随意运动熵小的导引自行车的制作方法

专利名称：随意运动熵小的导引自行车的制作方法
技术领域：
本实用新型在器械上涉及一种在自行车上增加前轮驱动的双轮驱动自行车，属于通过四肢周期性旋转作为以心理治疗为主的运动理疗器械；在用途上可以通过使随意运动有序化来对心理活动起到积极性的控制作用而达到消除心理疲劳的作用。随意运动有序表明随意运动熵小；双轮驱动自行车运动，是通过四肢配合呼吸的有意识的运动，可起到与中国古代的导引运动相同的作用，这是称为导引自行车的含义，也就是说在骑自行车时增加了导引养生的功能。
背景技术：
随意运动是指受大脑控制的运动，一般骑自行车时总有一些胡思乱想的成分，并不能保证意识与运动的专一。生理学的研究结果表明，注意力集中，意识活动专一，在大脑皮层可以形成一个优势兴奋中心，从而使大脑皮层的其它区域处于相对抑制状态，这样能使整个神经系统得到积极的休息，利于消除神经系统的疲劳和机体的恢复。双轮驱动自行车运动就可以达到集中注意力的目的，但是从有关双轮驱动自行车的专利资料中可以看出，设计者只是从如何使自行车骑行省力和加强上肢锻炼来考虑设计的，故在车把上方增加了一套驱动前轮的装置，并没有详细地考虑到对心理活动的影响程度有多大。这种设计使手柄固定地安装在曲柄上不易根据需要调整，在实际骑行中缺少对行进方向的有层次的有效控制和驱动的层次感。
从用途上来讲，一般的运动理疗器械是为人体健康服务的，而人体是一个非常复杂的巨系统，对人体的研究还处于局部阶段，因此只有对人体加以完整地系统分析，从人体的心理、生理特性出发，才能设计出更加适合于心理与生理健康的运动器械。在当今人们需要付出全部的脑力与体力参与社会竞争时，所造成的心理疲劳是不易消除的，这种心理疲劳按照现在的神经系统的卫生保健原则，一般来说是不能起到有效的消除作用的。这种神经系统的保健原则指出神经系统的休息分为消极休息和积极休息，消极休息一般是指睡眠，积极休息是指以一种活动替换另一种活动。但是对于不易恢复的心理疲劳而言，消极休息时经常失眠，难以入睡；积极休息时没有足够的体力和脑力来维持。普遍存在消极休息不能、积极休息不行的局面。由于现在对心理疲劳的康复缺乏一个完整系统的理论作为指导，因此有待于从心理学、生理学、信息论、系统论的领域进行深入的探讨和研究，建立一个关于人体巨系统的学说来有效地指导心理疲劳的康复，从而能指导设计一种以心理治疗为主的运动器械，通过运动它可以帮助人们在社会实践活动中产生的心理疲劳快速消除。
首先从有关人体心理与生理的资料中加以分析。
在当今这个竞争激烈的社会里，生活中大量应激因素波及社会上的各类人群，使人们生理紧张造成心理的不适，由这种不适应、不协调所激发的疾病，使人心情忧郁，引起植物神经功能紊乱、新陈代谢和免疫功能异常，出现神经症、高血压、溃疡等心身疾病。在日益发达的信息社会里，人类征服物质性疾病的能力已极大提高，但是由于烦恼、恐惧、忧患、绝望等不良情绪造成的心理性疾病，却在当今这个社会里令人们束手无策。来自工作繁重劳动而产生的疲劳，在获得充分睡眠或休息之后，大抵可以恢复；而烦恼、紧张和情绪紊乱才是造成疲劳的主要原因。因此，由一系列心理卫生问题引起的疾病已上升为严重影响人类健康的一种主要疾病，心理治疗是治疗心理疾病的一种重要手段，也是慢性疾病辅助治疗的良好措施之一。但是心理治疗至今没有一个系统而统一的理论，所以，心理治疗面临着极其复杂而艰巨的任务。
下面是一些心理性疾病的医学分析，首先看关于神经衰弱的分析。神经衰弱是易于兴奋和易于疲劳，并伴有躯体和神经症状如头疼、睡眠障碍为主要临床特点的神经官能症。脑力劳动者发病率最高，要求特别严格高度准确和复杂性强，注意力高度集中的脑力工作，更易引起过度紧张。临床表现为兴奋性增高、衰弱性增高、植物神经功能障碍、焦虑和疑病。兴奋性增高是指缺乏指向性思维，却很活跃控制不住。容易激动，往往微不足道的事情，即可引起强烈的情感反应。易于烦恼，情绪紧张，精神兴奋，如在工作、学习和进行活动时或静坐休息时，都可引起精神兴奋，联想很多，回忆很多难于抑制，入睡困难，烦躁不安，有不适感。衰弱性增高是指身体乏力，萎靡不振，不能很好地集中注意力，工作、学习不能持久，工作效率也明显降低，精力不足，休息效率不高，即使在短时间内有足够的休息时间如休息一天，也不能足以恢复其疲劳感。植物神经功能障碍是指消化系统机能失调，食欲不振，消化不良，腹胀腹泻。焦虑和疑病是指对疾病缺乏正确认识常常产生顾虑、恐惧及焦虑不安，从而加重了焦虑情绪及疑病观念。这种焦虑和疑病又更一步加重了对疾病的顾虑及担心，加重了大脑活动的持续紧张，从而形成了恶性循环。主要病理生理基础是，大脑皮层内抑制过程的减弱，内抑制过程是人类种族发展和个体发生比兴奋过程出现晚，因而是比较脆弱的较易于受到损害。内抑制过程有调节神经细胞对刺激反应速度和强度的能力，并能加强其恢复过程。内抑制过程被削弱时，神经细胞的兴奋性便相对地增高，对外界刺激产生的反应强而迅速，而增加了神经系统细胞能量的大量消耗；另外由于抑制过程的减弱，又使神经细胞的恢复能力降低，因而造成了神经细胞能量的减少和衰竭性增高，可归结为容易兴奋，也容易衰竭。表现为精神萎靡不振、体乏无力，只是由于大脑皮层出现保护性抑制的结果。保护性抑制有防止皮层细胞过度消耗，而有利于促进神经细胞功能的恢复。大脑皮层功能的减弱，则调节控制皮层植物神经系统的功能减弱，可出现植物神经系统的功能相对紊乱。神经衰弱一向被认为是疗程长、疗效低、不好治的疾病。适当的体育锻炼、体力劳动均可增强中枢神经系统的张力，有助于调整高级神经活动的功能，可使神经衰弱病人有所改善。心理治疗是本病最主要的最基本疗法之一，它的原则是强调发挥病人的防病治病的主观能动性。
神经官能症又称神经症，其病因主要是精神因素和个性特点，不存在器质性病理基础的一组精神障碍。临床表现为急性和慢性。急性的是感到有一种说不出来的内心紧张、恐惧或难以忍受的不适感，运动性不安与焦虑程度往往是一致的，常不安地踱来踱去，两手做些无意义的小动作或握拳、搓手顿足，即便是坐着，也手足不停，不能保持安静，眉头紧锁，惊恐叹息一般为几分钟至几个小时。慢性的是持续较久，终日紧张，心烦意乱，坐卧不宁对任何事物失去兴趣，注意力难以集中，工作困难，植物神经功能紊乱，消化不良等。共同特征是精神活动能力降低，带有焦虑和烦恼或为各种躯体不适所苦。巴甫洛夫学派基于高级神经活动和实验性神经官能症研究资料，提出基本神经过程即兴奋和抑制过程的过度紧张导致高级神经活动的功能紊乱，从而产生神经官能症。如焦虑性神经官能症的病因机理是，大脑活动长期持续紧张状态下发病，当机体内外各种不利因素引起神经活动过度紧张，由于大脑皮层内抑制弱化可引起皮层兴奋性增强，而产生焦虑症状及一系列植物神经机能紊乱。心理治疗的总原则与治疗神经衰弱相同。
综上所述，有关心理疾病或心理疲劳的心理学共同表现为精神活动能力下降，解决和处理复杂问题的能力下降；精神性运动不安，意志不坚定；紧张、烦恼，情绪不稳定；胡思乱想，注意力不集中。生理学实质是新陈代谢的紊乱，如躯体不适感，植物神经功能紊乱；精力不足，没有良好的体力。
当然对于人体而言，偶尔短时间的心理不健康表现对任何人都在所难免，而且也不会对身体健康造成很大的不良影响。一般心理不健康是指经常性的较为持久的心理不健康的表现，而且对人体健康形成了一定的危害，自己又无法控制。心理健康是对人体处于心理健康状态与心理不健康状态的强度和时间的统计平均值。人的行为是心理活动的外在表现，而关于如何测量心理活动在数学上还没有一致的看法，也就是还没有运用数学工具去揭示心理学、生理学理论概念的本质，因为从生理学、心理学的角度出发全面系统地研究人体，将涉及信息论、系统论、控制论和应用数学方面的知识，但是在侯灿著的《医学研究入门》一书中第123页指出加强医学工作者与控制论系统论工作者的联盟十分必要，因为要求一个人同时精通这两门学科几乎是办不到的。所以从以上论述中可知，确实存在用信息论、系统论、控制论去揭示心理学、生理学理论概念的本质的可能。下面为一些生理学、心理学的有关知识。
从生理学的领域来看，人体最基本的形态结构是细胞，人体内有上亿个细胞。许多机能和形态相似的细胞，借细胞间质联合起来，构成了具有一定功能的结构，称为组织。人体内有四大基本组织，即上皮组织，结缔组织，肌肉组织和神经组织。几种不同的组织结合在一起，并具有一定形态，完成某一功能的叫做器官。许多器官联合起来，完成一种连续的生理功能，共同构成为一个系统。人体内有运动系统，呼吸系统，消化系统，排泄系统，循环系统，生殖系统，神经系统和内分泌系统等八个系统。这八个系统在神经系统的统一调节下彼此联系，相互作用，构成了一个完整的有机整体。而在心理学的研究中，通常把心理活动看作是在脑中发生，发展和完成的过程，称之为心理过程。它可以分为三个方面，认识过程，情绪情感过程与意志过程。认识过程包括人对客观事物的感觉，知觉，记忆，想象和思维等。认识是人们由表及里，由浅入深，由现象到本质反映客观事物的特性与联系的心理活动。注意作为心理过程的特性和组织者，则保证认识过程得以进行。情绪情感过程包括人对客观事物和人的喜，怒，哀，乐，爱等不同的情绪情感。这是人对客观事物或他人是否能满足本身物质与精神上的需要而产生的主观体验，它反映的是客观事物同人的需要之间的关系。意志过程是人为了满足某种需要，在一定动机的激励下，为实现一定目的而克服内部与外部困难的心理过程。它是人的意识能动性的重要表现。认识过程是人的情感与意志的基础。而没有人的情感的推动或者缺乏坚强的意志，人的认识活动就失去了动力。但人的活动是生理活动与心理活动的统一。彼此分开很难系统地全面合理地解释一些现象。如对大脑的探索还处在一个伟大目标的起点上，行为疗法还没有一个贯穿始终的理论与方法等。

发明内容
本实用新型的目的是，提供一种通过运动帮助消除心理疲劳的理疗器械，随意运动熵小的导引自行车。通过对人体心理学、生理学各方面的分析，将心理现象与生理活动统一起来，利用系统论的原理、数理统计的方法，建立一个关于人体完整控制系统信息加工的数学模型，这样能对心理、生理活动有一个具体的算法，用数学的方法得出关于有利于人体生存的结论。这个结论是，在人体随意运动熵小的条件下，增加相对代谢率或延长运动时间，才能有利于人体的心理、生理的健康与疲劳的恢复，有利于新陈代谢，确切地说有利于异化作用和同化作用，有利于能量的消耗与吸收，随意运动熵小就是以呼吸一次为一周期的动作一致性强，导引自行车运动可使人体随意运动熵小，所以能有效消除心理疲劳。
本实用新型的目的是这样实现的，它分为器械部分和人体运动理论部分。
器械部分的实现，选择骑行稳定性好的大弯梁车架，车把立管的角度要小，前轮轴采用装有抱闸的3级内变速轮轴部件，后轮轴采用装有脚闸刹车的3级变速轮轴部件，前轮驱动的手动支架固定在车把立管与前轮轴上，手动支架的中轴的前链轮与前飞轮用链条连接，手柄通过曲柄转动前链轮实现上肢对人体的导引与前轮的驱动。曲柄是圆柱形，手柄安装在手摇轴上，手摇轴通过与其连接的套管套在曲柄上，这样手柄在曲柄上可以连续移动，套管上有带扳手的螺丝，可以手动固定手柄在曲柄上的位置，根据需要手动调节实际使用曲柄的长度，曲柄上有表示长度的刻度，以保证调节的准确性与方便性，曲柄的末端安装有一橡皮球，防止手柄脱落和曲柄末端对人体造成的意外伤害。这样在骑行中前、后轮均能实现变速，骑行方向的控制性可连续有效地调节，骑行有层次感，自己的选择范围增大。上坡时在一定范围内进行适当调节，以保持与平地骑行人体运动力量、节奏上的最大限度的相似及相对代谢率的稳定，更好地保持动作的一致性，从而减少随意运动熵。
人体运动理论部分的实现，数学是科学研究的有力工具，因此要想系统地解释一些人体现象其关键是有一套行之有效的数学方法，任何科学只有与数学相结合才能完善起来。但人体内有上亿个细胞很难进行一一测算，所以这里的数学方法是指数理统计的方法，它不一一考虑个别细胞的运动，而直接推求极大数目的细胞的运动的统计特性，用来解释一些人体活动的现象，如工作、学习、休息、惊慌、欢乐等。
人体是一个巨大复杂的信息控制系统，在控制论上处理内部结构不清楚的复杂系统应用黑箱理论和方法。对于一般系统而言，它由三部分组成，输入、黑箱即系统和输出，这种方法常见于一些有关系统的教科书。而涉及数学的计算则多见于对机器、电路等无生命系统，对于一个中频放大电路系统或者一个卫星导航系统而言，其正常运行的前提条件是有电源的供给和系统本身结构的完整即系统没有损坏，电源中断则系统运行停止，电源供给恢复则系统运行开始，系统损坏则不能正常工作。这里系统工作运行所消耗的能量是电源，对于无生命系统而言，系统有电且正常就能工作，无电就停止，而系统的结构不受影响即没有损坏，因此在以往研究系统特性时，尽管是在电源正常供给的情况下，但为了便于分析，故舍去不计，只研究输入信号与输出信号的数学关系。而人体则不然，其新陈代谢停止，大脑就要死亡，生命就要结束，而后再有充足的能量供给，人体生命亦不能复活，即能量停止供给，系统就不复存在，所以对于人体而言，能量供给问题是首要的，它直接决定人体的生存与一些行为。因此一个完整的系统应由四部分组成，输入、系统、输出和能源即能量供给。系统的这种组成结构称为完整系统。人体这个巨系统也是由四部分组成的，输入、系统、输出和能量供给，这里系统的功能是处理输入信息并将处理结果传送给输出。
这里的系统主要涉及人体的神经系统，神经系统包括中枢神经和周围神经两部分，中枢神经由脑和脊髓组成，周围神经由脑神经、脊神经和植物性神经组成。植物性神经主要支配内脏活动，并分交感神经和副交感神经两种。神经系统的结构单位是神经元，神经纤维动作电位的大小和形状则与这一刺激的强度无关，当电位去极化时，如果再给与第二个刺激，则无论刺激强度如何，都不可能产生另一个动作电位，这段时间为不应期。因此刺激强弱的信息不能靠单个动作电位来携带，而要靠单位时间内由这个刺激强度引起的动作电位的频率及激活神经元的数目来携带，由于不应期的存在，当刺激强度很大时动作电位的频率将趋于饱和。例如，蛙的坐骨神经在摄氏10度时，其绝对不应期约为2毫秒，因而每秒最多只能传导约500次冲动。由于不应期的存在，就使得神经兴奋过程不是连续的，而是间断的，这种现象在信息处理系统的领域里，称为数字信号或离散信息，神经系统的活动也可以看作是一个离散信源。但神经元不能成为神经系统的机能单位，只有由一系列神经元按一定的规律而形成的反射，才是神经系统的机能单位，最简单的反射其反射弧至少需要两个或三个神经元构成才能实现神经系统对机体某种活动的调节作用，在两个神经元所形成的反射中，一个称为传入神经元，一端与感受器联系，是传导感受器的兴奋进入脑和脊髓的中枢部位的，另一个称为传出神经元，是把中枢部位的兴奋传给所支配的效应器的。在由三个以上神经元所形成的反射中，那就是在传入和传出神经元之间还介有一个或多个中间神经元。反射是中枢神经系统调节机体各部分活动的基本方式；凡刺激作用于感受器，通过中枢神经系统活动而引起的一切机体反应，都称为反射。反射活动的结构基础，称为反射弧，反射弧包括五个基本环节，感受器、传入神经元、中枢、传出神经元和效应器。从整体而言，反射活动是人体对感受器刺激所发生的规律性反应，感受器把刺激的能量变为神经冲动，传到中枢神经系统，经过加工处理再传到效应器使之发生规律性的反应。
在实现反射的过程中，中枢神经系统对效应系统的控制要适应于整个控制系统和效应系统的不断变化，必须经常接受来自效应器、感受器的传入冲动来进行调整。人在骑自行车时，不只控制车把方向，还必须不断注视前进道路上各种与骑车有关的情况，了解自行车本身的运动状况和自身的平衡状况，从而不断调整行进的方向、重心、速度。这就涉及到自动控制论中的反馈概念，反馈是把效应器的一部分反过来作为一种信号，输入控制系统作为调节的动因。其实也相当于系统的一部分输出信号反过来成为系统的一部分输入信号。
神经反射中的反馈，在感受器、效应器和中枢内部都可以看到。骨骼肌是实现躯体反射的效应器。在骨骼肌中有一种感受器叫肌梭，肌肉所处的长短、张力变化状态，都经肌梭传入纤维向中枢神经系统提供信息。肌肉在实现反射性运动和随意运动的每一时刻，肌梭的传入信号都在参与中枢神经系统对肌肉的控制。除去传入神经的肌肉就不能实现正常的运动。使反射效应增强的反馈叫正反馈；使反射效应减弱的反馈叫负反馈。反馈的生理意义在于提高控制系统的稳定性，是反射活动的调节自动化和精确化。
人体是一个动态的完整系统，人体运动的基本单位是反射，复杂的运动只是各种反射的组合。按照完整系统的观点，一个动态的人体是由输入、输出、系统和能量供给四个部分所组成的。这里的输入部分相当于感受器和传入神经元，输出部分相当于效应器和传出神经元，反馈部分相当于由效应器向输入部分传送信息的神经元，系统相当于除传入神经元和传出神经元外的神经系统或称中间神经网络，能量供给相当于人体新陈代谢所产生的能量。
输入部分主要涉及感受器和传入神经元。感受器的活动乃是反射弧的第一个环节，没有感受器的活动就不可能有反射活动。无论什么形式的能量刺激感受器，最后都将转换成神经系统中的电信号，在传入神经元中是一系列全或无的动作电位，刺激强度增加则动作电位发放频率增高，但动作电位的幅度大小不变即全或无现象。刺激强度影响发放频率的第二种方式是激发更多的感受器单位参加活动，当刺激强度增加时，一方面使每一神经纤维发放更多的冲动，另一方面使发放冲动的神经纤维增多。感觉的强度最终决定于大脑皮层的机能状态，当皮层处于一般的兴奋状态时，高频率的上行冲动将引起较强的感觉；但若皮层处于抑制状态时，即使某种特异性投射纤维的上行冲动频率很高，也往往不能引起应有的感觉；反之当皮层某一感觉代表区的兴奋高度集中时，刺激虽弱也能引起较强的感觉。当刺激移去后，感觉还能持续一段时间，这称为感觉的后作用。各种不同的感觉之间经常发生相互影响，或者是加强或者是交互抑制，如注意集中于某一刺激物时，其它刺激物的作用将受到抑制而不能引起相应的感觉。内脏各种感觉装置的传入纤维主要走行在自主性神经干中，有的内脏感受器接受一般强度的刺激并不引起主观感觉，这是因为内脏的感觉神经末梢，同皮肤的神经末梢相比较为稀疏，但当脏器受到比较强烈的刺激时，即可发生内脏感觉。
系统部分主要涉及除传入神经元和传出神经元外的神经系统。神经系统是人体各种活动的控制中心，它通过分布在身体各部分的许多感受器和感觉神经获得关于内、外环境变化的信息，经过各级中枢分析综合发出信号来控制各种躯体结构和内脏器官的活动，神经系统把全身各感觉器官和效应器官统一于中枢的控制之下，使机体和环境，机体内部之间的联系更为密切，从而保证了机体内部的统一整体性，增加了内环境的稳定性，扩大了人体适应外界环境的能力，中枢控制具有整体协调性。神经系统是由神经元所组成的，神经系统是人体的信息处理系统，神经元则是信息编码、发送、传递和译码的基本单元。虽然神经元的形态各异，但其相互连接的模式和突触特性是普遍存在的，通过神经元的信号都是具有一定的方向的。当信息由一个神经元传递给另一个神经元时，这一信息将被神经元的轴突编码，成为一系列动作电位的活动，这种活动将引起神经元的局部电位的产生，并将传至整个细胞体。突触电位的空间与时间变化，将引起细胞膜电位的变化，由此产生尖峰脉冲输出，这一输出信号将由轴突传至轴突末梢，并由轴突末梢输入给另一个神经元，就这样象接力赛跑一样，一个接一个地传递着信息。神经元按照其机能可分几种一种是感觉神经元，它们负担着传入信息的使命，它的数目比运动神经元多一至三倍。另一种是运动神经元负担着传达动作指令的使命，它的数目约为三百万个。其余大量的神经元都是中间神经元，这些中间神经元互相连接，构成了神经网络。神经网络就是指中间神经元网络，因为无论是感觉神经元或运动神经元其数量相对来说是十分有限的。人的大脑皮层是由上百亿个中间神经元构成的。神经网络通过传入与传出神经元的联系，把全身的感受器与效应器联系起来，组成贯通全身的神经元线路，把全身的各器官、各系统的活动都统一在神经系统高级部位的调控之下，大脑的功能正是通过神经网络处理控制人体活动信息的。
巨大的神经系统传递信息的机理有五个原则全或无原则，刺激强度只是和能不能产生动作电位有关，刺激强弱的信息，不能靠单个动作电位来携带，而要靠在单位时间内由这个刺激引起的动作电位的频率及激活的神经元的数目来携带，同时由于不应期的存在，当刺激强度很大时，动作电位的频率将趋于饱和；辐散原则，每个神经元都有数十到成百上千个分支，神经元发放的脉冲将沿着这些轴突分布传播，并激活末端的突触，；聚合原则，每个神经元都与来自其它神经元的许多突触相联系；接力原则，突触传递的信息是电化学性质变化与电化学变化交替进行的；并行原则，神经元携带的信息是由大量并行的、携带同样信息的神经元的共同发放来克服个别神经元无规则的发放而保证信息传递的可靠性，因此在神经系统中单个神经元的作用并不重要。
能量供给部分主要涉及与新陈代谢有关的系统。生命活动的特征有新陈代谢、兴奋性和适应性等。新陈代谢是生命活动的基础，新陈代谢一旦停止，生命活动就要中断，新陈代谢是人体通过同化作用和异化作用在物质和能量两个方面不断进行新旧交替的过程，人体从外界环境中摄取各种营养物质，并把这些物质造成自身的物质如蛋白质、核酸等，将能量储存起来的过程，叫做同化作用；人体把自身的物质进行分解，释放能量，供给生命活动的需要并将分解后的产物排出体外的过程，叫做异化作用。没有同化作用，不能产生新的物质，不可能储存能量，异化作用就无法进行；没有异化作用，没有储存能量的释放，人体内一切物质的合成和其它生命活动就无法进行，因为异化作用分解物质所释放的能量可供同化作用利用，所以异化作用是同化作用的动力，同化作用是异化作用的源泉。新陈代谢的能量代谢是指储存能量与释放能量，物质代谢是指吸收物质合成原生质与分解原生质排泄废物。人体通过新陈代谢跟外界不停地进行物质交换，以保持自身的生存，并不断地进行自我复制，繁衍后代，维持自身的发展。因此新陈代谢是最基本的生命现象，其它各种生命现象如兴奋性、生殖、运动、生长、发育等生命现象都是在新陈代谢基础上产生的。生命活动需要消耗能量，三磷酸腺苷即ATP是直接供能物质，它具有暂时储能和为生命及时供能的特点。与人体的新陈代谢有直接关系的系统是循环系统、消化系统、呼吸系统和排泄系统，其它系统与新陈代谢也有一定的关系。兴奋性是指机体对刺激而发生反应的特性，它往往通过某种运动形式来完成，而在运动过程中必须有能量的消耗，这些能量都是异化作用所产生的，运动愈剧烈，能量消耗也愈多，异化作用愈强。人体进行各种机能活动包括肌肉运动、消化吸收和思维等活动都需要消耗一定的能量，所以能量代谢受进食，肌肉运动、神经紧张及环境温度等方面的影响，这些因素改变时能量代谢随之改变，如肌肉活动时能量代谢就升高，剧烈活动比安静时能量代谢高达十倍。在新陈代谢过程中，伴随着物质的吸收与合成，原来以化学潜能形式存在于物质的能量转移到人体内储存，随着体内物质的氧化分解能量被释放出来，供人体生命活动的需要，大部分以热能的形式用以体温维持、其余部分则储存于三磷酸腺苷内，当组织器官进行生理活动时，三磷酸腺苷便释放能量供给组织器官，如肌肉的收缩、神经的兴奋传导、腺体的分泌等都消耗能量，伴随着物质代谢所发生的能量转移和释放的过程称为能量代谢。因此人在进行新陈代谢时不但有物质和能量的转化，同时还有信息的交换，这种信息起着控制新陈代谢的作用，神经系统自身功能的维持及其调控功能的实现均有赖于信息的输入。一般而言，神经系统的信息输入都是新陈代谢的信息。
人体内环境的相对稳定，是机体正常活动的重要条件。
有人将人体功能区分为动物生命和植物生命。相当于躯体功能和内脏功能的概念，躯体功能是指躯体骨骼肌和感觉活动的功能，只在动物界存在；内脏功能如体液循环、气体交换、物质的吸收和排泄等，这些功能在动物界与植物界都存在。这两种功能互相紧密关联，例如骨骼肌的运动必须依赖血液循环的良好供应，否则就不能进行持久的收缩活动，又如呼吸气体交换的完成必须依赖呼吸肌的活动。植物性神经系统的功能在于调节心肌、平滑肌和腺体的活动，植物神经系统指支配内脏器官的传出神经，而不包括传入神经，分为交感神经和副交感神经。交感神经和副交感神经对内脏的作用往往具有拮抗性质，例如对于心脏，副交感神经具有抑制作用，而交感神经具有兴奋作用。对于小肠平滑肌，副交感神经具有增强其运动的作用，而交感神经起抑制作用。这种拮抗性质使神经系统能够从正反两个方面调节内脏活动，在一般情况下，交感神经系统中枢的活动与副交感神经系统中枢的活动是对立的。当交感神经活动相对增强时，副交感神经活动就处于相对减弱的地位，二者必须有一个占优势。交感神经系统在环境急剧变化的条件下，可以动员机体许多器官的潜在力量，来对抗环境的急变，如在作剧烈的肌肉活动，人体出现心跳加快，皮肤及内脏血管收缩，红细胞数量增加，支气管扩张，肝糖元分解加速使血糖浓度上升等现象。在对动物的实验中，交感神经切除后，在平静、安全的状态下，动物仍能良好地生存，它的躯体运动、生长、生育、消化等方面都无明显变化，但在剧烈运动时，不能使血糖上升、红细胞数量增加，因而它对剧烈变化的耐受能力大大降低。副交感神经系统的活动主要在于保护机体，促进消化吸收，保存能量，加强排泄、生殖功能等方面的作用。例如，在安静的情况下，可使心脏活动受抑制，从而减少了机体的能量消耗，饭后，它使消化功能增强，促进营养物质的吸收，使机体得到充分的物质和能量的补充。
输出部分主要涉及运动系统。神经系统的最重要和最终的作用是输出信息以控制机体的活动。这些活动包括躯体和内脏的活动，即骨骼的收缩、心脏和内脏平滑肌的收缩及腺体的分泌等，总称为神经系统的运动机能。其中以骨骼肌的活动最为突出，一般所指的神经系统的运动机能即通过骨骼肌的收缩活动所完成的躯体运动机能。人只有借助于骨骼肌的活动才能实现对外界输入信息的反应。人体内外环境的变化经过感受器和感觉传导途径的活动，最后到达大脑皮层的一定部位，经过大脑皮层的分析综合，一方面产生主观感觉，另一方面通过大脑皮层的输出指令，诱发即刻的躯体反射活动。感觉是认识环境的开始，运动是改造环境包括人体自身的唯一途径。因此运动系统相当于人体巨系统的输出部分。运动系统的肌肉属于骨骼肌，一般附着在骨骼上，可随意志收缩又称随意肌。它在人体内分布极为广泛，约有六百多块，骨骼肌的工作在于它们的收缩，骨骼肌的收缩受神经控制。一个运动神经元的轴突和它所支配的肌纤维合在一起，称为一个运动单位。一个运动单位内肌纤维数目的多少取决于肌的大小和功能，少者有数条肌纤维，多者有数百条肌纤维。当神经冲动沿着一个运动神经元的轴突传至它所支配的肌纤维时，全部肌纤维同时收缩，所以运动单位是肌收缩的最小单位。一块肌肉可以只有其中一部分运动单位收缩，也可以增加运动单位收缩从而增加肌肉的力量。每块肌肉中含有一定数量的运动单位，运动单位兴奋的电子学特征是动作电位，其力学结果是产生收缩张力，可以用两种方法增加张力增加运动单位的刺激频率或增加运动单位的数目。由于发放频率的增加使肌肉的张力增加，第一个运动单位达到一定张力时第二个运动单位发放，这时第二个运动单位加上第一个运动单位使肌肉张力进一步增加，每个运动单位都有最高的发放频率，它在一个新的运动单位被激活时出现。肌肉产生张力时，最小的运动单位首先发放，它的频率达到最大值时，第二个和第三个运动单位先后发放。张力下降时，出现相反的过程，被激活的运动单位的发放频率下降到使最后一个运动单位可被激活的最小值时，最后激活的运动单位便首先退出兴奋，退出兴奋的每个运动单位按被激活的相反顺序进行。所以说运动系统的机能单位不是整块肌肉，也不是个别肌纤维，而是运动单位。在人体内肌肉收缩是分级的，收缩的强弱决定于发放冲动的运动单位的数目和它们的发放频率。最微弱的自然运动是少数几个运动单位的活动。而最强大的运动是多个运动单位最大频率发放的结果。
在一次随意收缩中，一般由少数运动单位的激活开始，以后有更多的运动单位被激活起来，这一过程叫做募集。在同一块肌肉中，常接受来自多个运动神经元的轴突末梢，因此，在一个运动单位所支配的肌肉范围内，总是和其它运动单位混合在一起的，如猫的腓肠肌包括有430个运动单位，但是每次肌肉运动时，并不是所有的运动单位都参加，按照每次参加的运动单位数目不同和每个神经元发放的频率不同，使得同一块肌肉的收缩强度和幅度分成许多等级。运动神经元的兴奋以动作电位方式传至末梢时，释放递质乙酰胆碱，而引起肌纤维方面的终极板膜通透性增大，使膜发生去极化，而引起局部性电位变化，称为终极板电位，当终极板电位达到一定高度时，即可使肌纤维细胞膜产生动作电位，从而通过肌肉兴奋收缩耦联引起肌纤维收缩。从刺激神经到肌肉收缩的全过程可以看出各环节的先后时间顺序是刺激信号、神经动作电位、肌肉动作电位、肌肉收缩。肌肉收缩过程各阶段如下静息、刺激、收缩和放松。人体的运动是一个复杂的运动，是由若干个反射组成的。每一个反射的结果是肌肉收缩，每一个反射都要经历从刺激到收缩的时间过程。在完成一个整体动作的时间过程中，由若干个运动单位的反射参与。这样可以设定完成一个整体动作的时间为一个动作单元的周期。例如，打乒乓球的一次击球，走路的前进一步，一次深呼吸，交谈中的一句话或一个字、一个动作等等。而人的任何活动都离不开躯体运动，不论是体力劳动或高级的精神活动，都要有适当的姿势才能进行，都需要肌肉的精细与协调一致的活动作基础。强有力的体力劳动，细致的写字、讲话、阅读、表情都离不开肌肉的活动。
单个运动单位的发放频率可由5次/秒，增加到50次/秒，当发放频率达到每秒40-50次时，使出现收缩融合的强直收缩。因此在整体内，由于发放单位的募集和发放频率的增加可产生多种等级的收缩。由不明显的肌紧张，到有力的强直收缩。肌紧张也是一种牵张反射，它是一种持续的微弱收缩，是少数运动单位轮流交替的活动，故不易疲劳。在通常情况下，各个肌肉都有少数的运动单位在轮流收缩，使肌肉处于一种轻度持续的收缩状态，保持一定的肌力，称为肌张力。肌张力不产生动作，但对维持身体姿势有重要的作用。除特殊情况外，任何一个动作都是由很多肌肉的多个运动单位参加完成的。在人体内，直接支配骨骼肌的运动神经元在任何时候都是接受许多中间神经元传来的冲动，那些中间神经元有存在于脊髓的还有从脑的各级部位传来的，汇合到有关的运动神经元，尽管在同一时间内有许多冲动传到运动神经元，但就其效应看，不外兴奋和抑制两类，这两类作用的代数和决定了运动神经元的轴突是否发放动作电位，从而也决定了该运动神经元所支配的肌肉是否发生收缩，因此谢灵顿提出运动神经元的轴突是反射活动的最后公路，也称为最后公路原则。所以人体在进行任何活动时，都有运动单位的动作电位存在，只是每次运动时所参与的运动单位的数目和发放频率不同而矣。因此以肌肉的收缩是可以作为神经兴奋和传导的客观指标的。
运动一般可以分为三类反射运动、随意运动和节律运动。反射运动是最简单和最基本的运动，它通常由特异的感觉刺激引起的产生的运动没有定型的轨迹，不受意志的控制，自发地发生，在较短时间内完成，所涉及的神经元数量较少。随意运动是为了达到某种目的而指向一定目标的运动，运动的方向、轨迹和速度等都可以随意选择，与反射运动相比完成时间较长。参与随意运动控制的神经分布于中枢神经系统的各部位，在运动时，中枢神经系统必须对许多肌肉发出时间上十分精确的指令，使它们按运动的需要依次收缩或弛张，还需要发出适当的信号控制运动的多个参数，如速度、力度加速度等，以完成各种类型的运动的需要，如放鸡蛋与放石子。介于这两类运动之间的是节律运动，如呼吸、行走等可随意开始或终止，一旦开始就不再需要意识的参与而能自动重复进行，大多数这类运动进行过程中能被感觉信息所调制，而随意运动熵小的导引自行车运动是属于有意识参与的节律运动。当实现某种随意运动时，从大脑发出一连串的兴奋就会传向骨骼肌，要完成的运动中，无经验的部分越多，运动的企图就越难，其结果表现出来的运动就会完全脱离目的性，即在运动中不必要运动的成分增多。参与随意运动的控制神经分布于中枢神经系统的各部位，绝大多数较复杂的随意运动需要经过反复练习一步一步地完善和熟练掌握，在做一项已熟练掌握的随意运动时，不再需要思考判断具体的动作而出现多余的不必要的动作即可下意识地顺利完成。一般认为这是因为运动的复杂细节已被编成运动程序储存起来，可以随时调用而完成运动。随意运动是后天获得的运动反射，是躯体运动的高级形式，其过程分以下几个阶段，首先在大脑形成一个运动意念，然后把这个意念在脑内某部分被译为神经信号的形式，适宜的程序由皮层主要运动区的神经元来执行，执行过程中的精确、细致动作依赖于各种反馈环路的帮助。小儿学走路要经过很长时间锻炼，开始时需要高度集中注意力才行。经过几年的练习、训练随意成分慢慢下降自动运动的成分渐渐加大，因而可以边走路边做其它事情。这说明随意运动的范围和强度，亦即参加活动的运动单位的数量和运动单位的发放频率在不断地受到调节，即随意运动的比重大，自动运动的成分小时，则运动单位的数目多且发放高，僵硬动作、多余不必要的动作多，而且能量消耗也大。
人体完整系统理论把人体从生理学上的八个系统，分为四部分，这样便于用数学计算。以对运动单位的计算，来达到对人体整体的数学计量。因为根据最后公路原则，运动单位是整个神经网络的最后公路。即人体的一切生理、心理活动都是通过运动单位来体现的，也包括对感觉的反应。运动单位的活动，即表明神经网络的活动，运动单位的信息即表明神经网络的信息。这样由对人体整个的生理、心理分析变为对运动单位的分析，可使问题相对简单化，易于掌握其中的要领与本质。
信息是各种事物状态和变化的反映，消息是包含信息的事物如文字、图像、语言，信号消息的运载工具，为了传输消息，就必需把消息载入具有某种物理能量如电、光的信号上去。例如中文电报的编码发送过程中，首先将10000个汉字通过信源编码器变成相应的四位十进制数即从0000到9999；然后将变换出来的数字变成一个五位二进制码字，该码字中1的个数相同，也叫等重码。具体如下，中0022，国0948，北0554，京0079；001101，101011，211001，310110，411010，500111，610101，711100，801110，910011。发送中国北京四个汉字的信源编码器输出的编码是，中01101 01101 11001 11001，国01101 10011 11010 01110，北01101 00111 00111 11010，京01101 01101 11100 10011。对于编码集成电路MC14026而言，两个脉冲代表一个编码，连续两个宽脉冲代表“1”，连续两个窄脉冲代表“0”。在实际电路中，这些由连续两个窄脉冲与连续两个宽脉冲的组合而代表1和0的组合而表示的编码，就是实际电路中的信号。而汉字“中国北京”是消息。信息是事物的运动状态和规律，是事物运动的知识。信号或消息包含信息，但又不能等同信息。信息量是从分析信号或消息得到的。从0到T时刻一直反复发送一个消息而没有变化，那么在这段时间内，只有一个消息，信息量非常小，按照计算公式S＝1nW，这里W＝1，所以S＝0。可以认为其信息量为零，故谈不上信息量。所以，有消息，有信号，不一定有信息，或信息量非常小。信息是事物的运动状态和变化规律，而世上万物都是在不停地运动变化，生生不息。因此，信息是普遍存在的。
消息或信号只有变化才能体现出信息，若消息或信号没有变化则不能体现出信息，即某一符号或单词或句子的输出概率为1，所以信息量为0。这就是说事物状态的变化才能体现出信息，事物状态保持恒定或没有变化则不能体现出信息。事物状态变化越多则信息量越大。所以，信息量是一个系统状态变化的量。根据热力学第二定律的表述在孤立系统内部产生变化，如果变化过程是不可逆的，则系统的熵总是增加的；如果变化过程是可逆的，则系统的熵保持不变；系统的熵决不会减少。系统的熵S＝klnW其中k为波尔兹曼常数，W就是系统某宏观状态包含的微观状态数目。
熵的概念首先产生于热力学，它是系统中微观粒子热运动引起的无序程度的定量度量。热力学理论解释的是一个孤立系统由有序变到无序、由不平衡到平衡的单向性过程。而生物却在一定时间范围内，如在其生长发育期间随着时间的推移越来越复杂、越来越有序的机体。因为生物是一个开放的系统，生命的运动过程同热力学第二定律研究的孤立系统不同，生物只有与周围环境进行物质和能量交换，才能维持其生命。普里高津认为，一个远离平衡态的开放系统，在外界环境变化达到某一特定阀值时，量变可能引起质变。系统不断地与外界交换物质和能量就可能从原来的无序状态转变为一种时间、空间或功能的有序状态。这种非平衡的新的有序结构称为耗散结构。这种有序结构与平衡结构不同。稳定的有序结构是一种固定结构，它不需要外界供应物质和能量来维持。稳定的有序耗散结构则是一种运动结构，它要求不断地吐故纳新，即不断地与外界发生物质和能量的交换，才能维持它的有序状态。它通过耗散物质和能量来维持有序的状态。因此叫做耗散结构。薛定鄂把熵的概念带进了生物领域，按照熵增原理，演化总是朝着无序、混乱和衰退方向，为什么生物在生长发育期间，能朝着有序的方向发展呢？他在“生命是什么”一书中指出“明白的回答是靠吃、喝、呼吸，……专业术语叫新陈代谢”。“一个生命有机体在不断地增加它的熵，并趋于接近最大熵值的危险状态，那就是死亡，要摆脱死亡活着，唯一的办法是从环境不断吸取负熵。有机体吸取负熵去抵消它在生活中产生的熵的增加，从而使自身稳定在低熵水平。所以新陈代谢是人体向着有序方向发展的基础，新陈代谢出现紊乱，显然就影响人体向有序的发展。人体运动的有序可以保证新陈代谢的正常进行，人体运动的紊乱导致内脏同化作用的减弱而影响新陈代谢的正常进行，如处于强烈的情绪状态。那么如何才能控制新陈代谢的正常进行呢？由生理学的知识可知，新陈代谢是受神经系统调节的，只有有效地控制了神经系统并使之有序化，才能间接地调节新陈代谢并使之有序化或正常化。对于神经系统而言，神经系统的机能单位是反射弧，只有控制其输入、输出，才能控制了中间神经网络，也就控制了神经系统。从而控制了新陈代谢，新陈代谢最终产生的能量，是以热能的形式消耗掉，骨骼肌的运动可以消耗较多能量，心理疲劳就是新陈代谢的紊乱。
对于人体而言，人体的消息是效应器的运动，人体的信息是效应器的各种运动状态的变化，人体的信号是神经元的动作电位。具体地说，人体的消息主要是骨骼肌的运动，人体的信息主要是骨骼肌各种运动状态的变化，人体的信号主要是运动神经元的动作电位。
从信号与系统的观点出发，信号是运载信息的工具如语言、音乐、图像、数据等；系统则是产生、传输或处理信号的客观实体如通信系统、雷达系统、计算机系统。在数学上、常用表征其运动特性的数学模型来表示系统。人体系统的一切活动都受神经系统的控制，任何组织在接受刺激发生兴奋时，都随同发生电位变化，生物体兴奋时的电位变化称生物电现象。神经元也不例外，神经元受刺激发生的生物电现象，称动作电位。以动作电位变化为表现形式的兴奋传导波，叫做神经冲动。神经纤维主要以轴突和树突构成。神经冲动在神经纤维内的传导，就好像电流在电线中的传导一样。而神经系统是通过神经元所产生的动作电位来工作的，肌肉的收缩是由运动神经元的动作电位控制的，运动神经元的动作电位和运动神经元的数目的不同，决定了肌肉收缩的不同，从而决定了不同的动作。由于动作电位有不应期，神经元所产生的动作电位都是离散信号，神经系统可以看作是一个离散信源。
按照神经网络的理论，决定该神经网络模型在T时刻的状态是由所建神经模型中所有处理单元的活跃值AI(T)所组成的状态向量A(T)＝[A1(T)，A2(T)，A3(T)，……，AN(T)]决定的。运动神经元是神经网络的最后公路，这里用运动神经元来代表神经网络的处理单元，这里的运动神经元是传出神经元，有随意运动的运动神经元，包括言语、表情及躯体运动的运动神经元，人体对内脏肌活动的有意识控制是通过对随意肌的控制来实现的，当随意肌在进行放松、有序、相对代谢率小的运动时，才能保证植物神经功能的正常、内脏肌的有序运动、新陈代谢的正常、情绪的稳定。其中A1(T1-0)表示第一个运动神经元在0-T1时间内出现的动作电位，即包含频率、相位的波形；A2(T1-0)表示第二个运动神经元在0-T1时间内出现的动作电位；……；AN(T1-0)表示第N个运动神经元在0-T1时间内出现的动作电位。A(T1-0)表示神经系统的输出即运动系统在0-T1时间内的动作，也可以称为运动系统在0-T1时间内的状态过程即人体的动作过程。人体的运动行为是肌肉牵动骨骼发生的，同一运动单位的肌纤维并不是一根挨一根地排列在一起的，而是分散在整块肌肉中，并且由于支配它们的神经纤维的长短不同，当运动神经受到刺激时，在整块肌肉中的很大范围内肌肉纤维不是同步的；同一块肌肉如二头肌中的各运动单位也不是同步运动的，因为它们的兴奋时间不同。
人体在0至T1时间内的动作可表示如下A(T1-0)=A1(T1-0)A2(T1-0)A3(T1-0)......AN(T1-0)]]>同理，A1(T2-T1)表示第一个运动神经元在T1-T2时间内出现的动作电位，A2(T2-T1)表示第二个运动神经元在T1-T2时间内出现的动作电位，AN(T2-T1)表示第N个运动神经元在T1-T2时间内出现的动作电位A(T2-T1)=A1(T2-T1)A2(T2-T1)A3(T2-T1)......AN(T2-T1)]]>……A1〔TM-T(M-1)〕表示第一个运动神经元在T(M-1)-TM时间内出现的动作电位，A2〔TM-T(M-1)〕表示第二个运动神经元在T(M-1)-TM时间内出现的动作电位，……，AN[TM-T(M-1)]表示第N个运动神经元在T(M-1)-TM时间内的动作电位。
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表示时间历程，从计算动作开始到动作结束所经历的时间。是从0时刻开始到TM时刻的时间内，人体行为所作任何动作经历的时间。人体的行为是依靠大量的动作实现的，各种动作组成人体的行为。在每一时刻，大脑控制的运动单位兴奋的数目及每个运动单位的发放频率是有限的，所以人体的运动在理论上是可以以在每一时刻参与运动的运动神经元的数目及每个运动神经元的发放频率和相位来描述。由时刻的衔接便组成了人体运动在某一时间范围内的数学表达式。
按照生物力学的原理可知，运动行为是依靠身体各部及整个身体在空间和时间内的各种动作实现的，所以动作中的各个元素或按空间特征加以区分，或按时间特征加以区分。根据身体各环节在关节中相对位置的变化，可从动作中分离出空间元素即行为元，行为元是动作的最小空间元素，如滑雪的基本动作之一滑板蹬雪，便包括几个行为元脚蹬雪、摆臂、摆腿以及身体前上冲。在动作中可从各确定的时刻之间分离出时间元素即时相。时相是动作的最小时间元素。时相何时开始，持续多久，何时结束，均需加以测定。各时相在时间上一个一个地衔接着。研究动作系列，必须根据不同的特征，从时间上分出各个时相。每一时相，同以往时相及继后时相均不相同，且其间以一定时刻为界，彼此隔离开来。时刻就是时相之间的边界，每一时相对应者一定的行为元。两时相边界上，即两时相交替时刻的身体姿势称为边界姿势。这一姿势是前一时相的终末姿势，也是后一时相的开始姿势。具有共同特点的各时相组成动作的阶段，如跑中的支撑阶段和腾空阶段。由动作的阶段构成动作周期，如走、跑、游泳等具有重复性的动作。行为元和时相指的都是同一些动作，不过为了研究各种动作的不同方面而根据不同的空间特征与时间特征从动作中分离出来。下面以蛙泳为例作生物动力学的分析，蛙泳分为基本动作和预备性动作。基本动作是划水，划水的初始姿位特点是屈腿和分腿，运动员由此姿位开始，两腿于膝关节伸直，两腿用力向后打水，两臂向前伸，其时间为从0时刻开始到T1时刻为止，记作时相1。脚打水结束后，身体呈伸直姿势，在水中被动滑行，其时间从T1时刻开始到T2时刻为止，记作时相2。其中T2-T1＜T1-0。此时不待速度发生较大损失便开始向两侧分手，两臂于肘关节逐渐屈曲并往下垂，当两手相对于身体向后的运动速度达到最大值时，手划时相便告结束，其时间从T2时刻开始到T3时刻为止，记作时相3。以上为基本动作阶段，下面是预备性动作阶段。手划动作一结束，两臂于肘关节屈而开始前移，两腿也同时屈，这是对下一周期划水动作的准备，其时间从T3开始到T4时刻为止，记作时相4，这些动作都要慢慢地开始，以免产生过大的逆流而影响前进速度，腿部的预备性动作包括屈曲和前移也同时进行。时间从T4时刻开始到T5时刻为止，记作时相5，在时相5，两臂肘关节伸，并向前引，而两腿于膝关节屈到最大限度，完成前引动作。所以在一个周期的五个时相中，前三个时相即时相1、时相2和时相3是连续划水动作，先是腿部划水后是臂部划水，此时速度增长。后两个时相速度都要降低，时相4和时相5是为下一周期的划水动作做准备。行为元或时相组成动作阶段，动作阶段构成动作周期。若干个动作周期构成人的各种行为。
一个蛙泳动作周期中五个时相的数学表达式如下，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)]]>下一个蛙泳动作周期中五个时相的数学表达式如下，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)]]>当A(T5-0)＝A(T10-T5)时，表明动作周期中相对应的各个时相也相等，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)这只是理论上的相等，实际只能是统计平均的相似，即用相关函数的方法，它们是最大限度的相关。当然在运动中不仅是有意识控制的躯体运动，还有与躯体运动无关的感觉、知觉、思维等心理活动，因为这里只考虑运动神经元的动作电位，也就是说，只要其它的心理活动没有影响或较大地影响正在进行动作的运动神经元的动作电位以及没有增加新的运动神经元的兴奋，没有产生相应的效应，就可忽略不计。人体中全部运动神经元的数目是一个定值，而根据自身的生理特性，在每一时刻受意识控制的兴奋的数目也有一个与活动有关的有限值，不能在某一时刻全部运动神经元都兴奋起来参与运动。如技巧性运动参与的运动神经元要多一些，而力量性运动参与的运动神经元要相对少一些。因此，如果在某一时间阶段，只是一些受意识控制的运动神经元在做周期性的兴奋与抑制，而且这些运动神经元的数目和具体位置也是一定的，外部表现为在重复一个动作，内部意识也在反复地控制骨骼肌去完成一个动作，没有杂念，或对一些与运动无关的心理活动没有产生相应的反应，那么在这段时间内，人体的随意运动熵最小，最符合人体的需要，也最利于人体的新陈代谢。对于产生的疲劳的反应，也是一个从小到大的过程，最后肯定导致动作不能继续。对于这种情况，从理论上要看对它的定义，实际中要看动作之间的相关程度，如以动作的停止作为人体运动状态的变化。而随意运动熵小的导引自行车运动，可以使人体在2秒钟到10秒钟内轻松完成一个动作周期，这种运动的特点是通过四肢一定范围的旋转运动，骑行速度慢消耗能量少，人体在不停地寻找平衡中前进易于集中注意力，对内脏有按摩与拉伸作用，使内脏在被动地做伸展运动。由于小肠的蠕动频率在6次/分钟到16次/分钟，呼吸的频率为16次/分钟，而这种运动的频率在6次/分钟到30次/分钟，适当降低运动速度，选择一特定频率与内脏的运动频率相等，便于引起共振效应，从而加强内脏的蠕动，增强新陈代谢的同化作用。一般情况下，骨骼肌的过度或最大限度的收缩会引起异化作用的增强和同化作用的减弱，同化作用的减弱如肠胃蠕动减弱会影响营养的吸收。而所谓的心理疲劳难以较快康复的生理实质就是同化作用的减弱难以恢复到正常水平。异化作用的减弱可以加强用骨骼肌的运动来解决，异化作用的旺盛，可以用放松骨骼肌或坐卧等方式来解决；同化作用的旺盛可以用加强骨骼肌的运动、追求刺激、探险等方法来解决，但是同化作用的减弱尚无良好的理论与方法，坐卧休息时心烦意乱，由于吸收营养受到影响，所以没有体力、精力来进行有效的运动。这充分表明新陈代谢的流量特性，新陈代谢要求的是同化作用与异化作用的平衡，即在一定限度内产生的能量得到有效释放，释放的能量得到有效补充，人体的生命活动才能正常进行，不能一顿饭吃上十天的饭，而后十天不吃。所以对于心理疲劳者，虽然体内产生的能量不足，也不能就用单纯休息的方法来解决，尽管是能量不足，但决不是能量严重不足，如果是就会安然静坐或卧床而眠。因此为了保证新陈代谢的正常进行，必须把这部分不足的能量以不很大影响同化作用的方式消耗掉。从理论上讲，要符合人体的生理特性。人体在觉醒状态，每一时刻大脑的注意力是有一定限度的，大脑所控制的运动神经元也是有一定限度的。超出它们的限度，会引不足性起紊乱，即不知在注意什么，也不知在干什么，非常忙乱感到很累；达不到它们的限度，也会引起溢出性紊乱，如走路时边走边说，独坐时胡思乱想、东张西望，这种情况不能视为是走路或静坐一个运动状态，运动状态增多人体的随意运动熵就增大。而引体向上、百米冲刺等运动虽然与它们的限度接近可视为一个运动状态，虽然对同化作用有一定影响但对于身体强健者易于恢复，其主要是消耗很大不易持久。同化作用与异化作用的互相促进作用是以保持内环境相对稳定在一定范围为前提的，对于内脏功能不强者，一味地增加异化作用会使内脏功能更加虚弱，起不到对同化作用的促进作用，却达到相反的目的。所以根据新陈代谢的流量特性，对于内脏功能虚弱者，如肠胃蠕动减弱者，选择一些对内脏活动影响小且自己能够承受的骨骼肌运动，以释放体内不多的能量，通过这种消耗能量较少的运动顺畅地进行，来保证异化作用的持续有效的进行，由于这种运动使内环境处于相对的稳定状态而无较为剧烈的变化，所以在这种情况下，可以对同化作用起到促进作用。尽管是消耗能量与摄入能量都较少，但表明它们的流量是基本平衡的，这种平衡就利于新陈代谢的正常，新陈代谢的正常就符合生命活动的规律，机体就会进行自身的康复、创伤部位的修复活动，从而加速病态的康复。
把人体看作是一个完整的控制系统，有输入部分、系统部分、输出部分、能源部分等四大部分组成。其中能源部分是主要的，它直接决定着整个系统的功能。每一时刻人体的能源消耗也是有限的，从能量代谢的角度来看，影响能量代谢的因素有食物、环境温度、肌肉运动和精神因素，就每个人而言，在相同的食物和环境温度的条件下，可以通过自身改变能量代谢的途径只有肌肉运动和精神因素这两方面，而精神因素也要通过具体的肌肉运动来体现的并且肌肉运动对能量代谢的影响又十分明显，所以只有控制了全部的运动单位也就在自身控制的范围内有效地控制了能量代谢、有效地控制了新陈代谢，从而有效地控制了人体的整个系统。利用这个原理来控制人体的新陈代谢并使之正常为人体的健康服务。如果徒手在胸前画圆动作，双臂缺少支撑易于疲劳，而停止动作且缺乏惯性作用。因此随意运动熵小的导引自行车运动，是一项易于在一定时间内坚持下去的运动。
设W1＝T5，则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表示从0时刻至WX时刻，有X个动作周期的动作，它们可以是相同的、相似的或不同的，这就是关于人体运动的运动神经元的动作电位的数学表达式，式中包含了人体的全部运动单位，如用言语表示意识活动的喉头的动作电位、反映情绪的表情肌的运动神经元的动作电位、躯体运动的骨骼肌的运动神经元的动作电位等。
当A(W1-0)＝A(W2-W1)＝……＝A[WX-W(X-1)]时，那么在0时刻至WX时刻这段时间内，人体只有一个运动状态，即在重复一个动作。以相同动作为例，在两个相同的动作周期内，在相对应的时相内的运动单位兴奋的数目和所有每个运动单位的发放频率从理论上讲是相同的，正是由于它们的相同，才导致了相同的动作。而在实际中，可以用相似来表示。对于人体运动状态的度量S＝KlnW＝0，由于S越小表明系统越有序，因此在这段时间，人体的运动处于最有序的状态。
人体的所有运动神经元可以看作是一个随刺激变化而出现兴奋与抑制变化的信源。运动神经元是万分复杂的神经系统的最后公路。运动神经元的变化规律可以映射神经系统的变化规律。由于神经系统接受的外界与体内的刺激是随机的，故神经系统的状态也是随机的，运动神经元的兴奋与抑制控制着肌肉收缩从而决定了人体的运动行为变化。因此人体的动作有随机性。大脑的状态或中枢神经系统的状态是由运动单位来表达的。大脑的神经元有140亿个，而运动神经元即运动单位有200万-300万个，对运动神经元的研究可使关于中枢神经系统的问题简单一些。
在信息论中，用信源空间表示的数学模型，有一个必要的前提即信源可能处于各种状态的概率是事先可测定的。信源要含有一定的信息，必须具有随机性，以一定的概率处于各种不同的状态，相对于发出各种不同的符号。所以，信源可以看作是一个具有一定概率分布的某一状态或符号的集合。用某一离散随机变量的可能取值，表示信源可能发出的符号，用离散随机变量的概率分布，表示信源发出不同符号的可能性的大小。如掷骰子，每次出现朝上的一面点数是随机的。如果把朝上一面的点数作为信源的输出消息，那么这种信源可能输出的各种不同消息都是离散的数字，而且不同消息的数量是有限的，即组成数字集合{1，2，3，4，5，6}，同时一个数字就代表一个完整的消息。所以这种信源是一个单符号的离散信源。用一个离散随机变量来代表一个单符号的离散信源，这就是单符号离散信源的数学模型的基本思想。用离散型随机变量X来表示这个信源X的可能取值，就是信源可能输出的各种不同符号，那么X的状态空间就是信源可能输出的数字集合{1，2，3，4，5，6}。X的概率分布就是信源输出各种不同数字的先验概率，显然X的概率空间可测定为P{X＝1}＝P{X＝2}＝P{X＝3}＝P{X＝4}＝P{X＝5}＝P{X＝6}＝1/6。这样这个单符号离散信源的数学模型可表示为〔X*P〕＝X1， 2， 3， 4， 5， 6P1/6，1/6，1/6，1/6，1/6，1/6因为[X*P]完整地表示了这个信源的特性，所以这个概率空间也称为信源空间。信源空间必须是一个完备集即有P{X＝1}+P{X＝2}+P{X＝3}+P{X＝4}+P{X＝5}+P{X＝6}＝1对于一般信源来说，如信源发出的不同符号组成符号集A＝{a1，a2，a3，……，ar}，即信源可能发出r个不同符号ai(i＝1，2，3，……，r)。信源发出符号ai(i＝1，2，3，……，r)的先验概率测定为P(ai)(i＝1，2，3，……，r)，那么这个信源就可用以下的数学模型来表示[X*P]Xa1a2a3_……arPP(a1) P(a2) P(a3)……，P(ar)而且P(ai)(i＝1，2，3，……，r)满足p(a1)+P(a2)+P(a 3)+……+P(ar)＝1信源发出某一符号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，在数量上等于信源发出符号的不确定性，用数学的方法已证明，信源X的任一符号ai(i＝1，2，r)所含有的自信息量I(ai)(i＝1，2，r)等于符号ai的先验概率p(ai)(i＝1，2，r)的倒数的对数，即I(ai)＝-logp(ai)。只要测定了先验概率p(ai)，就可定量地计算符号ai的自信息量。显然，I(ai)只能表示信源发出的某一特定具体符号ai的自信息量，不同的符号有不同的自信息量，所以它不足以作为整个信源的总体信息测度。
对于这个单符号离散信源，可以用一个确定的量作为整个信源的总体信息测度。显然，能作为信源总体信息测度的确定的量，应该是信源各个不同符号所含有的自信息量I(ai)(i＝1，2，3，……，r)在信源的概率空间{P(a1)，P(a2)，P(a3)，……，P(ar)}中的统计平均值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/符号。H(X)就是信源每发一个符号所提供的平均信息量，并称它为信源的信息熵，简称“熵”。从它的数学表达式中可知各个符号等概率出现时，信息熵具有最大值；有一个符号出现的概率等于1时，信息熵为最小值等于0。熵是定量表达某一信源的不确定性或无组织程度或无序程度或混乱程度的量。如果我们认为这些信息来自某一信源或某一系统，熵就是衡量系统无序程度的量。信息熵是信源的总体的信息测度。一个系统中的信息量是它的有序程度的度量，系统的熵就是它的有序程度的度量。消息集合所携带的信息就是有序程度的度量，信息反应了系统在时间、空间运动的过程中所表现的有序程度。在一般情况下，信源在没有发出符号以前，总存在一定的不确定性，发出符号以后，总可以提供一定的信息量。信息是依附于物质，凡是有物质的地方就有信息存在。客观存在的各个事物状态的表露，以及各个事物随时间所发生的变化的反映都称为信息。一般的信源发出的消息往往是时间和空间上一系列离散符号组成的符号序列，称为符号序列离散信源或多符号离散信源。例如某电报系统是二进制信源，则发出的是一串“0”和“1”的序列。在实际情况中，多符号离散信源发出的每一条消息中所包含的符号数一般来说是不相同的，而且消息的长度也是随机的。对于信源序列输出中每一位出现什么符号是随机的，若输出消息符号序列中前后符号的出现是彼此无关的，称为无记忆符号序列离散信源；若各符号之间有一定依存关系，不是统计独立的，称为有记忆符号序列离散信源。若把人类自然语言作为一种信源，不论是汉语、英语还是其它别的语言，必须按照某种规律进行排列才能具有意义。如出现“万里长”三字时，后面是“城、”、“江的可能性较大，而出现其它字的可能性较小。这就是说信源输出序列中的一个符号的出现，是与它以前符号出现的情况有关联的即要考虑符号的条件概率。马尔可夫信源就具有自然语言信源的特性，即发出的符号序列中每一符号所用的概率分布不是一成不变的，而是发出一种符号换一种概率分布。一般来说，对多符号离散信源的分析是复杂和困难的，为了便于研究，必须对实际的多符号离散信源作一些假定使问题达到简化。实际的多符号离散信源X＝X1X2X3……在不同时刻的随机变量XI和X(I+T)的概率分布P(XI)和P[X(I+T)]，一般来说是不相同的即随机变量的统计特性随着时间的推移而有所变化。但是为了便于研究，假定随机矢量X＝X1X2X3……中各维联合概率分布均不随时间推移而变化。这种多符号离散信源称为多符号平稳离散信源。假定这种信源发出的每一条消息均由N个符号组成，字符、消息之间统计独立，互不关联，而实际信源发出的消息之间通常是相互关联的，把信源发出无限长的符号序列中的每N个符号看作一组，组与组之间统计独立，每一组的统计特性相同。这样，多符号离散平稳信源就可由N个随机变量组成的随机矢量X＝X1X2X3……XN来表示对于发出N长无记忆符号序列离散平稳信源的熵H(X1X2X3……XN)，应等于发单个符号消息的信源熵H(X)的N倍，即H(X1X2X3……XN)＝NH(X)比特/符号序列。
而对于N长符号序列有记忆离散平稳信源的熵，H(X1X2X3……XN)＝H(X1)+H(X2/X1)+H(X3/X1X2)+……+H[XN/X1X2X3……X(N-1)]因为H(X/X)＜H(X)，所以H(X1X2X3……XN)＜NH(X)。
综上所述，信源发出每一条消息均由N个符号组成是一种假设，但实际的多符号离散信源发出的每一条消息中所含的符号数，一般来说也不相同。而对于多符号有记忆离散平稳信源，符号之间的条件概率是先验的，即事先确定的。这些缺点，对于复杂的事后不断发展变化的信源或系统很难进行熵的度量。如果不考虑每一消息中所包含的符号数量，无论是一个、二个还是N个，即消息中的符号数是随机的，这里不把一个符号当作一个信息单元，而把一个消息当作一个信息单元。那么，这个信源就是一个单消息离散信源。如你考上清华大学了吗？无论考上与否，其的熵为1比特/系统的录取单元。而问你的高考成绩是多少？假如高考总成绩为750，那么它的熵为9.55比特/系统的成绩单元。虽然9.55＞＞1，但即使得到高考成绩的消息，这个信息量较大是9.55，它并不能确定是否考上清华大学这个消息，虽然考上清华大学的信息量较小是1，这是由于二者的系统单元不同。正如水的比重是1000克/每立方分米，而水银的比重是13.55克/每立方厘米，虽然1000＞＞13.55，但不能说，水的比重比水银大，因为它们所指的对象即系统单元不同。对于人体运动熵的测量，人体的各种行为是由若干个动作按时间、空间组成的。首先确定的系统单元是一个动作，它的时间是从一个动作的开始到这个动作的结束，如蛙泳中完成一次上肢与下肢的打水，即人体的一个消息，而不是人体的一个信号，即各个运动单位中运动神经元的动作电位，人体的每一个动作是由若干个运动单位中的动作电位按时间、空间总和而成的，一个人体信号就是一个运动单位中运动神经元的一个脉冲，一个动作是由若干条线路中的若干个脉冲以不同的频率在一定时间内总和而成的，其中线路即运动单位中的神经元。所以若以动作电位或人体信号为计算人体信息量的系统单元，将使计算复杂化，并且有些动作电位在正在运动的人体中难以测量，如怎样从正在蛙泳的人体身上测量到全部运动单位的动作单位。因此，如果以一个动作为计算人体信息量的系统单元，那么将使问题简单化，还是以蛙泳为例，蛙泳是一种周期运动，一个蛙泳动作包含五个时相，在五个时相中各个时相对应且基本一样，从运动生理学的角度来讲，相同的动作是基本相同的运动单位兴奋的时间、空间总和。即在时间、空间上的相同动作是若干个运动单位基本相同的动作电位序列。具体地说，是在有意识地控制下的若干线路的不同频率、相位的时间空间总和的一致，或者不同运动单位的动作电位的波形在这个周期与上一个周期的相同的不同运动单位的动作电位的波形在频率、相位及脉冲个数等各方面的统计平均值的基本一致。假如在T1时刻到T2时刻，某个人在水中不停蛙泳，一个动作的时间为3秒，T2-T1为10分钟即600秒，那么在这段时间内，蛙泳的动作数为200个，如果2个动作呼吸一次，那么考虑呼吸运动更为精确的动作一样数为100个。这个系统的信息单元为一次呼吸及2个蛙泳动作，从理论上讲，在600秒内人体系统只输出了100个一样的消息，那么在此期间的人体平均信息量为log1＝0。人体的运动熵最小。熵，从理论上讲越小，表明系统越有序。但理论必须与实际相结合才有意义。作为人体而言，不可能在作不同目的的有意识动作中600秒钟、6000000秒钟只呼吸一次，也不可能一个蛙泳动作用600秒钟，假如一个蛙泳动作用了600秒钟，4小时作了24个动作，虽然人体的运动熵为0很小，但人体在运动过程中的疲劳感、饥饿感等直接向大脑发信息，大脑必须处理这些来自生理的需要，来克服当前的困难，努力坚持下去，这些对于大脑来说，就意味着除了在指挥蛙泳这一动作外，还要接受另外的感觉并努力克服身体的不适，这个过程在人体内都有具体的动作电位及运动系统的相应兴奋与运动，最终导致动作的变化。因此，大脑由原来专心一个目的的工作，变成了两个或更多个目的的工作，运动系统的状态数目也相应增加。可见人体运动的熵增加了。所以关于动作的时间周期问题，要首先符合人体的生理特性及当时的需要。虽然动作表明快、多时，人体的运动熵大，但遇到洪水、火灾等危险情况，快速转移到安全地方，使身体避免受到伤害。而我自岿然不动表明的人体熵小，而遇到了洪水或火灾的袭击，而使身体受到伤害，总的过程而言，人体的熵还是增加了。
总而言之，人体运动的熵小，表明人体处于一个相对有序的状态，有利于人体的生存与发展。睡眠是人体必不可少的一项低熵运动，可加强同化作用，加强营养的吸收和能量的储存，使人体得以休养生息。因此睡眠的过程中，人体有意识运动的熵几乎为0。如果某人从22时睡眠到次日7时，期间次日4时起床小便到4时10分。从中可知，某人睡眠8小时50分即530分钟是一种状态，而10分钟是另一种状态，其人体运动的熵H(X)＝-530/540LOG530/540-10/540LOG10/540＝0.02647+0.03208＝0.0585比特/每个状态。
人体干较重的体力劳动，时间长了会感到骨骼肌发酸、无力，表现暂时的工作效率降低，准确性较差，这就说明疲劳产生了。持久的肌肉活动，使肌肉的工作能力降低，以至完全消失，这种现象就叫疲劳。肌肉本身长时间收缩后引起的疲劳，叫收缩性疲劳。刺激肌体运动神经，时间较长后，所支配的肌肉收缩能力低下，这时如直接刺激肌肉本身，还能引起正常的收缩，这说明神经冲动不能通过神经肌肉接头传递给肌肉，也就是说神经肌肉接头比肌肉更容易疲劳，这叫传递性疲劳。然而在整体内，往往是上述两部位还没有出现疲劳的时候，肌肉的收缩能力已经下降，这是神经中枢发生疲劳引起的，叫中枢疲劳，因神经中枢的机能复杂代谢率最高，所以最容易引起疲劳。正常体内肌肉的收缩，是由神经中枢部位产生的兴奋，通过传出神经而发起的，故劳动所产生的疲劳最先或主要是中枢性疲劳。各种疲劳的产生，基本原因在于代谢产物如乳酸、二氧化碳等的堆积和营养物质的耗竭。收缩性疲劳产生的原因，主要是酸性代谢产物的堆积，如步行时间较长，腿走累了，用热水洗脚，促进下肢血液循环，移除代谢产物，有助于疲劳的恢复。传递性疲劳和中枢性疲劳是由于神经肌肉接头及神经突触部位化学递质的感到过度消耗而造成的。常会看到，技术熟练的工人、农民持续很长时间的劳动也不产生疲劳，由于他们工作熟练、精神不紧张，神经中枢的活动适度，从而肌肉收缩有一个最合适的负荷和最适的节律，在这种情况下，动作协调，工作效率最高能量消耗较少，所以不易疲劳。这是生理学的解释，而疲劳产生的数学依据是运动熵的大小所决定的。因为技术熟练的工人、农民在劳动过程中较不熟练者的多于动作、僵硬动作明显少，且节律较为稳定，即动作的状态数量与费力动作的数量少，所以在相对代谢率基本相同时人体的运动熵小，能量消耗少，故不易疲劳。从能量代谢的角度而言，机体每天消耗的能量，最后均以热能向体外放散，故机体产生热量就意味着消耗能量能量的根本来源是糖、脂肪和蛋白质所蕴藏的化学能。这三种物质在体内不断地氧化分解。将蕴藏的化学能逐渐释放出来，其中一部分能量变为体热以维持体温，一部分能量储存于ATP中成为化学能为神经、循环、呼吸、肌肉收缩等器官系统的生理活动提供能量。肌肉运动可直接影响能量代谢，人体处于安静状态时，骨骼肌产生的热量仅占全身产热量的20％，在剧烈活动时，占90％以上；当人的精神活动和情绪活动处于高度紧张状态时，如恐惧、焦虑时，能量代谢往往明显升高，这种影响是通过中枢神经系统的紧张活动，直接加强了骨骼肌的紧张性，使产热量增加。另一方面由于中枢神经系统的兴奋引起肾上腺激素分泌增加，通过体液传递，刺激全身组织的物质代谢过程，使产热量增加。
在从事各种活动时，人体总是承受一定的体力工作量。工作量越大能量消耗越大。基础代谢量是人体在绝对安静下维持生命所必须的能量消耗，单位时间内的基础代谢量称为基础代谢率。安静代谢量是人体为了维持各部位的平衡及某种姿势所消耗的能量，它包括基础代谢量和仅仅为维持体位平衡及某种姿势所增加的代谢量，它等于120％的基础代谢量。能量代谢量是人体在运动时所消耗的总能量，它包括基础代谢量、维持体位所增加的代谢量和运动时所增加的代谢量三部分。相对代谢率是能量代谢量与安静代谢量的差除以基础代谢量的商。人体的能量消耗分为肌肉收缩性能量消耗、传递性能量消耗和中枢性能量消耗，能量消耗过大就引起疲劳，对于中枢性疲劳而言，中枢包含的中间神经元数量越大，中枢也越容易产生疲劳，中枢性疲劳是不容易恢复的。一些忙乱、紧张、呆板、僵硬、多余的动作都是参与运动的中间神经元数目增加的运动表现。忙乱、紧张状态是大脑皮层兴奋与抑制争斗的表现；多余动作是大脑皮层兴奋过程扩散的结果；僵硬、呆板是一些神经元持续兴奋的表现。因此同时增大了中枢、传递、收缩的消耗，故增大了人体能量消耗，所以不易持久。但是由于人体的新陈代谢具有流量特性，相应地增大能量消耗，即异化作用的增强会促进同化作用，并不是没有条件的。由于精神紧张而产生运动的紊乱，紊乱的运动超过一定限度就不利于新陈代谢，参与紊乱动作的神经元数目的增加，会使大脑皮层的兴奋度增加，达到一定强度就会影响大脑皮层对植物神经的控制并使之弱化，而不利于肠胃的吸收。因此对于人体即使是相同的能量消耗，在饮食、休息等条件必备的情况下，并不一定能得到相应的能量补充。只有在不影响植物神经功能的条件下，才能保证新陈代谢的正常进行或加强，即在人体随意运动熵小的条件下，体内消耗的能量就能得到相应的补充，增加相对代谢率也能保证新陈代谢的正常进行。这是对健康人与体弱有病者都适用的基本原则，健康人可以从事一些相对代谢率大的运动，也可以参与随意运动熵相对大一点的运动，因为其承受能力要强一些，而不会影响自身的植物神经功能。这就是说，在人体随意运动熵小的条件下，延长运动时间或增加相对代谢率的运动，才是使新陈代谢正常进行或加强的有效方法。疲劳是紊乱成份的增加的运动。这里熵表示运动的有序程度，商表示能量消耗的多少。
当实现某种随意运动时，大脑发出一连串的兴奋传向骨骼肌。随意运动是为了达到某种目的而指向一定目标的运动，绝大多数较复杂的随意运动都需要经过反复练习逐渐完善和熟练掌握。在做一项已熟练掌握的随意运动时，不再需要思考具体动作如何进行，运动即可下意识地顺利完成，一般认为这是因为运动的复杂细节已被编成运动程序储存起来，可以随时调用而完成运动，就象计算机工作时调用编好的程序一样。如果一个复杂的随意运动调用一次运动程序，那么N个相同的复杂随意运动，就要调用N次运动程序，一次运动程序的完成相当于一个时间序列，N次运动程序的完成相当于N个时间序列，因此完成N个相同的复杂随意运动的人体运动熵为0，这是理论数值。在实际中，只能说动作的相似程度接近100％，但不是100％。如相似程度为99％，其熵为H(X1)＝-0.99LOG0.99-0.01LOG0.01＝0.0144+0.0664＝0.0808比特/动作序列而相似程度为90％时，其熵为H(X2)＝-0.9LOG0.9-0.1LOG0.1＝0.136+0.332＝0.196比特/动作序列显然H(X1)＜H(X2)，所以相似程度越高，人体运动熵越小。
而相似程度为90％，剩余10％的动作虽然与主要动作不一样，但它们也不相同，假设剩余10％的动作由两种组成，各占动作总数的3％和7％，其熵为H(X3)＝-0.9LOG0.9-0.03LOG0.03-0.07LOG0.07＝0.136+0.152+0.269＝0.557比特/动作序列显然H(X3)＞H(X2)＞H(X1)，这里的对数均是以2为底。
在实际中，每个动作的时间不可能绝对相等，每个动作的空间轨迹也不绝对一样，相似动作的观测按照不是有意识的加快或减慢和有意识的改变运动轨迹来考虑，只要是同一目的的相似动作都可认定是相似动作。例如会游泳的人与不会游泳的人，他们的运动熵是不同的，不会游泳的人就无法在水中连续不停地游下去，只能是游游停停，对自己的动作作不断的校正或有意识地改变动作中的不正确部分，显然不会游泳的人的人体有意识运动熵比会游泳的大，相应的能量消耗也多。
以上是指有意识积极运动而言，如中途休息虽然也是另一种运动状态，可减少能量消耗，但不属于有意识的同一目标的积极运动。人体运动熵的观测是以满足生理需要或在生理正常活动范围之内或人体承受能力之内为前提的，一般情况下，人体的正常活动是日出而作，日落而息，一日三餐，每天大便一次、排尿五次，白天工作八小时，夜间睡眠八小时，是以一天为一个周期的。大脑在睡眠时意识暂时消失，而在觉醒时有意识，这里所提及的熵、人体运动熵全称应为觉醒时人体有意识随意运动熵，也称为随意运动熵。所以对于人体运动熵的观测应为人体在觉醒状态下的即除睡眠之外的，如果失眠，也应按觉醒考虑。
若运动与休息各占50％，其熵为1比特/状态。若每6秒作一个有意识的动作且每个动作的目的各不相同，理论上讲，在600秒钟内的人体平均信息量最大为log100＝6.64比特/动作序列，在此期间的动作有蛙泳、被水呛了一次站在水中咳嗽了一会、上岸、抽烟、下水、不小心与别人相撞等。睡眠通过计算得出是一种能量消耗极低、随意运动熵极小运动，百米冲刺是一种能量消耗极大、随意运动熵小的运动，遇到危险，惊慌失措的离开是一种能量消耗大、随意运动熵大的运动。
在对人体随意运动熵的计算中，是对已经完成了的运动进行统计的结果为依据的，是有一定概率分布的，而且它们是一个完备集。时间可以从1秒钟、1分钟、1小时到1天、1年、80年，一般是对某一时间段进行计算的，如20分钟、1小时、一年等，而1秒钟的计算没有多大实际意义，1秒钟的熵小并不等于1小时的熵小，而1小时的熵小则意味着对1小时内的各时间单位或运动单位进行统计平均计算的熵小。熵大则能量消耗大，熵小能量消耗不一定小，还要看相对代谢率。
当机体的某一部分感受了有效的刺激而发生反应时，从外表活动来看，可以区分为两种不同表现一种是由相对静止状态变为明显的活动状态，或由较弱的活动变为较强的活动，称为兴奋；另一种是由明显的活动状态变为相对静止，或由较强的活动变为较弱的活动，称为抑制。抑制并不是没有反应，它是与兴奋相对对立的一种主动过程。以上说的是人体的外在表现行为，而兴奋和抑制也是高级神经活动的基本过程，这两种过程的交替，贯穿神经活动的始终。大脑及神经系统的反射活动，都要在它的基础上进行。兴奋与抑制是同一大脑皮层部位活动的两个方面。它们虽然作用相反，但又互相依存，相互转化。皮层的某一部位有时兴奋占优势，有时抑制占优势，就整个大脑来说，清醒时兴奋占优势，睡眠时抑制占优势。人的思维等一切心理活动、条件反射的建立，都要在大脑的活动状态下，即兴奋占优势的情况下才能顺利进行。抑制并不是一个消极过程，它对于大脑健康而有效的活动具有保证作用。在抑制状态下，皮层细胞不做任何工作，因此可以恢复它们的正常机能。全部皮层细胞都是如此，在大多数皮层细胞已经工作的条件下，全部皮层必须移行于抑制状态，这是每天发生的事实，即睡眠。巴甫洛夫把大脑皮层的神经细胞看作是模范的最警惕的信号员。因为皮层细胞的信号活动，使人体能够与周围环境发生精确而迅速的适应，这确实是一种非常细致的活动。于是它们的休息与机能的恢复必须立刻得到保证，这对于它们将来的精确工作是完全必要的。而睡眠抑制的发展正是对皮层细胞正常机能活动的有效保证。睡眠抑制不仅在正常状态下有保护性作用，可促进皮层细胞工作能力的恢复，而且在病理状态下还有医疗性作用，可以促进皮层细胞正常机能的恢复。大脑皮层的抑制活动，对控制和营养自律神经系以下的脏器来说，是很重要的一种活动。但是这种活动是极为脆弱的，若大脑皮层在强烈的或连续不断的刺激下，大脑皮层首先遭受打击的是抑制性活动，由于大脑皮层的抑制过程遭受了打击，那么大脑皮层则难于恢复自己的再工作能力，这样长久下去，大脑皮层的功能就弱化下来，就不能正常调节所有自律神经系统内各脏器的工作以致发生各种各样的病态。
高级神经活动的基本规律是兴奋、抑制的扩散与集中和兴奋、抑制的相互诱导。
注意从其发生来说是机体的一种定向反射。根据巴甫洛夫学说，注意的中枢机制是神经过程的诱导规律。按照这个规律，在大脑皮层上发生的每一个兴奋中心，都引起周围区域的抑制。因此，兴奋就不会均匀地沿着整个皮层扩散开来。在每一瞬间，皮层上都有一个最优势的兴奋区域并与最清楚的意识状态相联系。由于大脑皮层的一定区域产生了优势兴奋中心。注意是心理活动对一定对象的指向和集中。指向，是指每一瞬间，心理活动反应对象的瞄准，而同时离开了其余不反映的对象。集中，是指对心理活动对指向对象的持续反映，集中是持续的指向深入的反映。每一瞬间作用于人刺激数不胜数，人的大脑只能反映那些被注意到的事物。只有注意的参与心理过程才能正常进行，它是各种心理过程共有的特性。注意只在觉醒状态下发生，睡眠时，一般刺激不能引起人的注意，疲倦、瞌睡等状态下也不能有良好的注意。网状结构为大脑皮层和整个机体提供觉醒状态，丘脑等部位控制着注意的转移及对象的选择，额叶参与觉醒水平的提高，人的语言提醒人们坚持注意的方向，使注意带有有意性的特点。巴甫洛夫实验指出，注意的中枢机制是神经过程的诱导规律，在每一瞬间都有一系列的刺激物作用于大脑，大脑皮层产生大量强度不同的兴奋灶，其中最适宜的是中等强度的兴奋灶，根据负诱导的规律，由于它的兴奋，在大脑皮层的相应区域就产生了兴奋活动，在焦点的部分具有一个优势兴奋中心，这就是注意的集中。注意的外部表现可以受意识控制，注意的稳定性是指注意力在一定对象上所持续的时间，是一种重要的注意品质。它不是意味着总是指向同一客体，活动所接触的客体和活动本身可以有所变化，但活动的总方向应当是固定的。当一个学生在读书、写字、算术等情况下，表现出稳定的注意的时候，他的动作所接触的客体即读的课文、写的词句、作的习题数字也象进行的动作即写字时的手运动一样总是在变化着的，但是总的方向是由应当完成的任务所决定的即读完或写完这一篇文章所决定的，所以始终没变。因而一个人如果长时间地精神贯注于服从一个任务的某件事情，就可以说这是稳定的注意。从生理上来看，注意的稳定性意味着占优势的兴奋中心始终是那些调节着作为统一活动的各个环节的动作的大脑皮层区域。如果客体和进行的动作是交替的，那么注意就能长久地保持在高度的水平上，为了长时间地把注意保持在某一个东西上面，需要不断地在同一东西发现新而又新的方面，对它提出的不同问题，进行相应的动作回答，而这些动作又要服从于人所追求的总的目的，虽然动作呈现多样化，但是围绕同一目的的。运用一个物品来进行某些动作而达到提高注意的稳定性是特别重要的，这样就能维持大脑皮层的活动状态，这种状态是保持皮个别区域占优势兴奋性所必需的。表现于外部的运用物品的实际动作，即利用它们具有很大的意义。这就促使获得的印象更加多样化，促使更完整地从各个方面来了解一个对象，更好地去感知它。甚至在完成简单的和多次重复的动作的时候，如果那些每一次都要求完成一定动作的刺激物总是支持着注意，那么注意就能保持很长久。从有关注意的稳定性论述中可以看出，随意运动熵小的导引自行车基本符合上述要求，因此本实用新型从心理学的角度而言，可以提高注意的稳定性，延长注意的时间且消耗不大。
注意的广度是一个人在同一时间内所能清楚地把握的对象的数量，注意是一种有限的心理资源。从能源上讲，可以把它比作发电站，它只有一定限度的发电能力；从空间上讲，容纳了某种信息就不能再容纳其它信息，因而注意的范围是有限的。当人在对事物发生注意时，他的各级神经组织都要发生相应的变化，在他的大脑皮层内与这种事物相应的部位，就形成优势兴奋中心。
从注意的范围而言，它在同一时间内是有限的。注意是动态变化的，犹如流水浇地，水的流量在相应的时间内是基本上一定的，地的面积太大，水不够用，地的面积太小，水就会溢出，而浇到其它地方。注意的广度是一定的，是不能控制的。而注意的对象是可以控制的。
认知心理学认为，监督加工器是一个爱管闲事的装置，它倾向于受任何发生事情的影响而成为一些动作的驱动，不论这个事件是外部的还是内部的。管理监督加工器的最容易办法是给它一些要分配注意的去做的事情，让监督加工器在做一些不费力的事情上用尽它的全部应变能力。这样心理就能够不受监督加工器的影响而起作用，它使心理的注意能力被占据着，它给监督加工器一些事情做并有效地跳过内在的意识机制的监督和指引。不管是什么活动，它必须是做起来简单，但又使心理不得空闲。现在设想把这个监督加工器关闭，人就进入了另一种状态，如睡眠状态、麻醉状态等。以冥想为例，犹如气功的入静或瑜伽的冥想状态，人随着呼吸的起伏默默地数数，让意识去做一些重复性的不重要的事，把注意力吸引到机械性的活动上去，机械的简单的活动占据着它，又减弱它的监督指导作用，这就差不多关闭了监督加工器，这时其它一般加工器还可以照常操作，或者也可以相对减弱，而监督加工器可在必要时随时启动，对一般加工器的操作进行监督。
语言和言语在人类的思维及整个心理活动中有着极为重要的作用，它是思维的工具。语言是以词为单位、以语法为构造规则的符号系统。巴甫洛夫把它叫做第二信号系统。思维是以感觉、知觉、表象提供的材料为基础的认知过程的高级阶段。感觉和知觉只能个别地反映事物的现象，而思维则能全面地反映事物的本质。思维过程是借助语言和言语来实现的。现代电生理学的研究表明，人在思考问题时，第二信号系统起着重要的调节作用。大脑中进行智力活动时，可在喉头、舌头记录到电位变化。天生聋哑的人，在思考问题时，可在手指上显示出活动，但喉头、舌部没有电位变化，这说明进入大脑皮层的动觉冲动保证着思维活动的进行。这说明人在默默思考时，内部语言参加活动，虽然听不到发音器官的声音，但它的肌肉组织仍在活动，并向大脑皮层发送动觉刺激，这种刺激是在人思考时所不可缺少的。
记忆是大脑对经历过的事物的反映。人的记忆特点主要是通过词，人的大量记忆是属于词的记忆，词是构成语言的单位，从生理上来看，记忆是暂时神经联系的形成、巩固和再活动。想象是一种形象化的，富于创造性的思维活动，想象的基础是记忆。感觉是大脑对现实事物个别属性的直接反映。知觉是大脑对直接作用于感官的客观事物整体的综合反映。知觉不仅要受感觉系统生理因素的影响，而且极大地依赖于一个人过去所记忆的知识和经验。因此心理学的认知过程主要是以言语的活动为物质基础的，而言语是以舌、喉头、嘴等的运动为基础的，涉及言语运动的肌肉与第二信号系统对应称为第二随意肌。所以第二随意肌的运动状态决定着认知过程，主要涉及人体完整控制系统的系统部分，与生理学的高级中枢神经系统活动相关。
通过对心理学认知过程的阐述可知，人的注意相当于监督加工器，它在人觉醒时，在同一时间内，注意力是有限的，但是是时刻不停地运动变化着，即注意力有剩余的部分时，它就投向别的事物，注意力不够用时，就不能全面地感觉事物。
大脑对信息的处理加工，在同一时间内也是有限的。尽管在同一时间内，人可以做几件事，例如思考问题时轻敲手指，开车时说话，绘画时唱歌等等，可以看作大脑有两个或两个以上并列而分开来的加工器。思考问题时轻敲手指就是由于轻敲手指的控制系统与思维的控制系统是基本分开的，它们之间的干扰较小。虽然司机在开车时可以与同伴说话，但当进入一个困难的行车条件时，司机倾向于把与同伴的谈话放慢或者停顿下来。这充分说明大脑尽管有两个或两个以上并列而分开的加工器，在同一时间内加工器工作的数目是一定的，即反映心理活动的或人体对信息加工处理的人体行为如说话、动作的数量与力度是有限的。全面了解心理活动，就要全面了解监督加工器和加工器的所有工作状态，即注意力和大脑的工作，他在关注着所有的什么、在想所有的什么、在做所有的什么和在说什么。
通过了解高级神经活动的基本过程兴奋和抑制，高级神经活动的基本规律兴奋、抑制的扩散与集中和兴奋、抑制的相互诱导，以及关于注意概念的学习，可以从宏观上推断出，注意具有有限的变化流量特性，注意力的强弱代表当时兴奋的神经元的数目多少与正在兴奋的神经元的发放频率的大小。因为注意产生于感觉。人与人之间，自己的各个时间阶段的注意力都不一定相同，如张三与李四的注意力，张三刚睡醒、在工作中、疲劳时、准备睡眠时的注意力都不一样。人在睡眠时几乎没有注意力。优势原则表明当兴奋强度与自身的承受能力相匹配时，兴奋区域小，则抑制区域大，因为大脑皮层的整个区域是一定的。如果增大兴奋区域则对事物的关注程度会降低，也会减少抑制区域，如同时与两个人谈论不同的复杂问题，很难有较圆满的回答。如果增加兴奋强度，则超出自身承受能力，会转移兴奋区域，这样兴奋区域的兴奋不易持久，如作引体向上。如果减小兴奋区域，又会引发其它的兴奋区域，如走路时交谈。在睡眠时大脑皮层几乎都是抑制区域，在觉醒时抑制区域是由兴奋区域决定的，它处在没有兴奋的区域。抑制活动的强弱和区域的大小决定着人体能量的消耗与能量的吸收，因为抑制活动对大脑工作能力的恢复、控制植物性神经的活动有重要作用。因此，在觉醒状态下，要想在一段时间内，如半个小时的时间内，大脑皮层有一个相对稳定的、区域较大的抑制区域，来减少能量消耗、增加能量的吸收，就要选择兴奋区域，选择兴奋区域的标准是与自身的承受能力相匹配，基本上全部利用了当时兴奋的神经元，而且要保持该兴奋区域的位置基本不变，运动时引起的交感神经的兴奋，在运动停止后能较快地抑制，这也是积极性休息的标准。这样兴奋区域的稳定，注意力稳定，那么抑制区域也是相对稳定的，表现为动作的稳定、有节律、有些部位没有多余动作，如静坐钓鱼，因此大脑可以达到较好的积极性休息。
注意的流量特性从微观上讲，注意是若干个神经元的交替兴奋，这种兴奋是大脑能够感知到的，在睡眠时大脑是几乎不能感知的。觉醒时，大脑皮层有若干个兴奋区，每个兴奋区有若干个兴奋点，每个兴奋点由若干个神经元的兴奋组成。但是在每一时刻只有一个兴奋点，当这些兴奋点的依次转换而没有偏离其所在的兴奋区域时，那么这个兴奋区域便构成了优势兴奋中心。因此兴奋点是指某一时刻，而优势兴奋区域是指某一时间范围，在一段时间范围内优势兴奋区域可以是基本固定不变的，而兴奋点却时刻在变，如在大脑皮层有一个兴奋区域-打篮球，而运球、传球、投篮、抢蓝板、防守等兴奋点却时刻在变，但它们都是在打篮球这个范围内。
如果把人体看作一个完整系统，那么在相应时间内，系统的各个向量的状态就决定系统状态。所以，只要把握住系统的各个向量，就把握住了系统的状态。
人的心理主要是通过言语和行为表现出来的，因为言语和行为受心理的支配。言语和行为是一个人对所处情境的一种反应系统，它包括肌肉运动、腺体分泌、口头言语、表情等，它是由一系列反应动作所组成的。刺激引发人的行为往往不是直接的，而是通过人的心理为中介。
需要是机体对内部环境和外部生活条件的稳定要求，是赖以生存和发展的必要条件，需要有生理需要、安全需要、社交需要、尊重需要和自我实现的需要等五个层次。生理和安全需要在人类各种需要中具有最强的优势，当一个人为生理需要所控制时，其它一切需要均退居次要地位。生理需要有饮食、呼吸、睡眠、排泄等，是最基本的强烈的需要；安全需要是要求稳定安全、受到保护。因此生理需要就是新陈代谢的需要，安全需要就是自身不受伤害的需要。
情绪和情感是人对现实事物所抱态度的一种主观体验，它是大脑对客观事物与主体需要之间关系的反映。
由此可见，情绪与需要有关，需要是人体对内部环境和外部生活条件向稳定性强发展的要求，其最终目的是人体新陈代谢的稳定、有序。所以情绪实际上与新陈代谢有关。当然需要通过大脑的认知也影响新陈代谢、情绪。如在满足基本需要之后，就可以有稳定的情绪，但大脑又有更高的需要，其实尊重的需要、自我实现的需要只不过是新陈代谢的形式不同而矣，如住别墅有厨师佣人伺候的人与住平民区自己洗衣做饭的人、自由的人与住在监狱的人等它们主要差别在于新陈代谢的形式不同，人可以对新陈代谢形式的不同对比而产生情绪。显然人是要追求高层次的新陈代谢的形式，因为这样可以最大限度地满足自己随时变化的新陈代谢的需要。但需要取得超人的业绩让他人尊重自己，实现较高层次的新陈代谢形式，这样就要在体力、脑力上付出的更多一些，因为新陈代谢是体力、脑力劳动的能量来源，所以在不影响新陈代谢稳定的范围内，在奋斗过程中，情绪是比较稳定的，当新陈代谢的稳定受到影响或大脑意识到将要受到影响时，也产生情绪。所以当新陈代谢的稳定受到影响或大脑认知新陈代谢的形式与他人不同时都产生情绪。前者是实际存在的一时难以改变，后者是认知的，是可以在短时间改变的。
情绪与植物性神经系统的联系是十分密切的，人在情绪状态下表现出许多生理反应。在情绪的刺激作用下，通过自主神经系统的活动，广泛激活机体各器官和组织产生明显的超出常态生理节律的生理反应，自主神经系统的活动并非情绪产生的中枢机制，它的活动对情绪起着支持和延续作用。它由交感神经和副交感神经两个分支系统构成，控制和调节内脏器官的活动。在愤怒、恐惧等情况下，交感神经兴奋，促进糖元分解、促进肾上腺素分泌，导致机体代谢加剧以动员储备能量释放，提高机体的适应能力，应付环境的紧急变化。在不同的情绪状态下，呼吸系统、消化系统、循环系统、腺体以及内分泌活动都有相应的变化。平静状态下，呼吸为每分钟20次，愤怒时，呼吸为每分钟40次。笑时呼气快，吸气慢，惊讶时吸气约是呼气的三倍。平静时，心跳正常，血管舒张；愤怒或恐惧时，心跳加速，血管收缩，血压升高，血糖增加。愉快时，消化液分泌增加，胃肠道蠕动加强，因而食欲旺盛；焦虑和悲伤时，消化系统的活动受到抑制，食欲减退。情绪状态不仅发生在外周性变化，也发生在中枢性变化。情绪发生时，大脑的活动用脑电扫描器显示有明显的变化。情绪是神经系统多级水平的活动，中枢部位越高，其调节功能越明显。大脑皮层是情绪的最高调节器，它控制着皮层下中枢的活动。现代研究一般支持这样一种观点，即情绪为三种因素所制约环境影响、生理状态和认知过程。其中认知因素在情绪的产生中起关键性作用。无论积极性的与消极性的的情绪，都不如处于安静状态时对身体有建设性意义的恢复作用。情绪是由需要产生的，以新陈代谢的紊乱或扰动为结果的。
人积极要求改变现实，并通过行动去反作用于外部世界的心理因素，构成了人类心理过程的另一个重要方面意志过程。它是和认知、情绪并存的一种重要的心理过程，是人类特有的心理因素，集中地体现了人类心理的自觉能动性。人的行动是由动作组成的，人生来就会吞咽、眨眼等动作，这类动作是不学而能的，是通过遗传获得的，是无意识的，即不随意运动。不随意运动不表现人的意志。走路、骑自行车、写字等各种操作机能是后天学会的，这类动作要受意识支配，称为随意运动。意志行动是通过一系列随意运动来实现的，随意运动是感受和效应过程组成的复杂的机能系统。通过返回传入效应器的肌腱运动会返回到大脑皮层运动分析器，因而主体能感受到运动的情况，并靠这种运动的反馈，不停地修正着运动以符合当前现实的要求。每一个动作的完成，在很大程度上依赖于来自效应器的返回传入，大脑皮层通过运动感受器接受返回传入以实现对运动过程的调节，即下一个动作中含有前一个动作完成后效应器的返回传入信息。大脑皮层分析器可以把复杂的动作分解为许多细小的成分，并把它综合为各种不同的混合，使人体的运动达到巨大的多样性和精确性。此外，词语是全部高级神经活动中随意运动的高级调节者，它在人的意志行动中起着重要主导作用，大脑左半球言语中枢是意志的控制部位。
意志是意识能动性的集中体现。意志依赖于认知，更深一步的认知需要意志的努力。积极与消极情绪是意志的动力与阻力，意志可以调节控制情绪，认知过程本身不具有控制情绪的作用，对消极情绪的抑制是由意志来完成的。通过认识理解到行动的重要性，通过意志努力抑制消极情绪，坚持通向目的的行动。理智战胜消极情绪的关键在于能否发挥第二信号系统的高度的调节作用。意志坚强的人可以克服和消除各种消极情绪的干扰，使情绪服从理智，把意志行动进行到底，而意志薄弱者，往往被消极情绪所左右，使意志行动无法进行到底。这是心理学中关于意志、认知、情绪的关系，其没有从数学的角度作定量的阐述。从人体完整控制系统的角度而言，人体由输入、系统、输出、能源等部分组成，输入部分相当于通过注意选择感受器上的感受信息，系统部分相当于中枢神经系统，输出部分相当于肌肉运动，能源部分相当于新陈代谢的产生能量，系统对输入的响应产生认知过程，系统对输出的控制产生意志过程，系统对能源的研判产生情绪过程。人体的注意是有限的，肌肉运动是有限的，能量供应是有限的。而注意的来源于体内变化与外部环境的变化，所以当体内变化接近于能量付出或运动变化的最大值时，注意就会几乎全部集中于人体本身。即在每一时刻人体的运动几乎用尽其全部的运动单位或能量，则可以引起对自身注意的集中，当然采用用尽能量的方法是不易持久的，而采用用尽运动单位的方法，在相对代谢率小的条件下是易于持久的。利用这个原理就可以解释意志、认知、情绪的关系。意志是通过运动系统来实现的，肌肉是由运动单位组成的，而运动单位的运动神经元是中枢神经系统的最后公路，中枢神经系统对注意的响应产生认知，所以意志依赖于认知。意志活动通过反馈联系到输入，引起注意传到系统产生认知活动随着意志的努力即多次动作的反馈，从而加强了系统对意志过程的认知，因此说更深一步的认知需要意志的努力。积极的情绪是意志的动力，是因为通过认知的研判有利于自身的能量供给或提高新陈代谢的形式，会使人的行动有了动力，虽然情绪状态是一种紊乱，随情绪的强度不同而紊乱程度不同，但微弱的积极的情绪如恬静、愉悦紊乱程度不大，又是行动的动力，关键是利于集中注意使这种状态易于持续，有利于运动的有序。而正在认知或预期自身的生理需要、安全需要或新陈代谢的形式不利于自身时，行动便失去了动力，表现为这样不行，那样不可等的动作紊乱现象，动作的紊乱实质是反射次数的增多，将增加骨骼肌的收缩次数、中间神经元的参与数目，从而加大不必要的能量消耗，并有可能使新陈代谢的功能受到影响，所以消极情绪这时就成为意志的阻力。意志与情绪均需要经历感觉注意、认知，相当于从输入到系统处理的顺序，而后才产生意志与情绪，是通过认知产生的。二者可以同时产生，也可互为先后，它们可看做是一次反射的效应过程，情绪可以不产生，意志活动则一定产生，如伸手拿笔写字，走路等都可在没有情绪的情况下进行。情绪的产生要通过具体的骨骼肌紊乱运动来体现，如吹胡子瞪眼、敲桌子摔板凳、咬牙切齿、手舞足蹈等，骨骼肌的紊乱表明交感神经的紊乱，从而影响付交感神经的功能，严重时引起内脏活动的紊乱，通过反馈将体内紊乱的信息传到输入，从而使消极情绪的延续而不利于自身的健康。而意志活动也需要用骨骼肌来体现，在吹胡子瞪眼、敲桌子摔板凳时，就不可能有其它的言语肢体活动，而延续这紊乱的动作是无意义的，通过认知理解到这些，就要抑制消极情绪的发作，通过骨骼肌的最大限度的意志活动占据着情绪的效应器，从而限制了消极情绪的效应，切断了消极情绪的反馈，不支持消极情绪的延续。这就是说，意志坚强的人可以克服和消除各种消极情绪的干扰，使情绪服从于理智，把意志行动进行到底，认知过程本身不具有控制情绪的作用，消极情绪的抑制是通过意志来完成，通过认知理解到行动的重要性，通过意志努力抑制消极情绪，关键在于能是否发挥第二信号系统的调节作用。意志坚强和把意志活动进行到底以及第二信号系统的参与，都是指在单位时间内使更多的运动神经元或接近于能够参与运动的最大数目参与一种运动并持久地进行下去，也是能够引起足够注意的参与运动的运动单位数目的最小值。因为注意来源于体内刺激与外界刺激，当外界刺激基本不变时，体内刺激决定注意，如果参与运动的运动单位数目较少，则该运动就不能引起足够的注意，根据注意的流量特性和有限原则，注意的剩余部分就会关注其它地方，不能体现为注意集中，如骑自行车；而参与运动的运动单位数目过大，接近于人体在单位时间内参与不同运动的运动单位数目的极限值，可引起足够的注意，由于能量消耗很大，则不易维持一定的时间，如引体向上、冲刺跑，因此在单位时间内针对不同运动，存在一个能够引起足够注意的运动单位数目的匹配值。这个匹配值大于不能引起足够注意的参与运动的运动单位数目，小于单位时间内能够参与运动的运动单位数目的最大值。骨骼肌运动的一致性强，表明意志坚定，意志是通过认知决定的，所以认知过程是稳定的，即随意运动熵小表明中枢神经或系统的稳定。意志的坚定、运动的有序，即输出的有序通过反馈传到输入部分成为输入的一部分，那么注意是否集中在输出上呢？回答是肯定的。因为注意是有限的，如果还关注其它不相关的事物必然引起相应的效应，从而影响运动的有序性。运动的有序表明人体运动状态的各个向量的有序，这种状态一段时间的持续表明十分接近于单位时间内能运动的最大值，注意的来源是体内和外界的，如果人体运动付出的是运动的极限值，则必然引起注意集中于此。所以意志坚定、运动有序、随意运动熵小表明注意集中、认知过程稳定。情绪可以看做是对能量的感知或预期，情绪由需要产生，需要就是生理需要，为自身提供生存的能量需要，是新陈代谢的需要，高层次的需要是新陈代谢层次的提高。而意志坚定、随意运动熵小表明自身的有能量能够支持这种状态，能量充足可以选择相对代谢率大的运动，能量不十分充足可以选择相对代谢率小的运动，所以情绪是稳定的。
注意的基本作用在于选择信息，使之处于心理活动的中心，以便被有效的记录、加工和处理。注意的集中是具有中等强度的兴奋灶，而由于人体每天当中的机能状态不一样，与体质的差异，所以中等强度的兴奋灶是相对的。随意运动熵小表明注意集中，在不影响自身植物神经功能的条件下，熵值增加一点也表明集中，也可以表明注意的不集中，但注意不集中肯定是高熵运动，而随意运动熵小肯定是注意集中的，因此随意运动熵小在心理学上表明有注意集中、意志坚定、情绪稳定、认知稳定等心理正常健康的要素和新陈代谢正常的生理要素，所以坚持随意运动熵小的运动可以使心理、生理活动处于正常健康的状态。
实现本实用新型的优点分为器械部分和理论部分。理论部分的优点在于，以随机振动或相关函数的分析和数理统计的方法，阐述了生理学的新陈代谢、心理学的注意、认知、情绪、意志、意识、体育运动学的生物力学、导引养生运动等活动的内在的联系，综合了它们共性的东西，得出了关于人体运动的数学分析方法。这里人体运动的数学分析的目标是运动神经元，不仅是指控制四肢、躯体运动的运动神经元，还包括控制人体第二信号系统词的言语等活动的运动神经元，如控制舌、喉头等活动的运动神经元。这样通过对运动神经元的数学分析，可以揭示一些人体运动规律的本质，从而实现了将信息论、控制论、系统论与人体生理学、心理学的有机结合，达到了将它们统一起来的目的。从生理学上分析，新陈代谢是一种时刻不停的流量状态，觉醒工作时交感神经兴奋占优，异化作用占优，睡眠休息时副交感神经兴奋占优，同化作用占优。只有保持同化作用与异化作用的平衡，新陈代谢才能正常进行。新陈代谢虽然也体现为能量代谢，但并不是能量消耗少，就利于人体正常的生命活动。对于不同的人或对于自身不同的身体状态，过多或过少的能量消耗，都不利于人体正常的生命活动。只有根据具体情况选择适于自身的能量消耗或补充，即维持同化作用与异化作用的平衡，才能利于自身正常的生命活动。从能量代谢而言，在食物、环境、体温等因素不变的条件下，肌肉运动对能量代谢有很大的影响，因此通过意识控制了骨骼肌的运动，也就控制了对人体新陈代谢的影响。从心理学的角度而言，注意是人在觉醒状态下对感受器的反应，时刻不停地进行，也具有流量特性。人体在觉醒的每一时刻，由于支持注意的神经元是有限的，并且是小于全部神经元数目的，针对不同目标支持注意的神经元的有限值也不一样。那么在一段时间内，了解了在任一时刻支持注意的神经元与支持运动的运动神经元的位置、数目、发放频率等也就相当于了解了人体巨系统的全部输入和输出，也了解了在这段时间人体在想什么与干什么。虽然没有了解全部的神经元的活动，由于任一时刻人体神经元兴奋的最大值以被了解，其余部分均按抑制处理，如引体向上、百米冲刺、专心钓鱼等。这样对人体在某一时刻神经元兴奋最大数目的分析，同样可以对人体运动的有序程度进行度量。
情绪是正在感知或预期的新陈代谢的紊乱状态，不同的情绪表明紊乱程度的不同。无论积极性情绪，还是消极性情绪，均不对人体有建设和恢复意义。意识是心理活动的高级阶段，意识来源于社会实践活动，意识的紊乱可导致新陈代谢的紊乱，意识的有序活动有利于新陈代谢的正常进行，意识的有序程度与新陈代谢的正常进行有一定的阀值关系。意识是在言语基础上产生的，言语是一种马尔可夫信源，因此意识活动也是一种马尔可夫信源，意识控制的骨骼肌的运动也是一种马尔可夫信源，所以言语、意识、骨骼肌的运动是可以用信息论的方法进行度量的。
将人体从生理学上的八个系统为了便于人体运动的数学分析分为四个部分，它们与心理过程的对应关系是，输出部分主要涉及意志过程，输入部分和系统主要涉及注意、认知过程，能量供给部分主要涉及情绪过程。人体的基本行为是为了满足现在或将来的新陈代谢的需要，情绪是自身正在感知的和对将来的预期，自身认为新陈代谢的层次越高越好，但无论层次的高低，只要能正常进行，实现同化作用与异化作用的流量平衡生命活动就能正常进行。并不是新陈代谢的层次越高，生命活动就一定正常，层次越低生命活动就一定不正常，如亿万富豪与工薪阶层。人体运动的有序支持新陈代谢的正常进行，无论身体是在强壮时期，还是在虚弱时期，只有新陈代谢的正常进行，才能保证生命活动的正常进行，生命活动的正常进行就是生、老、病、死的生命历程接近与理论值。人体运动在虚弱时期有序的成分相对少一些，在强壮时期有序的成分相对多一些，所以在虚弱时期应尽量延长有序运动的时间，来增加有序运动的成分，利于新陈代谢的正常进行。
器械部分的优点在于，采用了前轮驱动变速和后轮驱动变速，可方便地根据外界条件和体力情况调节，选择合适的驱动速度，调节体力减少疲劳感，利于保持动作的一致性，以及相对代谢率的稳定，从而减少随意运动熵；手柄在前轮曲柄上的固定位置连续可调，利于选择合适的位置，可以对骑行控制的稳定效果进行调节，固定手柄的螺丝带有扳手，可手动调节，方便易行，前轮曲柄末端有一橡皮球可预防手柄的意外脱落，并起到一定的保护作用。


图1是本实用新型的结构示意图。
图2是前轮曲柄和手柄的结构示意图。
图3是人体完整控制系统与随意运动熵小的导引自行车的信息加工过程的方块图。
图1中1.橡皮球 2.前轮曲柄 3.手动支架 4.前轮变速控制器 5.车架 6.车座 7.装有抱闸的3级内变速前轮轴部件 8.装有脚闸的3级变速后轮轴部件 25.手柄图2中1.橡皮球 2.前轮曲柄 21.带扳手的螺丝 22.套管 23.手摇轴 24.刻度 25.手柄图3中31.外界刺激输入 32.输入部分 33.对输入部分的能量输入及内部感受的输入 34.新陈代谢物的排泄 35.食物、水、氧气等外界营养物质的输入 36.新陈代谢的能源部分 37.对神经系统的能量输入 38.对输出部分的能量输入 39.帮助新陈代谢营养物质的输入 40.输出部分 42.经注意选择后向系统的输入 43.系统 44.经系统加工处理后的输出 45.输出部分的反馈 46.器械效应的反馈 47.输出部分对器械的控制信息 48.输出部分的其它输出 49.随意运动熵小的导引自行车 50.器械的其它输出具体实施方式
在图中，车架(5)的车把立管倾角要小，这样可使行使的稳定性增加，又利于增加手动支架(3)的调整范围，根据不同的身材进行调整至使上身正直地坐在宽大的车座(6)上，可选用电动自行车的宽大车座且在鞍管内有弹簧利于臀部舒适地端坐。前轮曲柄(2)为圆柱形，手柄(25)安装在手摇轴(23)上，手摇轴通过套管套在前轮曲柄上，由带扳手的螺丝(21)手动固定，前轮曲柄上有刻度(24)，在调整左、右手柄位置时，使尺度一致，橡皮球(1)固定在前轮曲柄末端。前轮轴为装有抱闸的3级内变速前轮轴部件(7)，变速控制器固定在左车把上，后轮轴为装有脚闸的3级变速后轮轴部件(8)，是在3级变速后轴部件装进脚闸的结构，其变速控制器固定在右车把上。手动支架固定在前轮轴与车把立管上。
通过图3的方块图可以看出，人体完整控制系统的输入部分(32)在生理学主要涉及感受器、传入神经等，在心理学上主要与注意有关；系统(43)主要涉及中枢神经系统、大脑等；输出部分(40)主要涉及运动系统、内脏运动等；能源部分(36)主要涉及与新陈代谢有关的系统。系统与对输入部分的反应体现为认知过程；系统对输出部分的控制体现为意志过程；系统对能源流量特性研判体现为情绪过程。在骑随意运动熵小的导引自行车时，骨骼肌的运动控制着车子，与骑自行车相比，由于上肢在控制行车方向的同时又要兼顾驱动前轮的运动，所以在同时转动脚蹬、手柄一周为一周期的运动中，相应地比骑自行车转动脚蹬一周的运动，参与的运动单位数目显著增加，更接近于引起足够注意的匹配值，因为少量的运动单位参与的运动，并不能引起足够的注意，如骑自行车时许多动作是自发地做出的，并没有引起足够的注意或全部的注意力，人们常常一边骑车一边聊天、看风景、甚至一边想心事，这时在道路上出现情况时才很快引起足够的注意。这就是说，骑自行车对大脑皮层而言，是一个强度较小的刺激，相应地增加参与运动的运动单位会使刺激强度增大，更加接近于中等强度的刺激而使注意集中，随意运动熵小的导引自行车运动就是向着这个方向设计的。也就是说，输出部分对器械的控制信息量(47)大于对自行车的控制信息量，器械效应的反馈(46)的信息量也大于自行车效应的反馈信息量，这里器械是指随意运动熵小的导引自行车。这样使得输出部分的其它输出(48)小于骑自行车时输出部分的其它输出，经注意选择后向系统的输入(42)的信息中，器械效应的反馈成份大于自行车效应的反馈成份，从而使得人体完整控制系统的输入部分、系统、输出部分投入于随意运动熵小的导引自行车运动的成份较自行车运动增加了，且能量消耗没有显著增加。如果参与运动的运动单位接近人体的极限，由于能量消耗很大，即便在大脑皮层形成很强的刺激，也不易使注意集中时间延长。
理论部分解释，人体的能量消耗具有是有限的又不能停止的流量特性，运动神经元参与运动的数目及发放频率是有限的，注意力是有限的但又不能停止的流量特性，中枢神经系统处理信息的能力是有限的。所以为了保证新陈代谢的流量平衡，要以骨骼肌运动的有序为条件，其运动的有序表明系统处理信息能力的稳定。而注意力是有限的，通过注意选择的信息处于意识活动的中心，则必然产生相应的效应，如果运动有序则表明注意有序，所以运动的有序表现为周期性或有规律的变化，而注意的有序表明注意的集中，也就是说相当于输入部分的支持注意的传入神经元也呈现为周期性或有规律的变化。参与同一运动的运动单位多，则利于运动的有序，否则根据新陈代谢、注意力的流量特性，不参与同一运动的剩余运动单位由剩余注意力驱动参与其它运动，影响运动的有序程度。用力量为主支持的有序运动，能量消耗较大，难于持久；以信息型支持的有序运动虽然相对代谢率低，但一般难于控制。随意运动熵小的导引自行车正是提供了以信息支持为主有序运动的一种器械，其通过运动的反馈到输入部分引起注意的信息量要大于骑自行车时的反馈信息量，所以在运动的有序性、注意力的集中程度较骑自行车都有所提高。
关于中外一些传统的健身养生方法对人体产生良好效应的解释，如打坐、瑜伽、五禽戏等。在佛家的打坐练习中，要求身体盘腿打坐，结手印，口念真言，这实际上是大脑有意识对几乎全部神经元的活动进行控制，并使之有序。因为，人体在觉醒时，针对不同的运动，每一时刻参与的神经元的数目是不同的，而且是小于全体神经元数目的一个有限值。在每一时刻对身体的姿势、手的形状、言语的内容字或词进行统一有序的控制，就几乎控制了在这个时刻所有能参与活动的神经元，也就是说，决定该神经网络模型在T时刻的状态是由所建神经模型中所有处理单元的活跃值AI(T)所组成的状态向量所决定的，AI(T)＝[A1(T)，A2(T)，A3(T)，……，AN(T)]。如果只是要求盘腿打坐，而无手的形状、言语的固定要求，那么这种状态只能对在这一时刻能参与活动的神经元的一部分进行有序控制，而参与手的抓耳挠腮的神经元，参与大脑的胡思乱想的舌、喉头活动的神经元，都是无序的，显然这种运动不是有序的。以口念真言“阿弥陀佛”为例，念5遍呼吸一次，那么在一个周期中，身体姿势不动，手的形状不变，言语是口念或默念5遍阿弥陀佛，呼吸一次，如果每个周期为10秒钟，进行30分钟为1800秒钟，有180个周期，若每个周期的随意运动都相同，那么在30分钟内，是一个状态，随意运动熵为零，表明这种运动是一种最有序的运动。由于坐着的相对代谢率为零；所有其能量消耗也是小的，这就是低消耗保持随意运动熵小的原理。在消耗能量较小的情况下，对人体几乎全部的输出进行了控制，并使之有序，输入部分通过反馈联系也几乎全部感受的是自身的身体姿势、手的形状、言语的内容等信息，这样输入也是稳定有序的，所以系统也稳定有序的，因而新陈代谢是正常进行的，从而利于身体虚弱、神经衰弱者的快速康复。而静坐配合腹式呼吸是将全部注意力集中于小肠、大肠等下腹部位，感觉它们的微妙变化，如果呼吸频率在每分钟2-10次之间，那么这种悠长的节奏是与消化管的蠕动基本频率相吻合，为引起消化管蠕动的共振创造条件，从而加强其蠕动来增强同化作用。这种运动的宏观分析，在每个周期中，静坐姿势不动表明骨骼肌的时相基本相同，全部注意力在小肠、大肠的变化感觉上表明第二随意肌的时相基本相同，空气新鲜利于深长呼吸，呼吸频率为每分钟2次，以呼吸周期作为人体运动的周期，由于这种运动的相对代谢率接近于零，所以内脏肌的运动的时相也是基本相同的，故在每个周期中，人体的运动状态是基本一致的。从微观上讲，在每个周期中，每个神经元的运动时相也是基本相同的，即决定神经网络在T时刻的状态是由所组成的所有神经元的状态向量所决定的，如果这种运动进行2小时，那么在此期间，人体的运动状态是一个，其随意运动熵为零，这样就是一个相对代谢率为零、人体随意运动熵为零的随意运动，即低消耗、低运动熵的运动，也就是说，以最小的能量消耗来保证生命活动正常的方法，也符合维持系统的有序要消耗能量的耗散结构理论，所以这种运动非常适合于身体虚弱、神经系统紊乱的神经症患者以及过度疲劳者的康复锻炼，也就是从理论上讲，这种运动是保证新陈代谢正常进行而消耗能量最小的方法。因此使运动有序的条件是从宏观上在骨骼肌运动、内脏肌运动和第二随意肌运动三方面来分析，其中第二随意肌的运动涉及思维、心理活动、意识活动等人体第二信号系统的状态变化，一般而言是不易控制的，所以只有从参与其活动的神经元的数目来进行控制，也就是在每一时刻，了解了其全部能参与活动的神经元的状态，也就了解了人体第二信号系统的状态。人在骑自行车时，并不能保证心理活动的基本专一，会与人交谈、胡思乱想等人体第二信号系统状态的不一致的现象，也就是说人在骑自行车时，按照脚蹬一圈或呼吸一次为一个周期计算，一个周期中的部分骨骼肌的运动是周期的，而其它骨骼肌、内脏肌和第二随意肌的运动都不是周期运动，因此每个周期并不是同一状态，而是增加了人体随意运动的状态，这样人体的随意运动熵并不是趋于零的一个极小值。而随意运动熵小的导引自行车运动，与骑自行车相比，在每个周期中增加了参与运动的神经元，并接近于引起注意集中的匹配值，在每个运动周期，人体第二信号系统的活动几乎是一致的保持稳定，这时即使有一些无意义的额外刺激，也不会影响人体第二信号系统的状态，显然这种运动会加强其抗干扰能力，而确保动作的稳定性与一致性，从而实现了随意运动熵小的目的。
关于通过运动强身健体的导引锻炼方法，我国已有很久的历史，早在《庄子》中就有“吹嘘呼吸，吐故纳新，熊经鸟伸，为寿而矣。此导引之法，……。”的记载，后汉名医华佗，他把“熊经鸟伸”的导引运动发展为“五禽戏”。据《后汉书-方术传》载，华佗对五禽戏解释说“人体欲得劳动，但不当使其极尔，动摇则谷气消，血脉流通，百病不生，譬如户枢，终不朽也。为导引之事，熊颈鸱顾，引挽腰体，动诸关节，以求难老。”，晋朝的李颐在《庄子集解》中说“导气令和，引体令柔。”，唐代的王冰在《补黄帝内经素问》中说“导引，谓摇筋骨，动肢体。”。后人根据上述关于导引的学说，创编了太极拳等运动，太极拳具有保持松静状态，运用腹式呼吸，动作缓慢柔和等特点，太极拳的每一动作圆柔连贯，每一式都绵绵不断，好像一个完整的圈，犹如太极图故名。而随意运动熵小的导引自行车运动，充分体现了导引运动的特点，有些地方几乎达到了完全接近理论的理想化，如妙手一招一太极，本运动就是通过上肢与下肢同时转动一圈为一基本动作单位。可以想象两手柄为一阴阳鱼的双眼，两脚蹬为一阴阳鱼的双眼，在运动中转动太极图，来达到脚踩阴阳，手推太极的要求。但是中国古代的导引养生学说，只是形式上的解释，没有说明其真正的本质，本实用新型由于采用了人体完整控制系统的学说，在对导引养生学说的基础上，更进一步地指出了其本质。在动作上，既体现了导引的特点，又符合人体运动的生理、心理活动规律。
肠胃平滑肌的生物电活动有两种，一为自发的具有节律性的去极化波，这是缓慢的电位活动，称为慢波；又一为重叠于慢波上的锋形波，也就是动作电位。慢波的波幅和频率随部位而异，如胃窦部的慢波频率约为每分钟3次，在十二指肠的奥迪氏括约肌附近约为每分钟11次，在回肠则约为每分钟8次。慢波并不引起平滑肌的收缩活动，当平滑肌受到刺激，慢波上重叠出现动作电位时才能引起肌肉收缩，动作电位数较多时，肌肉收缩幅度较大，至于慢波上重叠出现动作电位并引起肌肉收缩，那就决定于各方面因素的代数和，包括肌肉的、神经的和激素的兴奋性及抑制性因素。这种慢波被认为是肠胃运动的基本控制系统。胃的蠕动频率约为每分钟3-4次。分节运动是小肠有节律的运动，分节的频率受奥迪氏括约肌附近的十二指肠纵行肌慢波频率的控制，十二指肠的频率最高约为每分钟12-16次，回肠次之，回肠末端约为每分钟6-8次，结肠具有类似小肠的环状分节收缩，但其频率较慢约为每分钟2-3次。所以决定同化作用强弱的肠胃蠕动的波幅是以为每分钟2-16次的频率基础上进行的。而本实用新型在骑行时四肢的运动周期为2-10秒钟，其频率为每分钟6-30次，因此可以根据需要选择运动频率在每分钟6-16次，为产生共振加强肠胃蠕动提供条件，从而加强同化作用。由于骑行速度缓慢，因此能量消耗不大，适于体弱者。
具体要求如下，头颈，虚领顶劲，保持头颈的自然竖直，自然向上虚顶，下颌微收，使颈椎松竖，引拔脊柱节节松开，上下一线。胸背，含胸拔背，尽量使胸部肌肉自然松弛，背部肌肉随两臂的伸展动作自然的舒展。腰臀，臀部松垂内敛平稳地坐在车座上，使腰骶保持自然中正的状态，这样易于空心实腹，使呼吸下沉，易于形成腹式呼吸，从而使呼吸细、匀、深、长，自然地与动作的屈伸升降结合起来。上肢，沉肩垂肘，肩关节肘关节放松，虚腋，使肘不贴肋，手臂在动作时，留有回旋的余地避免出现死弯或使动作中断，腕的旋转要与肩肘协调一致，在握紧手柄的同时应随着肩肘的动作和手柄的升降缠绕柔和屈伸旋转，从而体现出势断劲不断，劲停意不停的特点要求。下肢，虚实分明。动作要求柔和缓慢，纯任自然，气贯四梢，随动作的阴阳虚实而起攒落翻，左右运转，升降开合，上下贯通。突出了呼吸结合动作的导引之术，车动生意，以意引动，以动引气，以气助动，气尽而式成，式停而车不停，连绵不断，如此周而复始，循环往复。从而使每个周期的大脑活动、躯体运动、呼吸运动统一起来。
从左手位于前轮中轴的正前方，右手位于前轮中轴的正后方，左脚位于后轮中轴的正前方，右脚位于后轮中轴的正后方开始向前转动并吸气，左手经前轮中轴下方至其正后方，右手经前轮中轴上方至其正前方，左脚经后轮中轴下方至其正后方，右脚经后轮中轴上方至其正前方，吸气完毕，为时相1；继续转动并开始呼气，左手经前轮中轴上方至其正前方，右手经前轮中轴下方至其正后方，左脚经后轮中轴上方至其正前方，右脚经后轮中轴下方至其正后方，呼气完毕，为时相2。时相1和时相2组成一个动作周期。由于手柄、脚蹬的圆周运动，使得每个周期的动作都极其相似，可用随机变量的相关性进行分析。这是指每个周期的动作都基本完全相似，即所有运动神经元兴奋的发放频率、相位、参与数目等。这里还包括控制第二随意肌活动的运动神经元，第二随意肌是指舌、喉头、面部肌肉等，它参与人体的第二信号系统活动，如言语、思维等心理活动。在时相1和时相2都要出现一次控制盲点区域，这时注意力几乎是全部集中的，大脑就要进行感觉、判断自身的平衡，进行重心调整，到了最佳控制区域，进行方向调整。每个周期都是如此，按照每个周期是一个运动状态，由于较自行车运动每个周期增加了能引起注意集中到匹配值的参与运动的神经元，所以每个周期的运动状态都是几乎一致的，那么每个周期的时间为4秒钟，骑行20分钟，共有300个动作，如果完全一致，其随意运动熵H(X1)为0。因为H(X1)＝log1＝0Log表示是以2为底的对数所以运动最为有序，这只是一个理论值。在实际骑行过程中，可能有上车，刹闸、下车、转一个大弯等动作，另外每个骑行动作也不可能完全一致，按实际动作与理论动作相关性的随机振动分析方法，只能计算出动作的相似程度，如90％的动作相似，那么H(X2)＝-0,9log0.9-0.1log0.1＝0.196比特/动作序列也是一个较小的值。
在骑行时，双手摇动手柄不仅具有驱动前轮的作用，而且还有控制行车方向的作用。以手柄的左右运动为X轴的运动方向，上下运动为Y轴的运动方向，正前后运动为Z轴运动方向，进行三维立体分析。当前轮曲柄与地面垂直时，手柄在X轴方向左右运动不能转动行车方向，在Y轴方向上下运动也不能转动行车方向，在Z轴方向前后运动是进行曲柄的正转或反转与行车方向无关，因此在这个位置是一个控制盲点。相当于骑自行车时的双手离把，显然双手离把要比双手扶把骑车注意力要集中，可以说几乎全部注意力都集中在骑车上。因此对于随意运动熵小的导引自行车运动，假设地面与水平平行、与Y轴垂直，在前轮曲柄运行至与地面垂直时，人体要集中几乎全部注意力的。这时支持人体注意的几乎全部神经元都在为一个运动目的而兴奋和抑制。而且在每个周期的控制盲点，注意力的集中目标是几乎一样的，也就是说，在每个周期的控制盲点处，所有的神经元的兴奋与抑制程度是几乎一样的，它们所负载的信息是几乎一样的。当前轮曲柄与Z轴平行时，行车方向是手柄控制前轮曲柄实现的，在X轴方向的左右运动可以转动行车方向，因此在这个位置是对行车方向进行控制的最有效位置，这时基本上相当于骑自行车的控制效果。而当前轮曲柄与地面有一定夹角时，如45度时，这时由于前轮曲柄的空间位置不稳定，在Z轴方向的前后运动含有正转或反转的成份，只有前轮曲柄与人体垂直，其空间位置才相对最稳定，此时可以用一些力量后拉、前推前轮曲柄，而不易改变正前方的行车前进方向。所以在手柄转动前轮曲柄一周的过程中，对行车方向的控制是有强弱变化的，从几乎没有控制能力逐渐到几乎相当于手扶车把的水平。假设在几乎没有控制方向的能力时，人体的注意力几乎是全部集中的，逐渐到相当于手扶车把的控制能力是有所放松的，人体的注意力在一个周期过程中要经历集中到逐渐放松、放松、逐渐集中的过程。人体的注意力放松时就会转向其它事物。如按2秒钟为一个周期，在一个周期要出现2个控制盲点，平均1秒钟出现1次，即每隔1秒钟注意力要集中1次。根据注意的特性，发生注意转移的时间为2秒钟左右，所以在2秒钟以内一般是不会发生注意的转移。而实际情况的控制盲点是一个区域，它几乎占一个周期的一半时间，这样发生注意转移的可能性就更小了。若一个周期为6-10秒钟，控制盲点区域为3-5秒钟，由于骑行缓慢，所以剩余的时间也注意去寻找维持控制骑行的平衡点，即在控制盲点区域要集中注意寻找平衡，在最佳控制区域进行控制动作，再加上呼吸配合等动作要求，从而几乎占据了所有的注意资源。由于手、脚在器械上有固定轨迹的转动，不仅使动作十分相似，而且由于转动惯性的作用，易于动作的连续进行，另外手柄有支撑上肢的作用，减少上肢徒手运动需克服重力的能量消耗。在控制盲点区域虽然上肢参与控制行车方向的运动单位会减少，但注意力集中在寻找平衡上；在控制区由于参与运动的运动单位数目接近于使注意集中的匹配值，而使注意集中，所以在一个运动周期中，注意是集中的，运动是有序的。
当与他人发生不愉快愤怒而生气后，由于在愤怒时会使呼吸加快、心跳加速、血压升高、血糖升高从而影响肠胃正常的蠕动，所以在生气后较长一段时间内总觉得不舒服，这种强烈情绪的后遗状态，叫心境。其实这种不舒服的感觉，是肠胃蠕动的异常的感觉，生气后有肚子气的鼓鼓的感觉就是这个原因。由于肠胃内神经分布稀疏，不是肠胃较为剧烈的异常变化，一般是感觉不到的，所以肠胃出现了剧烈的异常蠕动，而其本身的流变学特性是不会很快恢复的，就是说还会延续其异常的蠕动，同时肠胃的蠕动是不直接受大脑的控制，这时如果休息，由于肠胃的异常剧烈蠕动会引起大脑注意，引起条件反射，从而导致关于生气的认知过程，陷入了越气越想，越想越气的循环，因此休息、静坐是不行的。而选择打球、下棋等相对代谢率大的运动也不可行，因为有时的生气会气得人几乎筋疲力尽，剩余体力并不多，这时是没有多少剩余体力去支持体力、脑力消耗大的运动。生气后的心理过程是，情绪过程由于内脏的异常活动还在延续，如果成为刺激信号被认知，就不利于情绪过程的稳定；由于消耗较多的能量，认知过程的复杂活动受到影响，尽量减少认知活动时，由于肠胃蠕动的异常剧烈，很容易引起大脑的注意，导致越气越想、越想越气的循环。这时就体现为，情绪不稳定，意志不坚强，感觉不舒服，注意力不能在有意义的事情上集中等心理活动不健康正常的表现。而采取随意运动熵小的导引自行车运动，很快可使运动有序，有序的运动通过反馈成为认知过程的刺激信号，使注意力集中，由于其相对代谢率小，能量消耗不大，易于较长时间地坚持，如30分钟。而运动的频率为每分钟6-18次，与肠胃蠕动的慢波频率相符，由于有能提供产生共振效应的条件而可加强肠胃的蠕动，这样感觉会舒服一些。所以在30分钟的运动中有注意集中、意志坚定、感觉舒服、情绪稳定的特征，从而有了心理活动健康正常的表现和植物神经活动正常、新陈代谢正常的条件。
权利要求随意运动熵小的导引自行车，主要由车架、车把立管、车座、前轮、后轮、前轮轴、前飞轮、后轮轴、手动支架、前轮中轴、前闸、后闸、前轮曲柄、前链轮、链条、手摇轴、手柄、带扳手的螺丝等组成，手动支架固定在前轮轴与车把立管上，手动支架上有前轮中轴，前轮中轴上安装有前链轮和前轮曲柄，链条连接前链轮与前飞轮，其特征在于前轮轴为装有抱闸的3级变速轮轴部件；后轮轴为装有脚闸的3级变速轮轴部件；前轮曲柄为圆柱形，曲柄上有刻度；手摇轴通过与其连接的套管用带扳手的螺丝固定在前轮曲柄上，手柄安装在手摇轴上。
专利摘要随意运动熵小的导引自行车，器械部分是在自行车上增加了前轮驱动装置，前、后轮均有变速功能，手柄安装在手摇轴上，手摇轴与套管连接，用带扳手的螺丝固定在圆柱形的前轮曲柄上，手柄在前轮曲柄上连续可调。在理论上建立了由输入、输出、系统、能源等四部分构成的人体完整控制系统的信息加工过程模型，通过生理学与信息论的结合，可对人体信息进行度量，阐述了在随意运动熵小的条件下，增加相对代谢率或延长时间的运动才是促进新陈代谢的有效方法。这个观点可以解释一些心理过程，依此观点设计出一项有利于心理健康的随意运动熵小的导引自行车运动。
文档编号B62M1/00GK2700214SQ200320131359
公开日2005年5月18日 申请日期2003年12月30日 优先权日2003年12月30日
发明者于健明 申请人:于健明