時(shí)，其熵為H(X2)＝-0.9LOG0.9-0.1LOG0.1＝0.136+0.332＝0.196比特/動(dòng)作序列顯然H(X1)＜H(X2)，所以相似程度越高，人體運(yùn)動(dòng)熵越小。
而相似程度為90％，剩余10％的動(dòng)作雖然與主要?jiǎng)幼鞑灰粯樱鼈円膊幌嗤?，假設(shè)剩余10％的動(dòng)作由兩種組成，各占動(dòng)作總數(shù)的3％和7％，其熵為H(X3)＝-0.9LOG0.9-0.03LOG0.03-0.07LOG0.07＝0.136+0.152+0.269＝0.557比特/動(dòng)作序列顯然H(X3)＞H(X2)＞H(X1)，這里的對數(shù)均是以2為底。
在實(shí)際中，每個(gè)動(dòng)作的時(shí)間不可能絕對相等，每個(gè)動(dòng)作的空間軌跡也不絕對一樣，相似動(dòng)作的觀測按照不是有意識的加快或減慢和有意識的改變運(yùn)動(dòng)軌跡來考慮，只要是同一目的的相似動(dòng)作都可認(rèn)定是相似動(dòng)作。例如會(huì)游泳的人與不會(huì)游泳的人，他們的運(yùn)動(dòng)熵是不同的，不會(huì)游泳的人就無法在水中連續(xù)不停地游下去，只能是游游停停，對自己的動(dòng)作作不斷的校正或有意識地改變動(dòng)作中的不正確部分，顯然不會(huì)游泳的人的人體有意識運(yùn)動(dòng)熵比會(huì)游泳的大，相應(yīng)的能量消耗也多。
以上是指有意識積極運(yùn)動(dòng)而言，如中途休息雖然也是另一種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，可減少能量消耗，但不屬于有意識的同一目標(biāo)的積極運(yùn)動(dòng)。人體運(yùn)動(dòng)熵的觀測是以滿足生理需要或在生理正?；顒?dòng)范圍之內(nèi)或人體承受能力之內(nèi)為前提的，一般情況下，人體的正?；顒?dòng)是日出而作，日落而息，一日三餐，每天大便一次、排尿五次，白天工作八小時(shí)，夜間睡眠八小時(shí)，是以一天為一個(gè)周期的。大腦在睡眠時(shí)意識暫時(shí)消失，而在覺醒時(shí)有意識，這里所提及的熵、人體運(yùn)動(dòng)熵全稱應(yīng)為覺醒時(shí)人體有意識隨意運(yùn)動(dòng)熵，也稱為隨意運(yùn)動(dòng)熵。所以對于人體運(yùn)動(dòng)熵的觀測應(yīng)為人體在覺醒狀態(tài)下的即除睡眠之外的，如果失眠，也應(yīng)按覺醒考慮。
若運(yùn)動(dòng)與休息各占50％，其熵為1比特/狀態(tài)。若每6秒作一個(gè)有意識的動(dòng)作且每個(gè)動(dòng)作的目的各不相同，理論上講，在600秒鐘內(nèi)的人體平均信息量最大為log100＝6.64比特/動(dòng)作序列，在此期間的動(dòng)作有蛙泳、被水嗆了一次站在水中咳嗽了一會(huì)、上岸、抽煙、下水、不小心與別人相撞等。睡眠通過計(jì)算得出是一種能量消耗極低、隨意運(yùn)動(dòng)熵極小運(yùn)動(dòng)，百米沖刺是一種能量消耗極大、隨意運(yùn)動(dòng)熵小的運(yùn)動(dòng)，遇到危險(xiǎn)，驚慌失措的離開是一種能量消耗大、隨意運(yùn)動(dòng)熵大的運(yùn)動(dòng)。
在對人體隨意運(yùn)動(dòng)熵的計(jì)算中，是對已經(jīng)完成了的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)的結(jié)果為依據(jù)的，是有一定概率分布的，而且它們是一個(gè)完備集。時(shí)間可以從1秒鐘、1分鐘、1小時(shí)到1天、1年、80年，一般是對某一時(shí)間段進(jìn)行計(jì)算的，如20分鐘、1小時(shí)、一年等，而1秒鐘的計(jì)算沒有多大實(shí)際意義，1秒鐘的熵小并不等于1小時(shí)的熵小，而1小時(shí)的熵小則意味著對1小時(shí)內(nèi)的各時(shí)間單位或運(yùn)動(dòng)單位進(jìn)行統(tǒng)計(jì)平均計(jì)算的熵小。熵大則能量消耗大，熵小能量消耗不一定小，還要看相對代謝率。
當(dāng)機(jī)體的某一部分感受了有效的刺激而發(fā)生反應(yīng)時(shí)，從外表活動(dòng)來看，可以區(qū)分為兩種不同表現(xiàn)一種是由相對靜止?fàn)顟B(tài)變?yōu)槊黠@的活動(dòng)狀態(tài)，或由較弱的活動(dòng)變?yōu)檩^強(qiáng)的活動(dòng)，稱為興奮；另一種是由明顯的活動(dòng)狀態(tài)變?yōu)橄鄬o止，或由較強(qiáng)的活動(dòng)變?yōu)檩^弱的活動(dòng)，稱為抑制。抑制并不是沒有反應(yīng)，它是與興奮相對對立的一種主動(dòng)過程。以上說的是人體的外在表現(xiàn)行為，而興奮和抑制也是高級神經(jīng)活動(dòng)的基本過程，這兩種過程的交替，貫穿神經(jīng)活動(dòng)的始終。大腦及神經(jīng)系統(tǒng)的反射活動(dòng)，都要在它的基礎(chǔ)上進(jìn)行。興奮與抑制是同一大腦皮層部位活動(dòng)的兩個(gè)方面。它們雖然作用相反，但又互相依存，相互轉(zhuǎn)化。皮層的某一部位有時(shí)興奮占優(yōu)勢，有時(shí)抑制占優(yōu)勢，就整個(gè)大腦來說，清醒時(shí)興奮占優(yōu)勢，睡眠時(shí)抑制占優(yōu)勢。人的思維等一切心理活動(dòng)、條件反射的建立，都要在大腦的活動(dòng)狀態(tài)下，即興奮占優(yōu)勢的情況下才能順利進(jìn)行。抑制并不是一個(gè)消極過程，它對于大腦健康而有效的活動(dòng)具有保證作用。在抑制狀態(tài)下，皮層細(xì)胞不做任何工作，因此可以恢復(fù)它們的正常機(jī)能。全部皮層細(xì)胞都是如此，在大多數(shù)皮層細(xì)胞已經(jīng)工作的條件下，全部皮層必須移行于抑制狀態(tài)，這是每天發(fā)生的事實(shí)，即睡眠。巴甫洛夫把大腦皮層的神經(jīng)細(xì)胞看作是模范的最警惕的信號員。因?yàn)槠蛹?xì)胞的信號活動(dòng)，使人體能夠與周圍環(huán)境發(fā)生精確而迅速的適應(yīng)，這確實(shí)是一種非常細(xì)致的活動(dòng)。于是它們的休息與機(jī)能的恢復(fù)必須立刻得到保證，這對于它們將來的精確工作是完全必要的。而睡眠抑制的發(fā)展正是對皮層細(xì)胞正常機(jī)能活動(dòng)的有效保證。睡眠抑制不僅在正常狀態(tài)下有保護(hù)性作用，可促進(jìn)皮層細(xì)胞工作能力的恢復(fù)，而且在病理狀態(tài)下還有醫(yī)療性作用，可以促進(jìn)皮層細(xì)胞正常機(jī)能的恢復(fù)。大腦皮層的抑制活動(dòng)，對控制和營養(yǎng)自律神經(jīng)系以下的臟器來說，是很重要的一種活動(dòng)。但是這種活動(dòng)是極為脆弱的，若大腦皮層在強(qiáng)烈的或連續(xù)不斷的刺激下，大腦皮層首先遭受打擊的是抑制性活動(dòng)，由于大腦皮層的抑制過程遭受了打擊，那么大腦皮層則難于恢復(fù)自己的再工作能力，這樣長久下去，大腦皮層的功能就弱化下來，就不能正常調(diào)節(jié)所有自律神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)各臟器的工作以致發(fā)生各種各樣的病態(tài)。
高級神經(jīng)活動(dòng)的基本規(guī)律是興奮、抑制的擴(kuò)散與集中和興奮、抑制的相互誘導(dǎo)。
注意從其發(fā)生來說是機(jī)體的一種定向反射。根據(jù)巴甫洛夫?qū)W說，注意的中樞機(jī)制是神經(jīng)過程的誘導(dǎo)規(guī)律。按照這個(gè)規(guī)律，在大腦皮層上發(fā)生的每一個(gè)興奮中心，都引起周圍區(qū)域的抑制。因此，興奮就不會(huì)均勻地沿著整個(gè)皮層擴(kuò)散開來。在每一瞬間，皮層上都有一個(gè)最優(yōu)勢的興奮區(qū)域并與最清楚的意識狀態(tài)相聯(lián)系。由于大腦皮層的一定區(qū)域產(chǎn)生了優(yōu)勢興奮中心。注意是心理活動(dòng)對一定對象的指向和集中。指向，是指每一瞬間，心理活動(dòng)反應(yīng)對象的瞄準(zhǔn)，而同時(shí)離開了其余不反映的對象。集中，是指對心理活動(dòng)對指向?qū)ο蟮某掷m(xù)反映，集中是持續(xù)的指向深入的反映。每一瞬間作用于人刺激數(shù)不勝數(shù)，人的大腦只能反映那些被注意到的事物。只有注意的參與心理過程才能正常進(jìn)行，它是各種心理過程共有的特性。注意只在覺醒狀態(tài)下發(fā)生，睡眠時(shí)，一般刺激不能引起人的注意，疲倦、瞌睡等狀態(tài)下也不能有良好的注意。網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)為大腦皮層和整個(gè)機(jī)體提供覺醒狀態(tài)，丘腦等部位控制著注意的轉(zhuǎn)移及對象的選擇，額葉參與覺醒水平的提高，人的語言提醒人們堅(jiān)持注意的方向，使注意帶有有意性的特點(diǎn)。巴甫洛夫?qū)嶒?yàn)指出，注意的中樞機(jī)制是神經(jīng)過程的誘導(dǎo)規(guī)律，在每一瞬間都有一系列的刺激物作用于大腦，大腦皮層產(chǎn)生大量強(qiáng)度不同的興奮灶，其中最適宜的是中等強(qiáng)度的興奮灶，根據(jù)負(fù)誘導(dǎo)的規(guī)律，由于它的興奮，在大腦皮層的相應(yīng)區(qū)域就產(chǎn)生了興奮活動(dòng)，在焦點(diǎn)的部分具有一個(gè)優(yōu)勢興奮中心，這就是注意的集中。注意的外部表現(xiàn)可以受意識控制，注意的穩(wěn)定性是指注意力在一定對象上所持續(xù)的時(shí)間，是一種重要的注意品質(zhì)。它不是意味著總是指向同一客體，活動(dòng)所接觸的客體和活動(dòng)本身可以有所變化，但活動(dòng)的總方向應(yīng)當(dāng)是固定的。當(dāng)一個(gè)學(xué)生在讀書、寫字、算術(shù)等情況下，表現(xiàn)出穩(wěn)定的注意的時(shí)候，他的動(dòng)作所接觸的客體即讀的課文、寫的詞句、作的習(xí)題數(shù)字也象進(jìn)行的動(dòng)作即寫字時(shí)的手運(yùn)動(dòng)一樣總是在變化著的，但是總的方向是由應(yīng)當(dāng)完成的任務(wù)所決定的即讀完或?qū)懲赀@一篇文章所決定的，所以始終沒變。因而一個(gè)人如果長時(shí)間地精神貫注于服從一個(gè)任務(wù)的某件事情，就可以說這是穩(wěn)定的注意。從生理上來看，注意的穩(wěn)定性意味著占優(yōu)勢的興奮中心始終是那些調(diào)節(jié)著作為統(tǒng)一活動(dòng)的各個(gè)環(huán)節(jié)的動(dòng)作的大腦皮層區(qū)域。如果客體和進(jìn)行的動(dòng)作是交替的，那么注意就能長久地保持在高度的水平上，為了長時(shí)間地把注意保持在某一個(gè)東西上面，需要不斷地在同一東西發(fā)現(xiàn)新而又新的方面，對它提出的不同問題，進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作回答，而這些動(dòng)作又要服從于人所追求的總的目的，雖然動(dòng)作呈現(xiàn)多樣化，但是圍繞同一目的的。運(yùn)用一個(gè)物品來進(jìn)行某些動(dòng)作而達(dá)到提高注意的穩(wěn)定性是特別重要的，這樣就能維持大腦皮層的活動(dòng)狀態(tài)，這種狀態(tài)是保持皮個(gè)別區(qū)域占優(yōu)勢興奮性所必需的。表現(xiàn)于外部的運(yùn)用物品的實(shí)際動(dòng)作，即利用它們具有很大的意義。這就促使獲得的印象更加多樣化，促使更完整地從各個(gè)方面來了解一個(gè)對象，更好地去感知它。甚至在完成簡單的和多次重復(fù)的動(dòng)作的時(shí)候，如果那些每一次都要求完成一定動(dòng)作的刺激物總是支持著注意，那么注意就能保持很長久。從有關(guān)注意的穩(wěn)定性論述中可以看出，隨意運(yùn)動(dòng)熵小的導(dǎo)引自行車基本符合上述要求，因此本實(shí)用新型從心理學(xué)的角度而言，可以提高注意的穩(wěn)定性，延長注意的時(shí)間且消耗不大。
注意的廣度是一個(gè)人在同一時(shí)間內(nèi)所能清楚地把握的對象的數(shù)量，注意是一種有限的心理資源。從能源上講，可以把它比作發(fā)電站，它只有一定限度的發(fā)電能力；從空間上講，容納了某種信息就不能再容納其它信息，因而注意的范圍是有限的。當(dāng)人在對事物發(fā)生注意時(shí)，他的各級神經(jīng)組織都要發(fā)生相應(yīng)的變化，在他的大腦皮層內(nèi)與這種事物相應(yīng)的部位，就形成優(yōu)勢興奮中心。
從注意的范圍而言，它在同一時(shí)間內(nèi)是有限的。注意是動(dòng)態(tài)變化的，猶如流水澆地，水的流量在相應(yīng)的時(shí)間內(nèi)是基本上一定的，地的面積太大，水不夠用，地的面積太小，水就會(huì)溢出，而澆到其它地方。注意的廣度是一定的，是不能控制的。而注意的對象是可以控制的。
認(rèn)知心理學(xué)認(rèn)為，監(jiān)督加工器是一個(gè)愛管閑事的裝置，它傾向于受任何發(fā)生事情的影響而成為一些動(dòng)作的驅(qū)動(dòng)，不論這個(gè)事件是外部的還是內(nèi)部的。管理監(jiān)督加工器的最容易辦法是給它一些要分配注意的去做的事情，讓監(jiān)督加工器在做一些不費(fèi)力的事情上用盡它的全部應(yīng)變能力。這樣心理就能夠不受監(jiān)督加工器的影響而起作用，它使心理的注意能力被占據(jù)著，它給監(jiān)督加工器一些事情做并有效地跳過內(nèi)在的意識機(jī)制的監(jiān)督和指引。不管是什么活動(dòng)，它必須是做起來簡單，但又使心理不得空閑?，F(xiàn)在設(shè)想把這個(gè)監(jiān)督加工器關(guān)閉，人就進(jìn)入了另一種狀態(tài)，如睡眠狀態(tài)、麻醉狀態(tài)等。以冥想為例，猶如氣功的入靜或瑜伽的冥想狀態(tài)，人隨著呼吸的起伏默默地?cái)?shù)數(shù)，讓意識去做一些重復(fù)性的不重要的事，把注意力吸引到機(jī)械性的活動(dòng)上去，機(jī)械的簡單的活動(dòng)占據(jù)著它，又減弱它的監(jiān)督指導(dǎo)作用，這就差不多關(guān)閉了監(jiān)督加工器，這時(shí)其它一般加工器還可以照常操作，或者也可以相對減弱，而監(jiān)督加工器可在必要時(shí)隨時(shí)啟動(dòng)，對一般加工器的操作進(jìn)行監(jiān)督。
語言和言語在人類的思維及整個(gè)心理活動(dòng)中有著極為重要的作用，它是思維的工具。語言是以詞為單位、以語法為構(gòu)造規(guī)則的符號系統(tǒng)。巴甫洛夫把它叫做第二信號系統(tǒng)。思維是以感覺、知覺、表象提供的材料為基礎(chǔ)的認(rèn)知過程的高級階段。感覺和知覺只能個(gè)別地反映事物的現(xiàn)象，而思維則能全面地反映事物的本質(zhì)。思維過程是借助語言和言語來實(shí)現(xiàn)的?，F(xiàn)代電生理學(xué)的研究表明，人在思考問題時(shí)，第二信號系統(tǒng)起著重要的調(diào)節(jié)作用。大腦中進(jìn)行智力活動(dòng)時(shí)，可在喉頭、舌頭記錄到電位變化。天生聾啞的人，在思考問題時(shí)，可在手指上顯示出活動(dòng)，但喉頭、舌部沒有電位變化，這說明進(jìn)入大腦皮層的動(dòng)覺沖動(dòng)保證著思維活動(dòng)的進(jìn)行。這說明人在默默思考時(shí)，內(nèi)部語言參加活動(dòng)，雖然聽不到發(fā)音器官的聲音，但它的肌肉組織仍在活動(dòng)，并向大腦皮層發(fā)送動(dòng)覺刺激，這種刺激是在人思考時(shí)所不可缺少的。
記憶是大腦對經(jīng)歷過的事物的反映。人的記憶特點(diǎn)主要是通過詞，人的大量記憶是屬于詞的記憶，詞是構(gòu)成語言的單位，從生理上來看，記憶是暫時(shí)神經(jīng)聯(lián)系的形成、鞏固和再活動(dòng)。想象是一種形象化的，富于創(chuàng)造性的思維活動(dòng)，想象的基礎(chǔ)是記憶。感覺是大腦對現(xiàn)實(shí)事物個(gè)別屬性的直接反映。知覺是大腦對直接作用于感官的客觀事物整體的綜合反映。知覺不僅要受感覺系統(tǒng)生理因素的影響，而且極大地依賴于一個(gè)人過去所記憶的知識和經(jīng)驗(yàn)。因此心理學(xué)的認(rèn)知過程主要是以言語的活動(dòng)為物質(zhì)基礎(chǔ)的，而言語是以舌、喉頭、嘴等的運(yùn)動(dòng)為基礎(chǔ)的，涉及言語運(yùn)動(dòng)的肌肉與第二信號系統(tǒng)對應(yīng)稱為第二隨意肌。所以第二隨意肌的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)決定著認(rèn)知過程，主要涉及人體完整控制系統(tǒng)的系統(tǒng)部分，與生理學(xué)的高級中樞神經(jīng)系統(tǒng)活動(dòng)相關(guān)。
通過對心理學(xué)認(rèn)知過程的闡述可知，人的注意相當(dāng)于監(jiān)督加工器，它在人覺醒時(shí)，在同一時(shí)間內(nèi)，注意力是有限的，但是是時(shí)刻不停地運(yùn)動(dòng)變化著，即注意力有剩余的部分時(shí)，它就投向別的事物，注意力不夠用時(shí)，就不能全面地感覺事物。
大腦對信息的處理加工，在同一時(shí)間內(nèi)也是有限的。盡管在同一時(shí)間內(nèi)，人可以做幾件事，例如思考問題時(shí)輕敲手指，開車時(shí)說話，繪畫時(shí)唱歌等等，可以看作大腦有兩個(gè)或兩個(gè)以上并列而分開來的加工器。思考問題時(shí)輕敲手指就是由于輕敲手指的控制系統(tǒng)與思維的控制系統(tǒng)是基本分開的，它們之間的干擾較小。雖然司機(jī)在開車時(shí)可以與同伴說話，但當(dāng)進(jìn)入一個(gè)困難的行車條件時(shí)，司機(jī)傾向于把與同伴的談話放慢或者停頓下來。這充分說明大腦盡管有兩個(gè)或兩個(gè)以上并列而分開的加工器，在同一時(shí)間內(nèi)加工器工作的數(shù)目是一定的，即反映心理活動(dòng)的或人體對信息加工處理的人體行為如說話、動(dòng)作的數(shù)量與力度是有限的。全面了解心理活動(dòng)，就要全面了解監(jiān)督加工器和加工器的所有工作狀態(tài)，即注意力和大腦的工作，他在關(guān)注著所有的什么、在想所有的什么、在做所有的什么和在說什么。
通過了解高級神經(jīng)活動(dòng)的基本過程興奮和抑制，高級神經(jīng)活動(dòng)的基本規(guī)律興奮、抑制的擴(kuò)散與集中和興奮、抑制的相互誘導(dǎo)，以及關(guān)于注意概念的學(xué)習(xí)，可以從宏觀上推斷出，注意具有有限的變化流量特性，注意力的強(qiáng)弱代表當(dāng)時(shí)興奮的神經(jīng)元的數(shù)目多少與正在興奮的神經(jīng)元的發(fā)放頻率的大小。因?yàn)樽⒁猱a(chǎn)生于感覺。人與人之間，自己的各個(gè)時(shí)間階段的注意力都不一定相同，如張三與李四的注意力，張三剛睡醒、在工作中、疲勞時(shí)、準(zhǔn)備睡眠時(shí)的注意力都不一樣。人在睡眠時(shí)幾乎沒有注意力。優(yōu)勢原則表明當(dāng)興奮強(qiáng)度與自身的承受能力相匹配時(shí)，興奮區(qū)域小，則抑制區(qū)域大，因?yàn)榇竽X皮層的整個(gè)區(qū)域是一定的。如果增大興奮區(qū)域則對事物的關(guān)注程度會(huì)降低，也會(huì)減少抑制區(qū)域，如同時(shí)與兩個(gè)人談?wù)摬煌膹?fù)雜問題，很難有較圓滿的回答。如果增加興奮強(qiáng)度，則超出自身承受能力，會(huì)轉(zhuǎn)移興奮區(qū)域，這樣興奮區(qū)域的興奮不易持久，如作引體向上。如果減小興奮區(qū)域，又會(huì)引發(fā)其它的興奮區(qū)域，如走路時(shí)交談。在睡眠時(shí)大腦皮層幾乎都是抑制區(qū)域，在覺醒時(shí)抑制區(qū)域是由興奮區(qū)域決定的，它處在沒有興奮的區(qū)域。抑制活動(dòng)的強(qiáng)弱和區(qū)域的大小決定著人體能量的消耗與能量的吸收，因?yàn)橐种苹顒?dòng)對大腦工作能力的恢復(fù)、控制植物性神經(jīng)的活動(dòng)有重要作用。因此，在覺醒狀態(tài)下，要想在一段時(shí)間內(nèi)，如半個(gè)小時(shí)的時(shí)間內(nèi)，大腦皮層有一個(gè)相對穩(wěn)定的、區(qū)域較大的抑制區(qū)域，來減少能量消耗、增加能量的吸收，就要選擇興奮區(qū)域，選擇興奮區(qū)域的標(biāo)準(zhǔn)是與自身的承受能力相匹配，基本上全部利用了當(dāng)時(shí)興奮的神經(jīng)元，而且要保持該興奮區(qū)域的位置基本不變，運(yùn)動(dòng)時(shí)引起的交感神經(jīng)的興奮，在運(yùn)動(dòng)停止后能較快地抑制，這也是積極性休息的標(biāo)準(zhǔn)。這樣興奮區(qū)域的穩(wěn)定，注意力穩(wěn)定，那么抑制區(qū)域也是相對穩(wěn)定的，表現(xiàn)為動(dòng)作的穩(wěn)定、有節(jié)律、有些部位沒有多余動(dòng)作，如靜坐釣魚，因此大腦可以達(dá)到較好的積極性休息。
注意的流量特性從微觀上講，注意是若干個(gè)神經(jīng)元的交替興奮，這種興奮是大腦能夠感知到的，在睡眠時(shí)大腦是幾乎不能感知的。覺醒時(shí)，大腦皮層有若干個(gè)興奮區(qū)，每個(gè)興奮區(qū)有若干個(gè)興奮點(diǎn)，每個(gè)興奮點(diǎn)由若干個(gè)神經(jīng)元的興奮組成。但是在每一時(shí)刻只有一個(gè)興奮點(diǎn)，當(dāng)這些興奮點(diǎn)的依次轉(zhuǎn)換而沒有偏離其所在的興奮區(qū)域時(shí)，那么這個(gè)興奮區(qū)域便構(gòu)成了優(yōu)勢興奮中心。因此興奮點(diǎn)是指某一時(shí)刻，而優(yōu)勢興奮區(qū)域是指某一時(shí)間范圍，在一段時(shí)間范圍內(nèi)優(yōu)勢興奮區(qū)域可以是基本固定不變的，而興奮點(diǎn)卻時(shí)刻在變，如在大腦皮層有一個(gè)興奮區(qū)域-打籃球，而運(yùn)球、傳球、投籃、搶藍(lán)板、防守等興奮點(diǎn)卻時(shí)刻在變，但它們都是在打籃球這個(gè)范圍內(nèi)。
如果把人體看作一個(gè)完整系統(tǒng)，那么在相應(yīng)時(shí)間內(nèi)，系統(tǒng)的各個(gè)向量的狀態(tài)就決定系統(tǒng)狀態(tài)。所以，只要把握住系統(tǒng)的各個(gè)向量，就把握住了系統(tǒng)的狀態(tài)。
人的心理主要是通過言語和行為表現(xiàn)出來的，因?yàn)檠哉Z和行為受心理的支配。言語和行為是一個(gè)人對所處情境的一種反應(yīng)系統(tǒng)，它包括肌肉運(yùn)動(dòng)、腺體分泌、口頭言語、表情等，它是由一系列反應(yīng)動(dòng)作所組成的。刺激引發(fā)人的行為往往不是直接的，而是通過人的心理為中介。
需要是機(jī)體對內(nèi)部環(huán)境和外部生活條件的穩(wěn)定要求，是賴以生存和發(fā)展的必要條件，需要有生理需要、安全需要、社交需要、尊重需要和自我實(shí)現(xiàn)的需要等五個(gè)層次。生理和安全需要在人類各種需要中具有最強(qiáng)的優(yōu)勢，當(dāng)一個(gè)人為生理需要所控制時(shí)，其它一切需要均退居次要地位。生理需要有飲食、呼吸、睡眠、排泄等，是最基本的強(qiáng)烈的需要；安全需要是要求穩(wěn)定安全、受到保護(hù)。因此生理需要就是新陳代謝的需要，安全需要就是自身不受傷害的需要。
情緒和情感是人對現(xiàn)實(shí)事物所抱態(tài)度的一種主觀體驗(yàn)，它是大腦對客觀事物與主體需要之間關(guān)系的反映。
由此可見，情緒與需要有關(guān)，需要是人體對內(nèi)部環(huán)境和外部生活條件向穩(wěn)定性強(qiáng)發(fā)展的要求，其最終目的是人體新陳代謝的穩(wěn)定、有序。所以情緒實(shí)際上與新陳代謝有關(guān)。當(dāng)然需要通過大腦的認(rèn)知也影響新陳代謝、情緒。如在滿足基本需要之后，就可以有穩(wěn)定的情緒，但大腦又有更高的需要，其實(shí)尊重的需要、自我實(shí)現(xiàn)的需要只不過是新陳代謝的形式不同而矣，如住別墅有廚師傭人伺候的人與住平民區(qū)自己洗衣做飯的人、自由的人與住在監(jiān)獄的人等它們主要差別在于新陳代謝的形式不同，人可以對新陳代謝形式的不同對比而產(chǎn)生情緒。顯然人是要追求高層次的新陳代謝的形式，因?yàn)檫@樣可以最大限度地滿足自己隨時(shí)變化的新陳代謝的需要。但需要取得超人的業(yè)績讓他人尊重自己，實(shí)現(xiàn)較高層次的新陳代謝形式，這樣就要在體力、腦力上付出的更多一些，因?yàn)樾玛惔x是體力、腦力勞動(dòng)的能量來源，所以在不影響新陳代謝穩(wěn)定的范圍內(nèi)，在奮斗過程中，情緒是比較穩(wěn)定的，當(dāng)新陳代謝的穩(wěn)定受到影響或大腦意識到將要受到影響時(shí)，也產(chǎn)生情緒。所以當(dāng)新陳代謝的穩(wěn)定受到影響或大腦認(rèn)知新陳代謝的形式與他人不同時(shí)都產(chǎn)生情緒。前者是實(shí)際存在的一時(shí)難以改變，后者是認(rèn)知的，是可以在短時(shí)間改變的。
情緒與植物性神經(jīng)系統(tǒng)的聯(lián)系是十分密切的，人在情緒狀態(tài)下表現(xiàn)出許多生理反應(yīng)。在情緒的刺激作用下，通過自主神經(jīng)系統(tǒng)的活動(dòng)，廣泛激活機(jī)體各器官和組織產(chǎn)生明顯的超出常態(tài)生理節(jié)律的生理反應(yīng)，自主神經(jīng)系統(tǒng)的活動(dòng)并非情緒產(chǎn)生的中樞機(jī)制，它的活動(dòng)對情緒起著支持和延續(xù)作用。它由交感神經(jīng)和副交感神經(jīng)兩個(gè)分支系統(tǒng)構(gòu)成，控制和調(diào)節(jié)內(nèi)臟器官的活動(dòng)。在憤怒、恐懼等情況下，交感神經(jīng)興奮，促進(jìn)糖元分解、促進(jìn)腎上腺素分泌，導(dǎo)致機(jī)體代謝加劇以動(dòng)員儲備能量釋放，提高機(jī)體的適應(yīng)能力，應(yīng)付環(huán)境的緊急變化。在不同的情緒狀態(tài)下，呼吸系統(tǒng)、消化系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)、腺體以及內(nèi)分泌活動(dòng)都有相應(yīng)的變化。平靜狀態(tài)下，呼吸為每分鐘20次，憤怒時(shí)，呼吸為每分鐘40次。笑時(shí)呼氣快，吸氣慢，驚訝時(shí)吸氣約是呼氣的三倍。平靜時(shí)，心跳正常，血管舒張；憤怒或恐懼時(shí)，心跳加速，血管收縮，血壓升高，血糖增加。愉快時(shí)，消化液分泌增加，胃腸道蠕動(dòng)加強(qiáng)，因而食欲旺盛；焦慮和悲傷時(shí)，消化系統(tǒng)的活動(dòng)受到抑制，食欲減退。情緒狀態(tài)不僅發(fā)生在外周性變化，也發(fā)生在中樞性變化。情緒發(fā)生時(shí)，大腦的活動(dòng)用腦電掃描器顯示有明顯的變化。情緒是神經(jīng)系統(tǒng)多級水平的活動(dòng)，中樞部位越高，其調(diào)節(jié)功能越明顯。大腦皮層是情緒的最高調(diào)節(jié)器，它控制著皮層下中樞的活動(dòng)?，F(xiàn)代研究一般支持這樣一種觀點(diǎn)，即情緒為三種因素所制約環(huán)境影響、生理狀態(tài)和認(rèn)知過程。其中認(rèn)知因素在情緒的產(chǎn)生中起關(guān)鍵性作用。無論積極性的與消極性的的情緒，都不如處于安靜狀態(tài)時(shí)對身體有建設(shè)性意義的恢復(fù)作用。情緒是由需要產(chǎn)生的，以新陳代謝的紊亂或擾動(dòng)為結(jié)果的。
人積極要求改變現(xiàn)實(shí)，并通過行動(dòng)去反作用于外部世界的心理因素，構(gòu)成了人類心理過程的另一個(gè)重要方面意志過程。它是和認(rèn)知、情緒并存的一種重要的心理過程，是人類特有的心理因素，集中地體現(xiàn)了人類心理的自覺能動(dòng)性。人的行動(dòng)是由動(dòng)作組成的，人生來就會(huì)吞咽、眨眼等動(dòng)作，這類動(dòng)作是不學(xué)而能的，是通過遺傳獲得的，是無意識的，即不隨意運(yùn)動(dòng)。不隨意運(yùn)動(dòng)不表現(xiàn)人的意志。走路、騎自行車、寫字等各種操作機(jī)能是后天學(xué)會(huì)的，這類動(dòng)作要受意識支配，稱為隨意運(yùn)動(dòng)。意志行動(dòng)是通過一系列隨意運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的，隨意運(yùn)動(dòng)是感受和效應(yīng)過程組成的復(fù)雜的機(jī)能系統(tǒng)。通過返回傳入效應(yīng)器的肌腱運(yùn)動(dòng)會(huì)返回到大腦皮層運(yùn)動(dòng)分析器，因而主體能感受到運(yùn)動(dòng)的情況，并靠這種運(yùn)動(dòng)的反饋，不停地修正著運(yùn)動(dòng)以符合當(dāng)前現(xiàn)實(shí)的要求。每一個(gè)動(dòng)作的完成，在很大程度上依賴于來自效應(yīng)器的返回傳入，大腦皮層通過運(yùn)動(dòng)感受器接受返回傳入以實(shí)現(xiàn)對運(yùn)動(dòng)過程的調(diào)節(jié)，即下一個(gè)動(dòng)作中含有前一個(gè)動(dòng)作完成后效應(yīng)器的返回傳入信息。大腦皮層分析器可以把復(fù)雜的動(dòng)作分解為許多細(xì)小的成分，并把它綜合為各種不同的混合，使人體的運(yùn)動(dòng)達(dá)到巨大的多樣性和精確性。此外，詞語是全部高級神經(jīng)活動(dòng)中隨意運(yùn)動(dòng)的高級調(diào)節(jié)者，它在人的意志行動(dòng)中起著重要主導(dǎo)作用，大腦左半球言語中樞是意志的控制部位。
意志是意識能動(dòng)性的集中體現(xiàn)。意志依賴于認(rèn)知，更深一步的認(rèn)知需要意志的努力。積極與消極情緒是意志的動(dòng)力與阻力，意志可以調(diào)節(jié)控制情緒，認(rèn)知過程本身不具有控制情緒的作用，對消極情緒的抑制是由意志來完成的。通過認(rèn)識理解到行動(dòng)的重要性，通過意志努力抑制消極情緒，堅(jiān)持通向目的的行動(dòng)。理智戰(zhàn)勝消極情緒的關(guān)鍵在于能否發(fā)揮第二信號系統(tǒng)的高度的調(diào)節(jié)作用。意志堅(jiān)強(qiáng)的人可以克服和消除各種消極情緒的干擾，使情緒服從理智，把意志行動(dòng)進(jìn)行到底，而意志薄弱者，往往被消極情緒所左右，使意志行動(dòng)無法進(jìn)行到底。這是心理學(xué)中關(guān)于意志、認(rèn)知、情緒的關(guān)系，其沒有從數(shù)學(xué)的角度作定量的闡述。從人體完整控制系統(tǒng)的角度而言，人體由輸入、系統(tǒng)、輸出、能源等部分組成，輸入部分相當(dāng)于通過注意選擇感受器上的感受信息，系統(tǒng)部分相當(dāng)于中樞神經(jīng)系統(tǒng)，輸出部分相當(dāng)于肌肉運(yùn)動(dòng)，能源部分相當(dāng)于新陳代謝的產(chǎn)生能量，系統(tǒng)對輸入的響應(yīng)產(chǎn)生認(rèn)知過程，系統(tǒng)對輸出的控制產(chǎn)生意志過程，系統(tǒng)對能源的研判產(chǎn)生情緒過程。人體的注意是有限的，肌肉運(yùn)動(dòng)是有限的，能量供應(yīng)是有限的。而注意的來源于體內(nèi)變化與外部環(huán)境的變化，所以當(dāng)體內(nèi)變化接近于能量付出或運(yùn)動(dòng)變化的最大值時(shí)，注意就會(huì)幾乎全部集中于人體本身。即在每一時(shí)刻人體的運(yùn)動(dòng)幾乎用盡其全部的運(yùn)動(dòng)單位或能量，則可以引起對自身注意的集中，當(dāng)然采用用盡能量的方法是不易持久的，而采用用盡運(yùn)動(dòng)單位的方法，在相對代謝率小的條件下是易于持久的。利用這個(gè)原理就可以解釋意志、認(rèn)知、情緒的關(guān)系。意志是通過運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的，肌肉是由運(yùn)動(dòng)單位組成的，而運(yùn)動(dòng)單位的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元是中樞神經(jīng)系統(tǒng)的最后公路，中樞神經(jīng)系統(tǒng)對注意的響應(yīng)產(chǎn)生認(rèn)知，所以意志依賴于認(rèn)知。意志活動(dòng)通過反饋聯(lián)系到輸入，引起注意傳到系統(tǒng)產(chǎn)生認(rèn)知活動(dòng)隨著意志的努力即多次動(dòng)作的反饋，從而加強(qiáng)了系統(tǒng)對意志過程的認(rèn)知，因此說更深一步的認(rèn)知需要意志的努力。積極的情緒是意志的動(dòng)力，是因?yàn)橥ㄟ^認(rèn)知的研判有利于自身的能量供給或提高新陳代謝的形式，會(huì)使人的行動(dòng)有了動(dòng)力，雖然情緒狀態(tài)是一種紊亂，隨情緒的強(qiáng)度不同而紊亂程度不同，但微弱的積極的情緒如恬靜、愉悅紊亂程度不大，又是行動(dòng)的動(dòng)力，關(guān)鍵是利于集中注意使這種狀態(tài)易于持續(xù)，有利于運(yùn)動(dòng)的有序。而正在認(rèn)知或預(yù)期自身的生理需要、安全需要或新陳代謝的形式不利于自身時(shí)，行動(dòng)便失去了動(dòng)力，表現(xiàn)為這樣不行，那樣不可等的動(dòng)作紊亂現(xiàn)象，動(dòng)作的紊亂實(shí)質(zhì)是反射次數(shù)的增多，將增加骨骼肌的收縮次數(shù)、中間神經(jīng)元的參與數(shù)目，從而加大不必要的能量消耗，并有可能使新陳代謝的功能受到影響，所以消極情緒這時(shí)就成為意志的阻力。意志與情緒均需要經(jīng)歷感覺注意、認(rèn)知，相當(dāng)于從輸入到系統(tǒng)處理的順序，而后才產(chǎn)生意志與情緒，是通過認(rèn)知產(chǎn)生的。二者可以同時(shí)產(chǎn)生，也可互為先后，它們可看做是一次反射的效應(yīng)過程，情緒可以不產(chǎn)生，意志活動(dòng)則一定產(chǎn)生，如伸手拿筆寫字，走路等都可在沒有情緒的情況下進(jìn)行。情緒的產(chǎn)生要通過具體的骨骼肌紊亂運(yùn)動(dòng)來體現(xiàn)，如吹胡子瞪眼、敲桌子摔板凳、咬牙切齒、手舞足蹈等，骨骼肌的紊亂表明交感神經(jīng)的紊亂，從而影響付交感神經(jīng)的功能，嚴(yán)重時(shí)引起內(nèi)臟活動(dòng)的紊亂，通過反饋將體內(nèi)紊亂的信息傳到輸入，從而使消極情緒的延續(xù)而不利于自身的健康。而意志活動(dòng)也需要用骨骼肌來體現(xiàn)，在吹胡子瞪眼、敲桌子摔板凳時(shí)，就不可能有其它的言語肢體活動(dòng)，而延續(xù)這紊亂的動(dòng)作是無意義的，通過認(rèn)知理解到這些，就要抑制消極情緒的發(fā)作，通過骨骼肌的最大限度的意志活動(dòng)占據(jù)著情緒的效應(yīng)器，從而限制了消極情緒的效應(yīng)，切斷了消極情緒的反饋，不支持消極情緒的延續(xù)。這就是說，意志堅(jiān)強(qiáng)的人可以克服和消除各種消極情緒的干擾，使情緒服從于理智，把意志行動(dòng)進(jìn)行到底，認(rèn)知過程本身不具有控制情緒的作用，消極情緒的抑制是通過意志來完成，通過認(rèn)知理解到行動(dòng)的重要性，通過意志努力抑制消極情緒，關(guān)鍵在于能是否發(fā)揮第二信號系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作用。意志堅(jiān)強(qiáng)和把意志活動(dòng)進(jìn)行到底以及第二信號系統(tǒng)的參與，都是指在單位時(shí)間內(nèi)使更多的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元或接近于能夠參與運(yùn)動(dòng)的最大數(shù)目參與一種運(yùn)動(dòng)并持久地進(jìn)行下去，也是能夠引起足夠注意的參與運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)單位數(shù)目的最小值。因?yàn)樽⒁鈦碓从隗w內(nèi)刺激與外界刺激，當(dāng)外界刺激基本不變時(shí)，體內(nèi)刺激決定注意，如果參與運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)單位數(shù)目較少，則該運(yùn)動(dòng)就不能引起足夠的注意，根據(jù)注意的流量特性和有限原則，注意的剩余部分就會(huì)關(guān)注其它地方，不能體現(xiàn)為注意集中，如騎自行車；而參與運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)單位數(shù)目過大，接近于人體在單位時(shí)間內(nèi)參與不同運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)單位數(shù)目的極限值，可引起足夠的注意，由于能量消耗很大，則不易維持一定的時(shí)間，如引體向上、沖刺跑，因此在單位時(shí)間內(nèi)針對不同運(yùn)動(dòng)，存在一個(gè)能夠引起足夠注意的運(yùn)動(dòng)單位數(shù)目的匹配值。這個(gè)匹配值大于不能引起足夠注意的參與運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)單位數(shù)目，小于單位時(shí)間內(nèi)能夠參與運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)單位數(shù)目的最大值。骨骼肌運(yùn)動(dòng)的一致性強(qiáng)，表明意志堅(jiān)定，意志是通過認(rèn)知決定的，所以認(rèn)知過程是穩(wěn)定的，即隨意運(yùn)動(dòng)熵小表明中樞神經(jīng)或系統(tǒng)的穩(wěn)定。意志的堅(jiān)定、運(yùn)動(dòng)的有序，即輸出的有序通過反饋傳到輸入部分成為輸入的一部分，那么注意是否集中在輸出上呢？回答是肯定的。因?yàn)樽⒁馐怯邢薜?，如果還關(guān)注其它不相關(guān)的事物必然引起相應(yīng)的效應(yīng)，從而影響運(yùn)動(dòng)的有序性。運(yùn)動(dòng)的有序表明人體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的各個(gè)向量的有序，這種狀態(tài)一段時(shí)間的持續(xù)表明十分接近于單位時(shí)間內(nèi)能運(yùn)動(dòng)的最大值，注意的來源是體內(nèi)和外界的，如果人體運(yùn)動(dòng)付出的是運(yùn)動(dòng)的極限值，則必然引起注意集中于此。所以意志堅(jiān)定、運(yùn)動(dòng)有序、隨意運(yùn)動(dòng)熵小表明注意集中、認(rèn)知過程穩(wěn)定。情緒可以看做是對能量的感知或預(yù)期，情緒由需要產(chǎn)生，需要就是生理需要，為自身提供生存的能量需要，是新陳代謝的需要，高層次的需要是新陳代謝層次的提高。而意志堅(jiān)定、隨意運(yùn)動(dòng)熵小表明自身的有能量能夠支持這種狀態(tài)，能量充足可以選擇相對代謝率大的運(yùn)動(dòng)，能量不十分充足可以選擇相對代謝率小的運(yùn)動(dòng)，所以情緒是穩(wěn)定的。
注意的基本作用在于選擇信息，使之處于心理活動(dòng)的中心，以便被有效的記錄、加工和處理。注意的集中是具有中等強(qiáng)度的興奮灶，而由于人體每天當(dāng)中的機(jī)能狀態(tài)不一樣，與體質(zhì)的差異，所以中等強(qiáng)度的興奮灶是相對的。隨意運(yùn)動(dòng)熵小表明注意集中，在不影響自身植物神經(jīng)功能的條件下，熵值增加一點(diǎn)也表明集中，也可以表明注意的不集中，但注意不集中肯定是高熵運(yùn)動(dòng)，而隨意運(yùn)動(dòng)熵小肯定是注意集中的，因此隨意運(yùn)動(dòng)熵小在心理學(xué)上表明有注意集中、意志堅(jiān)定、情緒穩(wěn)定、認(rèn)知穩(wěn)定等心理正常健康的要素和新陳代謝正常的生理要素，所以堅(jiān)持隨意運(yùn)動(dòng)熵小的運(yùn)動(dòng)可以使心理、生理活動(dòng)處于正常健康的狀態(tài)。
實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)分為器械部分和理論部分。理論部分的優(yōu)點(diǎn)在于，以隨機(jī)振動(dòng)或相關(guān)函數(shù)的分析和數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法，闡述了生理學(xué)的新陳代謝、心理學(xué)的注意、認(rèn)知、情緒、意志、意識、體育運(yùn)動(dòng)學(xué)的生物力學(xué)、導(dǎo)引養(yǎng)生運(yùn)動(dòng)等活動(dòng)的內(nèi)在的聯(lián)系，綜合了它們共性的東西，得出了關(guān)于人體運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)分析方法。這里人體運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)分析的目標(biāo)是運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元，不僅是指控制四肢、軀體運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元，還包括控制人體第二信號系統(tǒng)詞的言語等活動(dòng)的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元，如控制舌、喉頭等活動(dòng)的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元。這樣通過對運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的數(shù)學(xué)分析，可以揭示一些人體運(yùn)動(dòng)規(guī)律的本質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)了將信息論、控制論、系統(tǒng)論與人體生理學(xué)、心理學(xué)的有機(jī)結(jié)合，達(dá)到了將它們統(tǒng)一起來的目的。從生理學(xué)上分析，新陳代謝是一種時(shí)刻不停的流量狀態(tài)，覺醒工作時(shí)交感神經(jīng)興奮占優(yōu)，異化作用占優(yōu)，睡眠休息時(shí)副交感神經(jīng)興奮占優(yōu)，同化作用占優(yōu)。只有保持同化作用與異化作用的平衡，新陳代謝才能正常進(jìn)行。新陳代謝雖然也體現(xiàn)為能量代謝，但并不是能量消耗少，就利于人體正常的生命活動(dòng)。對于不同的人或?qū)τ谧陨聿煌纳眢w狀態(tài)，過多或過少的能量消耗，都不利于人體正常的生命活動(dòng)。只有根據(jù)具體情況選擇適于自身的能量消耗或補(bǔ)充，即維持同化作用與異化作用的平衡，才能利于自身正常的生命活動(dòng)。從能量代謝而言，在食物、環(huán)境、體溫等因素不變的條件下，肌肉運(yùn)動(dòng)對能量代謝有很大的影響，因此通過意識控制了骨骼肌的運(yùn)動(dòng)，也就控制了對人體新陳代謝的影響。從心理學(xué)的角度而言，注意是人在覺醒狀態(tài)下對感受器的反應(yīng)，時(shí)刻不停地進(jìn)行，也具有流量特性。人體在覺醒的每一時(shí)刻，由于支持注意的神經(jīng)元是有限的，并且是小于全部神經(jīng)元數(shù)目的，針對不同目標(biāo)支持注意的神經(jīng)元的有限值也不一樣。那么在一段時(shí)間內(nèi)，了解了在任一時(shí)刻支持注意的神經(jīng)元與支持運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的位置、數(shù)目、發(fā)放頻率等也就相當(dāng)于了解了人體巨系統(tǒng)的全部輸入和輸出，也了解了在這段時(shí)間人體在想什么與干什么。雖然沒有了解全部的神經(jīng)元的活動(dòng)，由于任一時(shí)刻人體神經(jīng)元興奮的最大值以被了解，其余部分均按抑制處理，如引體向上、百米沖刺、專心釣魚等。這樣對人體在某一時(shí)刻神經(jīng)元興奮最大數(shù)目的分析，同樣可以對人體運(yùn)動(dòng)的有序程度進(jìn)行度量。
情緒是正在感知或預(yù)期的新陳代謝的紊亂狀態(tài)，不同的情緒表明紊亂程度的不同。無論積極性情緒，還是消極性情緒，均不對人體有建設(shè)和恢復(fù)意義。意識是心理活動(dòng)的高級階段，意識來源于社會(huì)實(shí)踐活動(dòng)，意識的紊亂可導(dǎo)致新陳代謝的紊亂，意識的有序活動(dòng)有利于新陳代謝的正常進(jìn)行，意識的有序程度與新陳代謝的正常進(jìn)行有一定的閥值關(guān)系。意識是在言語基礎(chǔ)上產(chǎn)生的，言語是一種馬爾可夫信源，因此意識活動(dòng)也是一種馬爾可夫信源，意識控制的骨骼肌的運(yùn)動(dòng)也是一種馬爾可夫信源，所以言語、意識、骨骼肌的運(yùn)動(dòng)是可以用信息論的方法進(jìn)行度量的。
將人體從生理學(xué)上的八個(gè)系統(tǒng)為了便于人體運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)分析分為四個(gè)部分，它們與心理過程的對應(yīng)關(guān)系是，輸出部分主要涉及意志過程，輸入部分和系統(tǒng)主要涉及注意、認(rèn)知過程，能量供給部分主要涉及情緒過程。人體的基本行為是為了滿足現(xiàn)在或?qū)淼男玛惔x的需要，情緒是自身正在感知的和對將來的預(yù)期，自身認(rèn)為新陳代謝的層次越高越好，但無論層次的高低，只要能正常進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)同化作用與異化作用的流量平衡生命活動(dòng)就能正常進(jìn)行。并不是新陳代謝的層次越高，生命活動(dòng)就一定正常，層次越低生命活動(dòng)就一定不正常，如億萬富豪與工薪階層。人體運(yùn)動(dòng)的有序支持新陳代謝的正常進(jìn)行，無論身體是在強(qiáng)壯時(shí)期，還是在虛弱時(shí)期，只有新陳代謝的正常進(jìn)行，才能保證生命活動(dòng)的正常進(jìn)行，生命活動(dòng)的正常進(jìn)行就是生、老、病、死的生命歷程接近與理論值。人體運(yùn)動(dòng)在虛弱時(shí)期有序的成分相對少一些，在強(qiáng)壯時(shí)期有序的成分相對多一些，所以在虛弱時(shí)期應(yīng)盡量延長有序運(yùn)動(dòng)的時(shí)間，來增加有序運(yùn)動(dòng)的成分，利于新陳代謝的正常進(jìn)行。
器械部分的優(yōu)點(diǎn)在于，采用了前輪驅(qū)動(dòng)變速和后輪驅(qū)動(dòng)變速，可方便地根據(jù)外界條件和體力情況調(diào)節(jié)，選擇合適的驅(qū)動(dòng)速度，調(diào)節(jié)體力減少疲勞感，利于保持動(dòng)作的一致性，以及相對代謝率的穩(wěn)定，從而減少隨意運(yùn)動(dòng)熵；手柄在前輪曲柄上的固定位置連續(xù)可調(diào)，利于選擇合適的位置，可以對騎行控制的穩(wěn)定效果進(jìn)行調(diào)節(jié)，固定手柄的螺絲帶有扳手，可手動(dòng)調(diào)節(jié)，方便易行，前輪曲柄末端有一橡皮球可預(yù)防手柄的意外脫落，并起到一定的保護(hù)作用。


圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是前輪曲柄和手柄的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是人體完整控制系統(tǒng)與隨意運(yùn)動(dòng)熵小的導(dǎo)引自行車的信息加工過程的方塊圖。
圖1中1.橡皮球 2.前輪曲柄 3.手動(dòng)支架 4.前輪變速控制器 5.車架 6.車座 7.裝有抱閘的3級內(nèi)變速前輪軸部件 8.裝有腳閘的3級變速后輪軸部件 25.手柄圖2中1.橡皮球 2.前輪曲柄 21.帶扳手的螺絲 22.套管 23.手搖軸 24.刻度 25.手柄圖3中31.外界刺激輸入 32.輸入部分 33.對輸入部分的能量輸入及內(nèi)部感受的輸入 34.新陳代謝物的排泄 35.食物、水、氧氣等外界營養(yǎng)物質(zhì)的輸入 36.新陳代謝的能源部分 37.對神經(jīng)系統(tǒng)的能量輸入 38.對輸出部分的能量輸入 39.幫助新陳代謝營養(yǎng)物質(zhì)的輸入 40.輸出部分 42.經(jīng)注意選擇后向系統(tǒng)的輸入 43.系統(tǒng) 44.經(jīng)系統(tǒng)加工處理后的輸出 45.輸出部分的反饋 46.器械效應(yīng)的反饋 47.輸出部分對器械的控制信息 48.輸出部分的其它輸出 49.隨意運(yùn)動(dòng)熵小的導(dǎo)引自行車 50.器械的其它輸出具體實(shí)施方式
在圖中，車架(5)的車把立管傾角要小，這樣可使行使的穩(wěn)定性增加，又利于增加手動(dòng)支架(3)的調(diào)整范圍，根據(jù)不同的身材進(jìn)行調(diào)整至使上身正直地坐在寬大的車座(6)上，可選用電動(dòng)自行車的寬大車座且在鞍管內(nèi)有彈簧利于臀部舒適地端坐。前輪曲柄(2)為圓柱形，手柄(25)安裝在手搖軸(23)上，手搖軸通過套管套在前輪曲柄上，由帶扳手的螺絲(21)手動(dòng)固定，前輪曲柄上有刻度(24)，在調(diào)整左、右手柄位置時(shí)，使尺度一致，橡皮球(1)固定在前輪曲柄末端。前輪軸為裝有抱閘的3級內(nèi)變速前輪軸部件(7)，變速控制器固定在左車把上，后輪軸為裝有腳閘的3級變速后輪軸部件(8)，是在3級變速后軸部件裝進(jìn)腳閘的結(jié)構(gòu)，其變速控制器固定在右車把上。手動(dòng)支架固定在前輪軸與車把立管上。
通過圖3的方塊圖可以看出，人體完整控制系統(tǒng)的輸入部分(32)在生理學(xué)主要涉及感受器、傳入神經(jīng)等，在心理學(xué)上主要與注意有關(guān)；系統(tǒng)(43)主要涉及中樞神經(jīng)系統(tǒng)、大腦等；輸出部分(40)主要涉及運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)、內(nèi)臟運(yùn)動(dòng)等；能源部分(36)主要涉及與新陳代謝有關(guān)的系統(tǒng)。系統(tǒng)與對輸入部分的反應(yīng)體現(xiàn)為認(rèn)知過程；系統(tǒng)對輸出部分的控制體現(xiàn)為意志過程；系統(tǒng)對能源流量特性研判體現(xiàn)為情緒過程。在騎隨意運(yùn)動(dòng)熵小的導(dǎo)引自行車時(shí)，骨骼肌的運(yùn)動(dòng)控制著車子，與騎自行車相比，由于上肢在控制行車方向的同時(shí)又要兼顧驅(qū)動(dòng)前輪的運(yùn)動(dòng)，所以在同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)腳蹬、手柄一周為一周期的運(yùn)動(dòng)中，相應(yīng)地比騎自行車轉(zhuǎn)動(dòng)腳蹬一周的運(yùn)動(dòng)，參與的運(yùn)動(dòng)單位數(shù)目顯著增加，更接近于引起足夠注意的匹配值，因?yàn)樯倭康倪\(yùn)動(dòng)單位參與的運(yùn)動(dòng)，并不能引起足夠的注意，如騎自行車時(shí)許多動(dòng)作是自發(fā)地做出的，并沒有引起足夠的注意或全部的注意力，人們常常一邊騎車一邊聊天、看風(fēng)景、甚至一邊想心事，這時(shí)在道路上出現(xiàn)情況時(shí)才很快引起足夠的注意。這就是說，騎自行車對大腦皮層而言，是一個(gè)強(qiáng)度較小的刺激，相應(yīng)地增加參與運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)單位會(huì)使刺激強(qiáng)度增大，更加接近于中等強(qiáng)度的刺激而使注意集中，隨意運(yùn)動(dòng)熵小的導(dǎo)引自行車運(yùn)動(dòng)就是向著這個(gè)方向設(shè)計(jì)的。也就是說，輸出部分對器械的控制信息量(47)大于對自行車的控制信息量，器械效應(yīng)的反饋(46)的信息量也大于自行車效應(yīng)的反饋信息量，這里器械是指隨意運(yùn)動(dòng)熵小的導(dǎo)引自行車。這樣使得輸出部分的其它輸出(48)小于騎自行車時(shí)輸出部分的其它輸出，經(jīng)注意選擇后向系統(tǒng)的輸入(42)的信息中，器械效應(yīng)的反饋成份大于自行車效應(yīng)的反饋成份，從而使得人體完整控制系統(tǒng)的輸入部分、系統(tǒng)、輸出部分投入于隨意運(yùn)動(dòng)熵小的導(dǎo)引自行車運(yùn)動(dòng)的成份較自行車運(yùn)動(dòng)增加了，且能量消耗沒有顯著增加。如果參與運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)單位接近人體的極限，由于能量消耗很大，即便在大腦皮層形成很強(qiáng)的刺激，也不易使注意集中時(shí)間延長。
理論部分解釋，人體的能量消耗具有是有限的又不能停止的流量特性，運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元參與運(yùn)動(dòng)的數(shù)目及發(fā)放頻率是有限的，注意力是有限的但又不能停止的流量特性，中樞神經(jīng)系統(tǒng)處理信息的能力是有限的。所以為了保證新陳代謝的流量平衡，要以骨骼肌運(yùn)動(dòng)的有序?yàn)闂l件，其運(yùn)動(dòng)的有序表明系統(tǒng)處理信息能力的穩(wěn)定。而注意力是有限的，通過注意選擇的信息處于意識活動(dòng)的中心，則必然產(chǎn)生相應(yīng)的效應(yīng)，如果運(yùn)動(dòng)有序則表明注意有序，所以運(yùn)動(dòng)的有序表現(xiàn)為周期性或有規(guī)律的變化，而注意的有序表明注意的集中，也就是說相當(dāng)于輸入部分的支持注意的傳入神經(jīng)元也呈現(xiàn)為周期性或有規(guī)律的變化。參與同一運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)單位多，則利于運(yùn)動(dòng)的有序，否則根據(jù)新陳代謝、注意力的流量特性，不參與同一運(yùn)動(dòng)的剩余運(yùn)動(dòng)單位由剩余注意力驅(qū)動(dòng)參與其它運(yùn)動(dòng)，影響運(yùn)動(dòng)的有序程度。用力量為主支持的有序運(yùn)動(dòng)，能量消耗較大，難于持久；以信息型支持的有序運(yùn)動(dòng)雖然相對代謝率低，但一般難于控制。隨意運(yùn)動(dòng)熵小的導(dǎo)引自行車正是提供了以信息支持為主有序運(yùn)動(dòng)的一種器械，其通過運(yùn)動(dòng)的反饋到輸入部分引起注意的信息量要大于騎自行車時(shí)的反饋信息量，所以在運(yùn)動(dòng)的有序性、注意力的集中程度較騎自行車都有所提高。
關(guān)于中外一些傳統(tǒng)的健身養(yǎng)生方法對人體產(chǎn)生良好效應(yīng)的解釋，如打坐、瑜伽、五禽戲等。在佛家的打坐練習(xí)中，要求身體盤腿打坐，結(jié)手印，口念真言，這實(shí)際上是大腦有意識對幾乎全部神經(jīng)元的活動(dòng)進(jìn)行控制，并使之有序。因?yàn)?，人體在覺醒時(shí)，針對不同的運(yùn)動(dòng)，每一時(shí)刻參與的神經(jīng)元的數(shù)目是不同的，而且是小于全體神經(jīng)元數(shù)目的一個(gè)有限值。在每一時(shí)刻對身體的姿勢、手的形狀、言語的內(nèi)容字或詞進(jìn)行統(tǒng)一有序的控制，就幾乎控制了在這個(gè)時(shí)刻所有能參與活動(dòng)的神經(jīng)元，也就是說，決定該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型在T時(shí)刻的狀態(tài)是由所建神經(jīng)模型中所有處理單元的活躍值A(chǔ)I(T)所組成的狀態(tài)向量所決定的，AI(T)＝[A1(T)，A2(T)，A3(T)，……，AN(T)]。如果只是要求盤腿打坐，而無手的形狀、言語的固定要求，那么這種狀態(tài)只能對在這一時(shí)刻能參與活動(dòng)的神經(jīng)元的一部分進(jìn)行有序控制，而參與手的抓耳撓腮的神經(jīng)元，參與大腦的胡思亂想的舌、喉頭活動(dòng)的神經(jīng)元，都是無序的，顯然這種運(yùn)動(dòng)不是有序的。以口念真言“阿彌陀佛”為例，念5遍呼吸一次，那么在一個(gè)周期中，身體姿勢不動(dòng)，手的形狀不變，言語是口念或默念5遍阿彌陀佛，呼吸一次，如果每個(gè)周期為10秒鐘，進(jìn)行30分鐘為1800秒鐘，有180個(gè)周期，若每個(gè)周期的隨意運(yùn)動(dòng)都相同，那么在30分鐘內(nèi)，是一個(gè)狀態(tài)，隨意運(yùn)動(dòng)熵為零，表明這種運(yùn)動(dòng)是一種最有序的運(yùn)動(dòng)。由于坐著的相對代謝率為零；所有其能量消耗也是小的，這就是低消耗保持隨意運(yùn)動(dòng)熵小的原理。在消耗能量較小的情況下，對人體幾乎全部的輸出進(jìn)行了控制，并使之有序，輸入部分通過反饋聯(lián)系也幾乎全部感受的是自身的身體姿勢、手的形狀、言語的內(nèi)容等信息，這樣輸入也是穩(wěn)定有序的，所以系統(tǒng)也穩(wěn)定有序的，因而新陳代謝是正常進(jìn)行的，從而利于身體虛弱、神經(jīng)衰弱者的快速康復(fù)。而靜坐配合腹式呼吸是將全部注意力集中于小腸、大腸等下腹部位，感覺它們的微妙變化，如果呼吸頻率在每分鐘2-10次之間，那么這種悠長的節(jié)奏是與消化管的蠕動(dòng)基本頻率相吻合，為引起消化管蠕動(dòng)的共振創(chuàng)造條件，從而加強(qiáng)其蠕動(dòng)來增強(qiáng)同化作用。這種運(yùn)動(dòng)的宏觀分析，在每個(gè)周期中，靜坐姿勢不動(dòng)表明骨骼肌的時(shí)相基本相同，全部注意力在小腸、大腸的變化感覺上表明第二隨意肌的時(shí)相基本相同，空氣新鮮利于深長呼吸，呼吸頻率為每分鐘2次，以呼吸周期作為人體運(yùn)動(dòng)的周期，由于這種運(yùn)動(dòng)的相對代謝率接近于零，所以內(nèi)臟肌的運(yùn)動(dòng)的時(shí)相也是基本相同的，故在每個(gè)周期中，人體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是基本一致的。從微觀上講，在每個(gè)周期中，每個(gè)神經(jīng)元的運(yùn)動(dòng)時(shí)相也是基本相同的，即決定神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在T時(shí)刻的狀態(tài)是由所組成的所有神經(jīng)元的狀態(tài)向量所決定的，如果這種運(yùn)動(dòng)進(jìn)行2小時(shí)，那么在此期間，人體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是一個(gè)，其隨意運(yùn)動(dòng)熵為零，這樣就是一個(gè)相對代謝率為零、人體隨意運(yùn)動(dòng)熵為零的隨意運(yùn)動(dòng)，即低消耗、低運(yùn)動(dòng)熵的運(yùn)動(dòng)，也就是說，以最小的能量消耗來保證生命活動(dòng)正常的方法，也符合維持系統(tǒng)的有序要消耗能量的耗散結(jié)構(gòu)理論，所以這種運(yùn)動(dòng)非常適合于身體虛弱、神經(jīng)系統(tǒng)紊亂的神經(jīng)癥患者以及過度疲勞者的康復(fù)鍛煉，也就是從理論上講，這種運(yùn)動(dòng)是保證新陳代謝正常進(jìn)行而消耗能量最小的方法。因此使運(yùn)動(dòng)有序的條件是從宏觀上在骨骼肌運(yùn)動(dòng)、內(nèi)臟肌運(yùn)動(dòng)和第二隨意肌運(yùn)動(dòng)三方面來分析，其中第二隨意肌的運(yùn)動(dòng)涉及思維、心理活動(dòng)、意識活動(dòng)等人體第二信號系統(tǒng)的狀態(tài)變化，一般而言是不易控制的，所以只有從參與其活動(dòng)的神經(jīng)元的數(shù)目來進(jìn)行控制，也就是在每一時(shí)刻，了解了其全部能參與活動(dòng)的神經(jīng)元的狀態(tài)，也就了解了人體第二信號系統(tǒng)的狀態(tài)。人在騎自行車時(shí)，并不能保證心理活動(dòng)的基本專一，會(huì)與人交談、胡思亂想等人體第二信號系統(tǒng)狀態(tài)的不一致的現(xiàn)象，也就是說人在騎自行車時(shí)，按照腳蹬一圈或呼吸一次為一個(gè)周期計(jì)算，一個(gè)周期中的部分骨骼肌的運(yùn)動(dòng)是周期的，而其它骨骼肌、內(nèi)臟肌和第二隨意肌的運(yùn)動(dòng)都不是周期運(yùn)動(dòng)，因此每個(gè)周期并不是同一狀態(tài)，而是增加了人體隨意運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)，這樣人體的隨意運(yùn)動(dòng)熵并不是趨于零的一個(gè)極小值。而隨意運(yùn)動(dòng)熵小的導(dǎo)引自行車運(yùn)動(dòng)，與騎自行車相比，在每個(gè)周期中增加了參與運(yùn)動(dòng)的神經(jīng)元，并接近于引起注意集中的匹配值，在每個(gè)運(yùn)動(dòng)周期，人體第二信號系統(tǒng)的活動(dòng)幾乎是一致的保持穩(wěn)定，這時(shí)即使有一些無意義的額外刺激，也不會(huì)影響人體第二信號系統(tǒng)的狀態(tài)，顯然這種運(yùn)動(dòng)會(huì)加強(qiáng)其抗干擾能力，而確保動(dòng)作的穩(wěn)定性與一致性，從而實(shí)現(xiàn)了隨意運(yùn)動(dòng)熵小的目的。
關(guān)于通過運(yùn)動(dòng)強(qiáng)身健體的導(dǎo)引鍛煉方法，我國已有很久的歷史，早在《莊子》中就有“吹噓呼吸，吐故納新，熊經(jīng)鳥伸，為壽而矣。此導(dǎo)引之法，……?！钡挠涊d，后漢名醫(yī)華佗，他把“熊經(jīng)鳥伸”的導(dǎo)引運(yùn)動(dòng)發(fā)展為“五禽戲”。據(jù)《后漢書-方術(shù)傳》載，華佗對五禽戲解釋說“人體欲得勞動(dòng)，但不當(dāng)使其極爾，動(dòng)搖則谷氣消，血脈流通，百病不生，譬如戶樞，終不朽也。為導(dǎo)引之事，熊頸鴟顧，引挽腰體，動(dòng)諸關(guān)節(jié)，以求難老?！?，晉朝的李頤在《莊子集解》中說“導(dǎo)氣令和，引體令柔?！保拼耐醣凇堆a(bǔ)黃帝內(nèi)經(jīng)素問》中說“導(dǎo)引，謂搖筋骨，動(dòng)肢體?！薄：笕烁鶕?jù)上述關(guān)于導(dǎo)引的學(xué)說，創(chuàng)編了太極拳等運(yùn)動(dòng)，太極拳具有保持松靜狀態(tài)，運(yùn)用腹式呼吸，動(dòng)作緩慢柔和等特點(diǎn)，太極拳的每一動(dòng)作圓柔連貫，每一式都綿綿不斷，好像一個(gè)完整的圈，猶如太極圖故名。而隨意運(yùn)動(dòng)熵小的導(dǎo)引自行車運(yùn)動(dòng)，充分體現(xiàn)了導(dǎo)引運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，有些地方幾乎達(dá)到了完全接近理論的理想化，如妙手一招一太極，本運(yùn)動(dòng)就是通過上肢與下肢同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)一圈為一基本動(dòng)作單位?？梢韵胂髢墒直鸀橐魂庩桇~的雙眼，兩腳蹬為一陰陽魚的雙眼，在運(yùn)動(dòng)中轉(zhuǎn)動(dòng)太極圖，來達(dá)到腳踩陰陽，手推太極的要求。但是中國古代的導(dǎo)引養(yǎng)生學(xué)說，只是形式上的解釋，沒有說明其真正的本質(zhì)，本實(shí)用新型由于采用了人體完整控制系統(tǒng)的學(xué)說，在對導(dǎo)引養(yǎng)生學(xué)說的基礎(chǔ)上，更進(jìn)一步地指出了其本質(zhì)。在動(dòng)作上，既體現(xiàn)了導(dǎo)引的特點(diǎn)，又符合人體運(yùn)動(dòng)的生理、心理活動(dòng)規(guī)律。
腸胃平滑肌的生物電活動(dòng)有兩種，一為自發(fā)的具有節(jié)律性的去極化波，這是緩慢的電位活動(dòng)，稱為慢波；又一為重疊于慢波上的鋒形波，也就是動(dòng)作電位。慢波的波幅和頻率隨部位而異，如胃竇部的慢波頻率約為每分鐘3次，在十二指腸的奧迪氏括約肌附近約為每分鐘11次，在回腸則約為每分鐘8次。慢波并不引起平滑肌的收縮活動(dòng)，當(dāng)平滑肌受到刺激，慢波上重疊出現(xiàn)動(dòng)作電位時(shí)才能引起肌肉收縮，動(dòng)作電位數(shù)較多時(shí)，肌肉收縮幅度較大，至于慢波上重疊出現(xiàn)動(dòng)作電位并引起肌肉收縮，那就決定于各方面因素的代數(shù)和，包括肌肉的、神經(jīng)的和激素的興奮性及抑制性因素。這種慢波被認(rèn)為是腸胃運(yùn)動(dòng)的基本控制系統(tǒng)。胃的蠕動(dòng)頻率約為每分鐘3-4次。分節(jié)運(yùn)動(dòng)是小腸有節(jié)律的運(yùn)動(dòng)，分節(jié)的頻率受奧迪氏括約肌附近的十二指腸縱行肌慢波頻率的控制，十二指腸的頻率最高約為每分鐘12-16次，回腸次之，回腸末端約為每分鐘6-8次，結(jié)腸具有類似小腸的環(huán)狀分節(jié)收縮，但其頻率較慢約為每分鐘2-3次。所以決定同化作用強(qiáng)弱的腸胃蠕動(dòng)的波幅是以為每分鐘2-16次的頻率基礎(chǔ)上進(jìn)行的。而本實(shí)用新型在騎行時(shí)四肢的運(yùn)動(dòng)周期為2-10秒鐘，其頻率為每分鐘6-30次，因此可以根據(jù)需要選擇運(yùn)動(dòng)頻率在每分鐘6-16次，為產(chǎn)生共振加強(qiáng)腸胃蠕動(dòng)提供條件，從而加強(qiáng)同化作用。由于騎行速度緩慢，因此能量消耗不大，適于體弱者。
具體要求如下，頭頸，虛領(lǐng)頂勁，保持頭頸的自然豎直，自然向上虛頂，下頜微收，使頸椎松豎，引拔脊柱節(jié)節(jié)松開，上下一線。胸背，含胸拔背，盡量使胸部肌肉自然松弛，背部肌肉隨兩臂的伸展動(dòng)作自然的舒展。腰臀，臀部松垂內(nèi)斂平穩(wěn)地坐在車座上，使腰骶保持自然中正的狀態(tài)，這樣易于空心實(shí)腹，使呼吸下沉，易于形成腹式呼吸，從而使呼吸細(xì)、勻、深、長，自然地與動(dòng)作的屈伸升降結(jié)合起來。上肢，沉肩垂肘，肩關(guān)節(jié)肘關(guān)節(jié)放松，虛腋，使肘不貼肋，手臂在動(dòng)作時(shí)，留有回旋的余地避免出現(xiàn)死彎或使動(dòng)作中斷，腕的旋轉(zhuǎn)要與肩肘協(xié)調(diào)一致，在握緊手柄的同時(shí)應(yīng)隨著肩肘的動(dòng)作和手柄的升降纏繞柔和屈伸旋轉(zhuǎn)，從而體現(xiàn)出勢斷勁不斷，勁停意不停的特點(diǎn)要求。下肢，虛實(shí)分明。動(dòng)作要求柔和緩慢，純?nèi)巫匀?，氣貫四梢，隨動(dòng)作的陰陽虛實(shí)而起攢落翻，左右運(yùn)轉(zhuǎn)，升降開合，上下貫通。突出了呼吸結(jié)合動(dòng)作的導(dǎo)引之術(shù)，車動(dòng)生意，以意引動(dòng)，以動(dòng)引氣，以氣助動(dòng)，氣盡而式成，式停而車不停，連綿不斷，如此周而復(fù)始，循環(huán)往復(fù)。從而使每個(gè)周期的大腦活動(dòng)、軀體運(yùn)動(dòng)、呼吸運(yùn)動(dòng)統(tǒng)一起來。
從左手位于前輪中軸的正前方，右手位于前輪中軸的正后方，左腳位于后輪中軸的正前方，右腳位于后輪中軸的正后方開始向前轉(zhuǎn)動(dòng)并吸氣，左手經(jīng)前輪中軸下方至其正后方，右手經(jīng)前輪中軸上方至其正前方，左腳經(jīng)后輪中軸下方至其正后方，右腳經(jīng)后輪中軸上方至其正前方，吸氣完畢，為時(shí)相1；繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)并開始呼氣，左手經(jīng)前輪中軸上方至其正前方，右手經(jīng)前輪中軸下方至其正后方，左腳經(jīng)后輪中軸上方至其正前方，右腳經(jīng)后輪中軸下方至其正后方，呼氣完畢，為時(shí)相2。時(shí)相1和時(shí)相2組成一個(gè)動(dòng)作周期。由于手柄、腳蹬的圓周運(yùn)動(dòng)，使得每個(gè)周期的動(dòng)作都極其相似，可用隨機(jī)變量的相關(guān)性進(jìn)行分析。這是指每個(gè)周期的動(dòng)作都基本完全相似，即所有運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元興奮的發(fā)放頻率、相位、參與數(shù)目等。這里還包括控制第二隨意肌活動(dòng)的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元，第二隨意肌是指舌、喉頭、面部肌肉等，它參與人體的第二信號系統(tǒng)活動(dòng)，如言語、思維等心理活動(dòng)。在時(shí)相1和時(shí)相2都要出現(xiàn)一次控制盲點(diǎn)區(qū)域，這時(shí)注意力幾乎是全部集中的，大腦就要進(jìn)行感覺、判斷自身的平衡，進(jìn)行重心調(diào)整，到了最佳控制區(qū)域，進(jìn)行方向調(diào)整。每個(gè)周期都是如此，按照每個(gè)周期是一個(gè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，由于較自行車運(yùn)動(dòng)每個(gè)周期增加了能引起注意集中到匹配值的參與運(yùn)動(dòng)的神經(jīng)元，所以每個(gè)周期的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)都是幾乎一致的，那么每個(gè)周期的時(shí)間為4秒鐘，騎行20分鐘，共有300個(gè)動(dòng)作，如果完全一致，其隨意運(yùn)動(dòng)熵H(X1)為0。因?yàn)镠(X1)＝log1＝0Log表示是以2為底的對數(shù)所以運(yùn)動(dòng)最為有序，這只是一個(gè)理論值。在實(shí)際騎行過程中，可能有上車，剎閘、下車、轉(zhuǎn)一個(gè)大彎等動(dòng)作，另外每個(gè)騎行動(dòng)作也不可能完全一致，按實(shí)際動(dòng)作與理論動(dòng)作相關(guān)性的隨機(jī)振動(dòng)分析方法，只能計(jì)算出動(dòng)作的相似程度，如90％的動(dòng)作相似，那么H(X2)＝-0,9log0.9-0.1log0.1＝0.196比特/動(dòng)作序列也是一個(gè)較小的值。
在騎行時(shí)，雙手搖動(dòng)手柄不僅具有驅(qū)動(dòng)前輪的作用，而且還有控制行車方向的作用。以手柄的左右運(yùn)動(dòng)為X軸的運(yùn)動(dòng)方向，上下運(yùn)動(dòng)為Y軸的運(yùn)動(dòng)方向，正前后運(yùn)動(dòng)為Z軸運(yùn)動(dòng)方向，進(jìn)行三維立體分析。當(dāng)前輪曲柄與地面垂直時(shí)，手柄在X軸方向左右運(yùn)動(dòng)不能轉(zhuǎn)動(dòng)行車方向，在Y軸方向上下運(yùn)動(dòng)也不能轉(zhuǎn)動(dòng)行車方向，在Z軸方向前后運(yùn)動(dòng)是進(jìn)行曲柄的正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)與行車方向無關(guān)，因此在這個(gè)位置是一個(gè)控制盲點(diǎn)。相當(dāng)于騎自行車時(shí)的雙手離把，顯然雙手離把要比雙手扶把騎車注意力要集中，可以說幾乎全部注意力都集中在騎車上。因此對于隨意運(yùn)動(dòng)熵小的導(dǎo)引自行車運(yùn)動(dòng)，假設(shè)地面與水平平行、與Y軸垂直，在前輪曲柄運(yùn)行至與地面垂直時(shí)，人體要集中幾乎全部注意力的。這時(shí)支持人體注意的幾乎全部神經(jīng)元都在為一個(gè)運(yùn)動(dòng)目的而興奮和抑制。而且在每個(gè)周期的控制盲點(diǎn)，注意力的集中目標(biāo)是幾乎一樣的，也就是說，在每個(gè)周期的控制盲點(diǎn)處，所有的神經(jīng)元的興奮與抑制程度是幾乎一樣的，它們所負(fù)載的信息是幾乎一樣的。當(dāng)前輪曲柄與Z軸平行時(shí)，行車方向是手柄控制前輪曲柄實(shí)現(xiàn)的，在X軸方向的左右運(yùn)動(dòng)可以轉(zhuǎn)動(dòng)行車方向，因此在這個(gè)位置是對行車方向進(jìn)行控制的最有效位置，這時(shí)基本上相當(dāng)于騎自行車的控制效果。而當(dāng)前輪曲柄與地面有一定夾角時(shí)，如45度時(shí)，這時(shí)由于前輪曲柄的空間位置不穩(wěn)定，在Z軸方向的前后運(yùn)動(dòng)含有正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)的成份，只有前輪曲柄與人體垂直，其空間位置才相對最穩(wěn)定，此時(shí)可以用一些力量后拉、前推前輪曲柄，而不易改變正前方的行車前進(jìn)方向。所以在手柄轉(zhuǎn)動(dòng)前輪曲柄一周的過程中，對行車方向的控制是有強(qiáng)弱變化的，從幾乎沒有控制能力逐漸到幾乎相當(dāng)于手扶車把的水平。假設(shè)在幾乎沒有控制方向的能力時(shí)，人體的注意力幾乎是全部集中的，逐漸到相當(dāng)于手扶車把的控制能力是有所放松的，人體的注意力在一個(gè)周期過程中要經(jīng)歷集中到逐漸放松、放松、逐漸集中的過程。人體的注意力放松時(shí)就會(huì)轉(zhuǎn)向其它事物。如按2秒鐘為一個(gè)周期，在一個(gè)周期要出現(xiàn)2個(gè)控制盲點(diǎn)，平均1秒鐘出現(xiàn)1次，即每隔1秒鐘注意力要集中1次。根據(jù)注意的特性，發(fā)生注意轉(zhuǎn)移的時(shí)間為2秒鐘左右，所以在2秒鐘以內(nèi)一般是不會(huì)發(fā)生注意的轉(zhuǎn)移。而實(shí)際情況的控制盲點(diǎn)是一個(gè)區(qū)域，它幾乎占一個(gè)周期的一半時(shí)間，這樣發(fā)生注意轉(zhuǎn)移的可能性就更小了。若一個(gè)周期為6-10秒鐘，控制盲點(diǎn)區(qū)域?yàn)?-5秒鐘，由于騎行緩慢，所以剩余的時(shí)間也注意去尋找維持控制騎行的平衡點(diǎn)，即在控制盲點(diǎn)區(qū)域要集中注意尋找平衡，在最佳控制區(qū)域進(jìn)行控制動(dòng)作，再加上呼吸配合等動(dòng)作要求，從而幾乎占據(jù)了所有的注意資源。由于手、腳在器械上有固定軌跡的轉(zhuǎn)動(dòng)，不僅使動(dòng)作十分相似，而且由于轉(zhuǎn)動(dòng)慣性的作用，易于動(dòng)作的連續(xù)進(jìn)行，另外手柄有支撐上肢的作用，減少上肢徒手運(yùn)動(dòng)需克服重力的能量消耗。在控制盲點(diǎn)區(qū)域雖然上肢參與控制行車方向的運(yùn)動(dòng)單位會(huì)減少，但注意力集中在尋找平衡上；在控制區(qū)由于參與運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)單位數(shù)目接近于使注意集中的匹配值，而使注意集中，所以在一個(gè)運(yùn)動(dòng)周期中，注意是集中的，運(yùn)動(dòng)是有序的。
當(dāng)與他人發(fā)生不愉快憤怒而生氣后，由于在憤怒時(shí)會(huì)使呼吸加快、心跳加速、血壓升高、血糖升高從而影響腸胃正常的蠕動(dòng)，所以在生氣后較長一段時(shí)間內(nèi)總覺得不舒服，這種強(qiáng)烈情緒的后遺狀態(tài)，叫心境。其實(shí)這種不舒服的感覺，是腸胃蠕動(dòng)的異常的感覺，生氣后有肚子氣的鼓鼓的感覺就是這個(gè)原因。由于腸胃內(nèi)神經(jīng)分布稀疏，不是腸胃較為劇烈的異常變化，一般是感覺不到的，所以腸胃出現(xiàn)了劇烈的異常蠕動(dòng)，而其本身的流變學(xué)特性是不會(huì)很快恢復(fù)的，就是說還會(huì)延續(xù)其異常的蠕動(dòng)，同時(shí)腸胃的蠕動(dòng)是不直接受大腦的控制，這時(shí)如果休息，由于腸胃的異常劇烈蠕動(dòng)會(huì)引起大腦注意，引起條件反射，從而導(dǎo)致關(guān)于生氣的認(rèn)知過程，陷入了越氣越想，越想越氣的循環(huán)，因此休息、靜坐是不行的。而選擇打球、下棋等相對代謝率大的運(yùn)動(dòng)也不可行，因?yàn)橛袝r(shí)的生氣會(huì)氣得人幾乎筋疲力盡，剩余體力并不多，這時(shí)是沒有多少剩余體力去支持體力、腦力消耗大的運(yùn)動(dòng)。生氣后的心理過程是，情緒過程由于內(nèi)臟的異?；顒?dòng)還在延續(xù)，如果成為刺激信號被認(rèn)知，就不利于情緒過程的穩(wěn)定；由于消耗較多的能量，認(rèn)知過程的復(fù)雜活動(dòng)受到影響，盡量減少認(rèn)知活動(dòng)時(shí)，由于腸胃蠕動(dòng)的異常劇烈，很容易引起大腦的注意，導(dǎo)致越氣越想、越想越氣的循環(huán)。這時(shí)就體現(xiàn)為，情緒不穩(wěn)定，意志不堅(jiān)強(qiáng)，感覺不舒服，注意力不能在有意義的事情上集中等心理活動(dòng)不健康正常的表現(xiàn)。而采取隨意運(yùn)動(dòng)熵小的導(dǎo)引自行車運(yùn)動(dòng)，很快可使運(yùn)動(dòng)有序，有序的運(yùn)動(dòng)通過反饋成為認(rèn)知過程的刺激信號，使注意力集中，由于其相對代謝率小，能量消耗不大，易于較長時(shí)間地堅(jiān)持，如30分鐘。而運(yùn)動(dòng)的頻率為每分鐘6-18次，與腸胃蠕動(dòng)的慢波頻率相符，由于有能提供產(chǎn)生共振效應(yīng)的條件而可加強(qiáng)腸胃的蠕動(dòng)，這樣感覺會(huì)舒服一些。所以在30分鐘的運(yùn)動(dòng)中有注意集中、意志堅(jiān)定、感覺舒服、情緒穩(wěn)定的特征，從而有了心理活動(dòng)健康正常的表現(xiàn)和植物神經(jīng)活動(dòng)正常、新陳代謝正常的條件。
權(quán)利要求隨意運(yùn)動(dòng)熵小的導(dǎo)引自行車，主要由車架、車把立管、車座、前輪、后輪、前輪軸、前飛輪、后輪軸、手動(dòng)支架、前輪中軸、前閘、后閘、前輪曲柄、前鏈輪、鏈條、手搖軸、手柄、帶扳手的螺絲等組成，手動(dòng)支架固定在前輪軸與車把立管上，手動(dòng)支架上有前輪中軸，前輪中軸上安裝有前鏈輪和前輪曲柄，鏈條連接前鏈輪與前飛輪，其特征在于前輪軸為裝有抱閘的3級變速輪軸部件；后輪軸為裝有腳閘的3級變速輪軸部件；前輪曲柄為圓柱形，曲柄上有刻度；手搖軸通過與其連接的套管用帶扳手的螺絲固定在前輪曲柄上，手柄安裝在手搖軸上。
專利摘要隨意運(yùn)動(dòng)熵小的導(dǎo)引自行車，器械部分是在自行車上增加了前輪驅(qū)動(dòng)裝置，前、后輪均有變速功能，手柄安裝在手搖軸上，手搖軸與套管連接，用帶扳手的螺絲固定在圓柱形的前輪曲柄上，手柄在前輪曲柄上連續(xù)可調(diào)。在理論上建立了由輸入、輸出、系統(tǒng)、能源等四部分構(gòu)成的人體完整控制系統(tǒng)的信息加工過程模型，通過生理學(xué)與信息論的結(jié)合，可對人體信息進(jìn)行度量，闡述了在隨意運(yùn)動(dòng)熵小的條件下，增加相對代謝率或延長時(shí)間的運(yùn)動(dòng)才是促進(jìn)新陳代謝的有效方法。這個(gè)觀點(diǎn)可以解釋一些心理過程，依此觀點(diǎn)設(shè)計(jì)出一項(xiàng)有利于心理健康的隨意運(yùn)動(dòng)熵小的導(dǎo)引自行車運(yùn)動(dòng)。
文檔編號B62M1/00GK2700214SQ200320131359
公開日2005年5月18日 申請日期2003年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月30日
發(fā)明者于健明 申請人:于健明