生物控制论

我们知道，自动化工程控制系统能够在没有直接人工干预的情况下完成各种生产任务，这是由于其内部完善的通信和反馈控制机制。同样，世界上有数百万种生物。在长期的进化过程中，沿着从无序到有序、从低级到高级的发展路径，体内形成了复杂而精巧的自动调节系统，使生物能够在不断变化的竞争环境中生存和发展。自然界中的每一种生物都可以按照自己的方法适应自己的环境，就像最灵巧的自动机器一样。正是因为自动机器和生物都具有反馈控制的共性，人们才建立了一门全新的生物控制论前沿学科。其基本思想是根据控制论的思想和方法，研究信息在物体各部分之间以及人体与周围环境之间的传递、处理和自动调节规律，以及与生物医学相关的信息处理和控制问题。

生物的结构是多层次的，从亚细胞、细胞到器官和整体，每一层都有其特殊的调控方式。此外，地球上有数以百万计的生物，它们的控制和治疗方式非常不同。因此，生物控制论的研究范围极其广泛。它不仅服务于生物医学，而且有助于工程技术的发展。一方面，控制论可以用来解决生物学中的问题，为深入理解生物医学原理和解决生物医学中的实际问题提供新的方法和工具。另一方面，通过对奇异生物世界中各种生物控制和信息处理原理的研究，它反过来为新工程技术的设计提供了新的思路。人们在这两个领域都做了大量的工作。

在生物医学领域，非常需要跨学科的理论和研究方法，如控制论。由于生物系统的复杂性，它们中的大多数仍处于神秘阶段。例如，动物和人类的大脑系统是当前生物科学的主要研究课题。为了研究感觉信息加工的机制，探索学习和记忆的奥秘，我们必须研究这个系统。大脑和感觉器官具有很强的信息处理能力和灵活性。它们不断接收、传输、处理和存储信息，并向身体的各个部位发出相应的行动指令。据估计，人类大脑皮层中约有100 ~ 1000亿个神经细胞。这些细胞通常被称为神经元，是大脑信息处理的基本单位。每个神经元通过称为“突触”的树突通道接收来自成千上万个其他神经元的输入信号，并向许多其他神经元提供输出，因此神经元网络呈现锯齿状的三维分布。神经元通常有两种基本状态:兴奋和抑制，这是由神经元从突触接收的神经脉冲决定的。神经元传递的信号是在千分之一秒内完成的局部电位变化。当大脑皮层的神经元受到刺激并从外界携带相关信息时，信号通过神经元内外化学物质的作用从一个神经元传递到另一个神经元。最后，大脑中的相关神经细胞进行综合处理，将它们转化为所需的决策，并对外界的各种刺激做出反应。大脑确实是自然界中最先进、最复杂的信息处理和控制系统之一。

除了对人脑的研究，应用控制论解决生理问题也取得了重大进展。

我记得几年前一份外国报纸报道说“牛肉西红柿”是由基因工程培育的。这种新西红柿很硬，尝起来像牛肉。这份报告立即引起强烈反响，各国报纸纷纷转载。直到后来他们才知道这是愚人节的一个玩笑。如果有人在20年前编造了这样一个故事，恐怕没有人会相信。今天，甚至科学家也被“愚弄”了。这确实表明，基因工程的发展带来了一个新的曙光，以实现人们的愿望，控制和调节生物体的生长，并获得各种优秀的操作和植物。尤其是近年来在基因工程方面取得的一系列惊人成就，引起了世界各国的极大关注和广泛兴趣。

1982年，美国科学家将小鼠生长激素基因植入小鼠受精卵。结果，繁殖的老鼠长得非常大。它的照片被发表在各种杂志上，使这只“超级老鼠”成为轰动一时的动物明星。自然，人们立即认为，如果这项技术成功地应用于渔业和畜牧业，我们将能够获得“超级鱼”、“超级鸡”、“超级鸭”、“超级猪、牛和羊”，这些都是大的、快速生长的和便宜的。

同样，如果豆类的固氮基因通过类似的技术转移到水稻和小麦等作物的细胞中，那么每株植物都将成为一种小的“天然肥料植物”，并且在不施用化肥的情况下获得高产。如果抗病虫害的基因被移植到农作物中，就不需要喷洒杀虫剂来获得好收成。到那时，我们的环境将会更加美丽，我们的身体将会更加健康。