隨意運動熵小的導引自行車的製作方法

2023-05-20 11:55:06 5

專利名稱：隨意運動熵小的導引自行車的製作方法
技術領域：
本實用新型在器械上涉及一種在自行車上增加前輪驅動的雙輪驅動自行車，屬於通過四肢周期性旋轉作為以心理治療為主的運動理療器械；在用途上可以通過使隨意運動有序化來對心理活動起到積極性的控制作用而達到消除心理疲勞的作用。隨意運動有序表明隨意運動熵小；雙輪驅動自行車運動，是通過四肢配合呼吸的有意識的運動，可起到與中國古代的導引運動相同的作用，這是稱為導引自行車的含義，也就是說在騎自行車時增加了導引養生的功能。
背景技術：
隨意運動是指受大腦控制的運動，一般騎自行車時總有一些胡思亂想的成分，並不能保證意識與運動的專一。生理學的研究結果表明，注意力集中，意識活動專一，在大腦皮層可以形成一個優勢興奮中心，從而使大腦皮層的其它區域處於相對抑制狀態，這樣能使整個神經系統得到積極的休息，利於消除神經系統的疲勞和機體的恢復。雙輪驅動自行車運動就可以達到集中注意力的目的，但是從有關雙輪驅動自行車的專利資料中可以看出，設計者只是從如何使自行車騎行省力和加強上肢鍛鍊來考慮設計的，故在車把上方增加了一套驅動前輪的裝置，並沒有詳細地考慮到對心理活動的影響程度有多大。這種設計使手柄固定地安裝在曲柄上不易根據需要調整，在實際騎行中缺少對行進方向的有層次的有效控制和驅動的層次感。
從用途上來講，一般的運動理療器械是為人體健康服務的，而人體是一個非常複雜的巨系統，對人體的研究還處於局部階段，因此只有對人體加以完整地系統分析，從人體的心理、生理特性出發，才能設計出更加適合於心理與生理健康的運動器械。在當今人們需要付出全部的腦力與體力參與社會競爭時，所造成的心理疲勞是不易消除的，這種心理疲勞按照現在的神經系統的衛生保健原則，一般來說是不能起到有效的消除作用的。這種神經系統的保健原則指出神經系統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替換另一種活動。但是對於不易恢復的心理疲勞而言，消極休息時經常失眠，難以入睡；積極休息時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。由於現在對心理疲勞的康復缺乏一個完整系統的理論作為指導，因此有待於從心理學、生理學、資訊理論、系統論的領域進行深入的探討和研究，建立一個關於人體巨系統的學說來有效地指導心理疲勞的康復，從而能指導設計一種以心理治療為主的運動器械，通過運動它可以幫助人們在社會實踐活動中產生的心理疲勞快速消除。
首先從有關人體心理與生理的資料中加以分析。
在當今這個競爭激烈的社會裡，生活中大量應激因素波及社會上的各類人群，使人們生理緊張造成心理的不適，由這種不適應、不協調所激發的疾病，使人心情憂鬱，引起植物神經功能紊亂、新陳代謝和免疫功能異常，出現神經症、高血壓、潰瘍等心身疾病。在日益發達的信息社會裡，人類徵服物質性疾病的能力已極大提高，但是由於煩惱、恐懼、憂患、絕望等不良情緒造成的心理性疾病，卻在當今這個社會裡令人們束手無策。來自工作繁重勞動而產生的疲勞，在獲得充分睡眠或休息之後，大抵可以恢復；而煩惱、緊張和情緒紊亂才是造成疲勞的主要原因。因此，由一系列心理衛生問題引起的疾病已上升為嚴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系統而統一的理論，所以，心理治療面臨著極其複雜而艱巨的任務。
下面是一些心理性疾病的醫學分析，首先看關於神經衰弱的分析。神經衰弱是易於興奮和易於疲勞，並伴有軀體和神經症狀如頭疼、睡眠障礙為主要臨床特點的神經官能症。腦力勞動者發病率最高，要求特別嚴格高度準確和複雜性強，注意力高度集中的腦力工作，更易引起過度緊張。臨床表現為興奮性增高、衰弱性增高、植物神經功能障礙、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，往往微不足道的事情，即可引起強烈的情感反應。易於煩惱，情緒緊張，精神興奮，如在工作、學習和進行活動時或靜坐休息時，都可引起精神興奮，聯想很多，回憶很多難於抑制，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、學習不能持久，工作效率也明顯降低，精力不足，休息效率不高，即使在短時間內有足夠的休息時間如休息一天，也不能足以恢復其疲勞感。植物神經功能障礙是指消化系統機能失調，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識常常產生顧慮、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心，加重了大腦活動的持續緊張，從而形成了惡性循環。主要病理生理基礎是，大腦皮層內抑制過程的減弱，內抑制過程是人類種族發展和個體發生比興奮過程出現晚，因而是比較脆弱的較易於受到損害。內抑制過程有調節神經細胞對刺激反應速度和強度的能力，並能加強其恢復過程。內抑制過程被削弱時，神經細胞的興奮性便相對地增高，對外界刺激產生的反應強而迅速，而增加了神經系統細胞能量的大量消耗；另外由於抑制過程的減弱，又使神經細胞的恢復能力降低，因而造成了神經細胞能量的減少和衰竭性增高，可歸結為容易興奮，也容易衰竭。表現為精神萎靡不振、體乏無力，只是由於大腦皮層出現保護性抑制的結果。保護性抑制有防止皮層細胞過度消耗，而有利於促進神經細胞功能的恢復。大腦皮層功能的減弱，則調節控制皮層植物神經系統的功能減弱，可出現植物神經系統的功能相對紊亂。神經衰弱一向被認為是療程長、療效低、不好治的疾病。適當的體育鍛鍊、體力勞動均可增強中樞神經系統的張力，有助於調整高級神經活動的功能，可使神經衰弱病人有所改善。心理治療是本病最主要的最基本療法之一，它的原則是強調發揮病人的防病治病的主觀能動性。
神經官能症又稱神經症，其病因主要是精神因素和個性特點，不存在器質性病理基礎的一組精神障礙。臨床表現為急性和慢性。急性的是感到有一種說不出來的內心緊張、恐懼或難以忍受的不適感，運動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小時。慢性的是持續較久，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，植物神經功能紊亂，消化不良等。共同特徵是精神活動能力降低，帶有焦慮和煩惱或為各種軀體不適所苦。巴甫洛夫學派基於高級神經活動和實驗性神經官能症研究資料，提出基本神經過程即興奮和抑制過程的過度緊張導致高級神經活動的功能紊亂，從而產生神經官能症。如焦慮性神經官能症的病因機理是，大腦活動長期持續緊張狀態下發病，當機體內外各種不利因素引起神經活動過度緊張，由於大腦皮層內抑制弱化可引起皮層興奮性增強，而產生焦慮症狀及一系列植物神經機能紊亂。心理治療的總原則與治療神經衰弱相同。
綜上所述，有關心理疾病或心理疲勞的心理學共同表現為精神活動能力下降，解決和處理複雜問題的能力下降；精神性運動不安，意志不堅定；緊張、煩惱，情緒不穩定；胡思亂想，注意力不集中。生理學實質是新陳代謝的紊亂，如軀體不適感，植物神經功能紊亂；精力不足，沒有良好的體力。
當然對於人體而言，偶爾短時間的心理不健康表現對任何人都在所難免，而且也不會對身體健康造成很大的不良影響。一般心理不健康是指經常性的較為持久的心理不健康的表現，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於心理健康狀態與心理不健康狀態的強度和時間的統計平均值。人的行為是心理活動的外在表現，而關於如何測量心理活動在數學上還沒有一致的看法，也就是還沒有運用數學工具去揭示心理學、生理學理論概念的本質，因為從生理學、心理學的角度出發全面系統地研究人體，將涉及資訊理論、系統論、控制論和應用數學方面的知識，但是在侯燦著的《醫學研究入門》一書中第123頁指出加強醫學工作者與控制論系統論工作者的聯盟十分必要，因為要求一個人同時精通這兩門學科幾乎是辦不到的。所以從以上論述中可知，確實存在用資訊理論、系統論、控制論去揭示心理學、生理學理論概念的本質的可能。下面為一些生理學、心理學的有關知識。
從生理學的領域來看，人體最基本的形態結構是細胞，人體內有上億個細胞。許多機能和形態相似的細胞，借細胞間質聯合起來，構成了具有一定功能的結構，稱為組織。人體內有四大基本組織，即上皮組織，結締組織，肌肉組織和神經組織。幾種不同的組織結合在一起，並具有一定形態，完成某一功能的叫做器官。許多器官聯合起來，完成一種連續的生理功能，共同構成為一個系統。人體內有運動系統，呼吸系統，消化系統，排洩系統，循環系統，生殖系統，神經系統和內分泌系統等八個系統。這八個系統在神經系統的統一調節下彼此聯繫，相互作用，構成了一個完整的有機整體。而在心理學的研究中，通常把心理活動看作是在腦中發生，發展和完成的過程，稱之為心理過程。它可以分為三個方面，認識過程，情緒情感過程與意志過程。認識過程包括人對客觀事物的感覺，知覺，記憶，想像和思維等。認識是人們由表及裡，由淺入深，由現象到本質反映客觀事物的特性與聯繫的心理活動。注意作為心理過程的特性和組織者，則保證認識過程得以進行。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與精神上的需要而產生的主觀體驗，它反映的是客觀事物同人的需要之間的關係。意志過程是人為了滿足某種需要，在一定動機的激勵下，為實現一定目的而克服內部與外部困難的心理過程。它是人的意識能動性的重要表現。認識過程是人的情感與意志的基礎。而沒有人的情感的推動或者缺乏堅強的意志，人的認識活動就失去了動力。但人的活動是生理活動與心理活動的統一。彼此分開很難系統地全面合理地解釋一些現象。如對大腦的探索還處在一個偉大目標的起點上，行為療法還沒有一個貫穿始終的理論與方法等。

發明內容
本實用新型的目的是，提供一種通過運動幫助消除心理疲勞的理療器械，隨意運動熵小的導引自行車。通過對人體心理學、生理學各方面的分析，將心理現象與生理活動統一起來，利用系統論的原理、數理統計的方法，建立一個關於人體完整控制系統信息加工的數學模型，這樣能對心理、生理活動有一個具體的算法，用數學的方法得出關於有利於人體生存的結論。這個結論是，在人體隨意運動熵小的條件下，增加相對代謝率或延長運動時間，才能有利於人體的心理、生理的健康與疲勞的恢復，有利於新陳代謝，確切地說有利於異化作用和同化作用，有利於能量的消耗與吸收，隨意運動熵小就是以呼吸一次為一周期的動作一致性強，導引自行車運動可使人體隨意運動熵小，所以能有效消除心理疲勞。
本實用新型的目的是這樣實現的，它分為器械部分和人體運動理論部分。
器械部分的實現，選擇騎行穩定性好的大彎梁車架，車把立管的角度要小，前輪軸採用裝有抱閘的3級內變速輪軸部件，後輪軸採用裝有腳閘剎車的3級變速輪軸部件，前輪驅動的手動支架固定在車把立管與前輪軸上，手動支架的中軸的前鏈輪與前飛輪用鏈條連接，手柄通過曲柄轉動前鏈輪實現上肢對人體的導引與前輪的驅動。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移動，套管上有帶扳手的螺絲，可以手動固定手柄在曲柄上的位置，根據需要手動調節實際使用曲柄的長度，曲柄上有表示長度的刻度，以保證調節的準確性與方便性，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、後輪均能實現變速，騎行方向的控制性可連續有效地調節，騎行有層次感，自己的選擇範圍增大。上坡時在一定範圍內進行適當調節，以保持與平地騎行人體運動力量、節奏上的最大限度的相似及相對代謝率的穩定，更好地保持動作的一致性，從而減少隨意運動熵。
人體運動理論部分的實現，數學是科學研究的有力工具，因此要想系統地解釋一些人體現象其關鍵是有一套行之有效的數學方法，任何科學只有與數學相結合才能完善起來。但人體內有上億個細胞很難進行一一測算，所以這裡的數學方法是指數理統計的方法，它不一一考慮個別細胞的運動，而直接推求極大數目的細胞的運動的統計特性，用來解釋一些人體活動的現象，如工作、學習、休息、驚慌、歡樂等。
人體是一個巨大複雜的信息控制系統，在控制論上處理內部結構不清楚的複雜系統應用黑箱理論和方法。對於一般系統而言，它由三部分組成，輸入、黑箱即系統和輸出，這種方法常見於一些有關系統的教科書。而涉及數學的計算則多見於對機器、電路等無生命系統，對於一個中頻放大電路系統或者一個衛星導航系統而言，其正常運行的前提條件是有電源的供給和系統本身結構的完整即系統沒有損壞，電源中斷則系統運行停止，電源供給恢復則系統運行開始，系統損壞則不能正常工作。這裡系統工作運行所消耗的能量是電源，對於無生命系統而言，系統有電且正常就能工作，無電就停止，而系統的結構不受影響即沒有損壞，因此在以往研究系統特性時，儘管是在電源正常供給的情況下，但為了便於分析，故捨去不計，只研究輸入信號與輸出信號的數學關係。而人體則不然，其新陳代謝停止，大腦就要死亡，生命就要結束，而後再有充足的能量供給，人體生命亦不能復活，即能量停止供給，系統就不復存在，所以對於人體而言，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。因此一個完整的系統應由四部分組成，輸入、系統、輸出和能源即能量供給。系統的這種組成結構稱為完整系統。人體這個巨系統也是由四部分組成的，輸入、系統、輸出和能量供給，這裡系統的功能是處理輸入信息並將處理結果傳送給輸出。
這裡的系統主要涉及人體的神經系統，神經系統包括中樞神經和周圍神經兩部分，中樞神經由腦和脊髓組成，周圍神經由腦神經、脊神經和植物性神經組成。植物性神經主要支配內臟活動，並分交感神經和副交感神經兩種。神經系統的結構單位是神經元，神經纖維動作電位的大小和形狀則與這一刺激的強度無關，當電位去極化時，如果再給與第二個刺激，則無論刺激強度如何，都不可能產生另一個動作電位，這段時間為不應期。因此刺激強弱的信息不能靠單個動作電位來攜帶，而要靠單位時間內由這個刺激強度引起的動作電位的頻率及激活神經元的數目來攜帶，由於不應期的存在，當刺激強度很大時動作電位的頻率將趨於飽和。例如，蛙的坐骨神經在攝氏10度時，其絕對不應期約為2毫秒，因而每秒最多只能傳導約500次衝動。由於不應期的存在，就使得神經興奮過程不是連續的，而是間斷的，這種現象在信息處理系統的領域裡，稱為數位訊號或離散信息，神經系統的活動也可以看作是一個離散信源。但神經元不能成為神經系統的機能單位，只有由一系列神經元按一定的規律而形成的反射，才是神經系統的機能單位，最簡單的反射其反射弧至少需要兩個或三個神經元構成才能實現神經系統對機體某種活動的調節作用，在兩個神經元所形成的反射中，一個稱為傳入神經元，一端與感受器聯繫，是傳導感受器的興奮進入腦和脊髓的中樞部位的，另一個稱為傳出神經元，是把中樞部位的興奮傳給所支配的效應器的。在由三個以上神經元所形成的反射中，那就是在傳入和傳出神經元之間還介有一個或多個中間神經元。反射是中樞神經系統調節機體各部分活動的基本方式；凡刺激作用於感受器，通過中樞神經系統活動而引起的一切機體反應，都稱為反射。反射活動的結構基礎，稱為反射弧，反射弧包括五個基本環節，感受器、傳入神經元、中樞、傳出神經元和效應器。從整體而言，反射活動是人體對感受器刺激所發生的規律性反應，感受器把刺激的能量變為神經衝動，傳到中樞神經系統，經過加工處理再傳到效應器使之發生規律性的反應。
在實現反射的過程中，中樞神經系統對效應系統的控制要適應於整個控制系統和效應系統的不斷變化，必須經常接受來自效應器、感受器的傳入衝動來進行調整。人在騎自行車時，不只控制車把方向，還必須不斷注視前進道路上各種與騎車有關的情況，了解自行車本身的運動狀況和自身的平衡狀況，從而不斷調整行進的方向、重心、速度。這就涉及到自動控制論中的反饋概念，反饋是把效應器的一部分反過來作為一種信號，輸入控制系統作為調節的動因。其實也相當於系統的一部分輸出信號反過來成為系統的一部分輸入信號。
神經反射中的反饋，在感受器、效應器和中樞內部都可以看到。骨骼肌是實現軀體反射的效應器。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，都經肌梭傳入纖維向中樞神經系統提供信息。肌肉在實現反射性運動和隨意運動的每一時刻，肌梭的傳入信號都在參與中樞神經系統對肌肉的控制。除去傳入神經的肌肉就不能實現正常的運動。使反射效應增強的反饋叫正反饋；使反射效應減弱的反饋叫負反饋。反饋的生理意義在於提高控制系統的穩定性，是反射活動的調節自動化和精確化。
人體是一個動態的完整系統，人體運動的基本單位是反射，複雜的運動只是各種反射的組合。按照完整系統的觀點，一個動態的人體是由輸入、輸出、系統和能量供給四個部分所組成的。這裡的輸入部分相當於感受器和傳入神經元，輸出部分相當於效應器和傳出神經元，反饋部分相當於由效應器向輸入部分傳送信息的神經元，系統相當於除傳入神經元和傳出神經元外的神經系統或稱中間神經網絡，能量供給相當於人體新陳代謝所產生的能量。
輸入部分主要涉及感受器和傳入神經元。感受器的活動乃是反射弧的第一個環節，沒有感受器的活動就不可能有反射活動。無論什麼形式的能量刺激感受器，最後都將轉換成神經系統中的電信號，在傳入神經元中是一系列全或無的動作電位，刺激強度增加則動作電位發放頻率增高，但動作電位的幅度大小不變即全或無現象。刺激強度影響發放頻率的第二種方式是激發更多的感受器單位參加活動，當刺激強度增加時，一方面使每一神經纖維發放更多的衝動，另一方面使發放衝動的神經纖維增多。感覺的強度最終決定於大腦皮層的機能狀態，當皮層處於一般的興奮狀態時，高頻率的上行衝動將引起較強的感覺；但若皮層處於抑制狀態時，即使某種特異性投射纖維的上行衝動頻率很高，也往往不能引起應有的感覺；反之當皮層某一感覺代表區的興奮高度集中時，刺激雖弱也能引起較強的感覺。當刺激移去後，感覺還能持續一段時間，這稱為感覺的後作用。各種不同的感覺之間經常發生相互影響，或者是加強或者是交互抑制，如注意集中於某一刺激物時，其它刺激物的作用將受到抑制而不能引起相應的感覺。內臟各種感覺裝置的傳入纖維主要走行在自主性神經幹中，有的內臟感受器接受一般強度的刺激並不引起主觀感覺，這是因為內臟的感覺神經末梢，同皮膚的神經末梢相比較為稀疏，但當臟器受到比較強烈的刺激時，即可發生內臟感覺。
系統部分主要涉及除傳入神經元和傳出神經元外的神經系統。神經系統是人體各種活動的控制中心，它通過分布在身體各部分的許多感受器和感覺神經獲得關於內、外環境變化的信息，經過各級中樞分析綜合發出信號來控制各種軀體結構和內臟器官的活動，神經系統把全身各感覺器官和效應器官統一於中樞的控制之下，使機體和環境，機體內部之間的聯繫更為密切，從而保證了機體內部的統一整體性，增加了內環境的穩定性，擴大了人體適應外界環境的能力，中樞控制具有整體協調性。神經系統是由神經元所組成的，神經系統是人體的信息處理系統，神經元則是信息編碼、發送、傳遞和解碼的基本單元。雖然神經元的形態各異，但其相互連接的模式和突觸特性是普遍存在的，通過神經元的信號都是具有一定的方向的。當信息由一個神經元傳遞給另一個神經元時，這一信息將被神經元的軸突編碼，成為一系列動作電位的活動，這種活動將引起神經元的局部電位的產生，並將傳至整個細胞體。突觸電位的空間與時間變化，將引起細胞膜電位的變化，由此產生尖峰脈衝輸出，這一輸出信號將由軸突傳至軸突末梢，並由軸突末梢輸入給另一個神經元，就這樣象接力賽跑一樣，一個接一個地傳遞著信息。神經元按照其機能可分幾種一種是感覺神經元，它們負擔著傳入信息的使命，它的數目比運動神經元多一至三倍。另一種是運動神經元負擔著傳達動作指令的使命，它的數目約為三百萬個。其餘大量的神經元都是中間神經元，這些中間神經元互相連接，構成了神經網絡。神經網絡就是指中間神經元網絡，因為無論是感覺神經元或運動神經元其數量相對來說是十分有限的。人的大腦皮層是由上百億個中間神經元構成的。神經網絡通過傳入與傳出神經元的聯繫，把全身的感受器與效應器聯繫起來，組成貫通全身的神經元線路，把全身的各器官、各系統的活動都統一在神經系統高級部位的調控之下，大腦的功能正是通過神經網絡處理控制人體活動信息的。
巨大的神經系統傳遞信息的機理有五個原則全或無原則，刺激強度只是和能不能產生動作電位有關，刺激強弱的信息，不能靠單個動作電位來攜帶，而要靠在單位時間內由這個刺激引起的動作電位的頻率及激活的神經元的數目來攜帶，同時由於不應期的存在，當刺激強度很大時，動作電位的頻率將趨於飽和；輻散原則，每個神經元都有數十到成百上千個分支，神經元發放的脈衝將沿著這些軸突分布傳播，並激活末端的突觸，；聚合原則，每個神經元都與來自其它神經元的許多突觸相聯繫；接力原則，突觸傳遞的信息是電化學性質變化與電化學變化交替進行的；並行原則，神經元攜帶的信息是由大量並行的、攜帶同樣信息的神經元的共同發放來克服個別神經元無規則的發放而保證信息傳遞的可靠性，因此在神經系統中單個神經元的作用並不重要。
能量供給部分主要涉及與新陳代謝有關的系統。生命活動的特徵有新陳代謝、興奮性和適應性等。新陳代謝是生命活動的基礎，新陳代謝一旦停止，生命活動就要中斷，新陳代謝是人體通過同化作用和異化作用在物質和能量兩個方面不斷進行新舊交替的過程，人體從外界環境中攝取各種營養物質，並把這些物質造成自身的物質如蛋白質、核酸等，將能量儲存起來的過程，叫做同化作用；人體把自身的物質進行分解，釋放能量，供給生命活動的需要並將分解後的產物排出體外的過程，叫做異化作用。沒有同化作用，不能產生新的物質，不可能儲存能量，異化作用就無法進行；沒有異化作用，沒有儲存能量的釋放，人體內一切物質的合成和其它生命活動就無法進行，因為異化作用分解物質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，物質代謝是指吸收物質合成原生質與分解原生質排洩廢物。人體通過新陳代謝跟外界不停地進行物質交換，以保持自身的生存，並不斷地進行自我複製，繁衍後代，維持自身的發展。因此新陳代謝是最基本的生命現象，其它各種生命現象如興奮性、生殖、運動、生長、發育等生命現象都是在新陳代謝基礎上產生的。生命活動需要消耗能量，三磷酸腺苷即ATP是直接供能物質，它具有暫時儲能和為生命及時供能的特點。與人體的新陳代謝有直接關係的系統是循環系統、消化系統、呼吸系統和排洩系統，其它系統與新陳代謝也有一定的關係。興奮性是指機體對刺激而發生反應的特性，它往往通過某種運動形式來完成，而在運動過程中必須有能量的消耗，這些能量都是異化作用所產生的，運動愈劇烈，能量消耗也愈多，異化作用愈強。人體進行各種機能活動包括肌肉運動、消化吸收和思維等活動都需要消耗一定的能量，所以能量代謝受進食，肌肉運動、神經緊張及環境溫度等方面的影響，這些因素改變時能量代謝隨之改變，如肌肉活動時能量代謝就升高，劇烈活動比安靜時能量代謝高達十倍。在新陳代謝過程中，伴隨著物質的吸收與合成，原來以化學潛能形式存在於物質的能量轉移到人體內儲存，隨著體內物質的氧化分解能量被釋放出來，供人體生命活動的需要，大部分以熱能的形式用以體溫維持、其餘部分則儲存於三磷酸腺苷內，當組織器官進行生理活動時，三磷酸腺苷便釋放能量供給組織器官，如肌肉的收縮、神經的興奮傳導、腺體的分泌等都消耗能量，伴隨著物質代謝所發生的能量轉移和釋放的過程稱為能量代謝。因此人在進行新陳代謝時不但有物質和能量的轉化，同時還有信息的交換，這種信息起著控制新陳代謝的作用，神經系統自身功能的維持及其調控功能的實現均有賴於信息的輸入。一般而言，神經系統的信息輸入都是新陳代謝的信息。
人體內環境的相對穩定，是機體正常活動的重要條件。
有人將人體功能區分為動物生命和植物生命。相當於軀體功能和內臟功能的概念，軀體功能是指軀體骨骼肌和感覺活動的功能，只在動物界存在；內臟功能如體液循環、氣體交換、物質的吸收和排洩等，這些功能在動物界與植物界都存在。這兩種功能互相緊密關聯，例如骨骼肌的運動必須依賴血液循環的良好供應，否則就不能進行持久的收縮活動，又如呼吸氣體交換的完成必須依賴呼吸肌的活動。植物性神經系統的功能在於調節心肌、平滑肌和腺體的活動，植物神經系統指支配內臟器官的傳出神經，而不包括傳入神經，分為交感神經和副交感神經。交感神經和副交感神經對內臟的作用往往具有拮抗性質，例如對於心臟，副交感神經具有抑制作用，而交感神經具有興奮作用。對於小腸平滑肌，副交感神經具有增強其運動的作用，而交感神經起抑制作用。這種拮抗性質使神經系統能夠從正反兩個方面調節內臟活動，在一般情況下，交感神經系統中樞的活動與副交感神經系統中樞的活動是對立的。當交感神經活動相對增強時，副交感神經活動就處於相對減弱的地位，二者必須有一個佔優勢。交感神經系統在環境急劇變化的條件下，可以動員機體許多器官的潛在力量，來對抗環境的急變，如在作劇烈的肌肉活動，人體出現心跳加快，皮膚及內臟血管收縮，紅細胞數量增加，支氣管擴張，肝糖元分解加速使血糖濃度上升等現象。在對動物的實驗中，交感神經切除後，在平靜、安全的狀態下，動物仍能良好地生存，它的軀體運動、生長、生育、消化等方面都無明顯變化，但在劇烈運動時，不能使血糖上升、紅細胞數量增加，因而它對劇烈變化的耐受能力大大降低。副交感神經系統的活動主要在於保護機體，促進消化吸收，保存能量，加強排洩、生殖功能等方面的作用。例如，在安靜的情況下，可使心臟活動受抑制，從而減少了機體的能量消耗，飯後，它使消化功能增強，促進營養物質的吸收，使機體得到充分的物質和能量的補充。
輸出部分主要涉及運動系統。神經系統的最重要和最終的作用是輸出信息以控制機體的活動。這些活動包括軀體和內臟的活動，即骨骼的收縮、心臟和內臟平滑肌的收縮及腺體的分泌等，總稱為神經系統的運動機能。其中以骨骼肌的活動最為突出，一般所指的神經系統的運動機能即通過骨骼肌的收縮活動所完成的軀體運動機能。人只有藉助於骨骼肌的活動才能實現對外界輸入信息的反應。人體內外環境的變化經過感受器和感覺傳導途徑的活動，最後到達大腦皮層的一定部位，經過大腦皮層的分析綜合，一方面產生主觀感覺，另一方面通過大腦皮層的輸出指令，誘發即刻的軀體反射活動。感覺是認識環境的開始，運動是改造環境包括人體自身的唯一途徑。因此運動系統相當於人體巨系統的輸出部分。運動系統的肌肉屬於骨骼肌，一般附著在骨骼上，可隨意志收縮又稱隨意肌。它在人體內分布極為廣泛，約有六百多塊，骨骼肌的工作在於它們的收縮，骨骼肌的收縮受神經控制。一個運動神經元的軸突和它所支配的肌纖維合在一起，稱為一個運動單位。一個運動單位內肌纖維數目的多少取決於肌的大小和功能，少者有數條肌纖維，多者有數百條肌纖維。當神經衝動沿著一個運動神經元的軸突傳至它所支配的肌纖維時，全部肌纖維同時收縮，所以運動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動單位收縮，也可以增加運動單位收縮從而增加肌肉的力量。每塊肌肉中含有一定數量的運動單位，運動單位興奮的電子學特徵是動作電位，其力學結果是產生收縮張力，可以用兩種方法增加張力增加運動單位的刺激頻率或增加運動單位的數目。由於發放頻率的增加使肌肉的張力增加，第一個運動單位達到一定張力時第二個運動單位發放，這時第二個運動單位加上第一個運動單位使肌肉張力進一步增加，每個運動單位都有最高的發放頻率，它在一個新的運動單位被激活時出現。肌肉產生張力時，最小的運動單位首先發放，它的頻率達到最大值時，第二個和第三個運動單位先後發放。張力下降時，出現相反的過程，被激活的運動單位的發放頻率下降到使最後一個運動單位可被激活的最小值時，最後激活的運動單位便首先退出興奮，退出興奮的每個運動單位按被激活的相反順序進行。所以說運動系統的機能單位不是整塊肌肉，也不是個別肌纖維，而是運動單位。在人體內肌肉收縮是分級的，收縮的強弱決定於發放衝動的運動單位的數目和它們的發放頻率。最微弱的自然運動是少數幾個運動單位的活動。而最強大的運動是多個運動單位最大頻率發放的結果。
在一次隨意收縮中，一般由少數運動單位的激活開始，以後有更多的運動單位被激活起來，這一過程叫做募集。在同一塊肌肉中，常接受來自多個運動神經元的軸突末梢，因此，在一個運動單位所支配的肌肉範圍內，總是和其它運動單位混合在一起的，如貓的腓腸肌包括有430個運動單位，但是每次肌肉運動時，並不是所有的運動單位都參加，按照每次參加的運動單位數目不同和每個神經元發放的頻率不同，使得同一塊肌肉的收縮強度和幅度分成許多等級。運動神經元的興奮以動作電位方式傳至末梢時，釋放遞質乙醯膽鹼，而引起肌纖維方面的終極板膜通透性增大，使膜發生去極化，而引起局部性電位變化，稱為終極板電位，當終極板電位達到一定高度時，即可使肌纖維細胞膜產生動作電位，從而通過肌肉興奮收縮耦聯引起肌纖維收縮。從刺激神經到肌肉收縮的全過程可以看出各環節的先後時間順序是刺激信號、神經動作電位、肌肉動作電位、肌肉收縮。肌肉收縮過程各階段如下靜息、刺激、收縮和放鬆。人體的運動是一個複雜的運動，是由若干個反射組成的。每一個反射的結果是肌肉收縮，每一個反射都要經歷從刺激到收縮的時間過程。在完成一個整體動作的時間過程中，由若干個運動單位的反射參與。這樣可以設定完成一個整體動作的時間為一個動作單元的周期。例如，打桌球的一次擊球，走路的前進一步，一次深呼吸，交談中的一句話或一個字、一個動作等等。而人的任何活動都離不開軀體運動，不論是體力勞動或高級的精神活動，都要有適當的姿勢才能進行，都需要肌肉的精細與協調一致的活動作基礎。強有力的體力勞動，細緻的寫字、講話、閱讀、表情都離不開肌肉的活動。
單個運動單位的發放頻率可由5次/秒，增加到50次/秒，當發放頻率達到每秒40-50次時，使出現收縮融合的強直收縮。因此在整體內，由於發放單位的募集和發放頻率的增加可產生多種等級的收縮。由不明顯的肌緊張，到有力的強直收縮。肌緊張也是一種牽張反射，它是一種持續的微弱收縮，是少數運動單位輪流交替的活動，故不易疲勞。在通常情況下，各個肌肉都有少數的運動單位在輪流收縮，使肌肉處於一種輕度持續的收縮狀態，保持一定的肌力，稱為肌張力。肌張力不產生動作，但對維持身體姿勢有重要的作用。除特殊情況外，任何一個動作都是由很多肌肉的多個運動單位參加完成的。在人體內，直接支配骨骼肌的運動神經元在任何時候都是接受許多中間神經元傳來的衝動，那些中間神經元有存在於脊髓的還有從腦的各級部位傳來的，匯合到有關的運動神經元，儘管在同一時間內有許多衝動傳到運動神經元，但就其效應看，不外興奮和抑制兩類，這兩類作用的代數和決定了運動神經元的軸突是否發放動作電位，從而也決定了該運動神經元所支配的肌肉是否發生收縮，因此謝靈頓提出運動神經元的軸突是反射活動的最後公路，也稱為最後公路原則。所以人體在進行任何活動時，都有運動單位的動作電位存在，只是每次運動時所參與的運動單位的數目和發放頻率不同而矣。因此以肌肉的收縮是可以作為神經興奮和傳導的客觀指標的。
運動一般可以分為三類反射運動、隨意運動和節律運動。反射運動是最簡單和最基本的運動，它通常由特異的感覺刺激引起的產生的運動沒有定型的軌跡，不受意志的控制，自發地發生，在較短時間內完成，所涉及的神經元數量較少。隨意運動是為了達到某種目的而指向一定目標的運動，運動的方向、軌跡和速度等都可以隨意選擇，與反射運動相比完成時間較長。參與隨意運動控制的神經分布於中樞神經系統的各部位，在運動時，中樞神經系統必須對許多肌肉發出時間上十分精確的指令，使它們按運動的需要依次收縮或弛張，還需要發出適當的信號控制運動的多個參數，如速度、力度加速度等，以完成各種類型的運動的需要，如放雞蛋與放石子。介於這兩類運動之間的是節律運動，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重複進行，大多數這類運動進行過程中能被感覺信息所調製，而隨意運動熵小的導引自行車運動是屬於有意識參與的節律運動。當實現某種隨意運動時，從大腦發出一連串的興奮就會傳向骨骼肌，要完成的運動中，無經驗的部分越多，運動的企圖就越難，其結果表現出來的運動就會完全脫離目的性，即在運動中不必要運動的成分增多。參與隨意運動的控制神經分布於中樞神經系統的各部位，絕大多數較複雜的隨意運動需要經過反覆練習一步一步地完善和熟練掌握，在做一項已熟練掌握的隨意運動時，不再需要思考判斷具體的動作而出現多餘的不必要的動作即可下意識地順利完成。一般認為這是因為運動的複雜細節已被編成運動程序儲存起來，可以隨時調用而完成運動。隨意運動是後天獲得的運動反射，是軀體運動的高級形式，其過程分以下幾個階段，首先在大腦形成一個運動意念，然後把這個意念在腦內某部分被譯為神經信號的形式，適宜的程序由皮層主要運動區的神經元來執行，執行過程中的精確、細緻動作依賴於各種反饋環路的幫助。小兒學走路要經過很長時間鍛鍊，開始時需要高度集中注意力才行。經過幾年的練習、訓練隨意成分慢慢下降自動運動的成分漸漸加大，因而可以邊走路邊做其它事情。這說明隨意運動的範圍和強度，亦即參加活動的運動單位的數量和運動單位的發放頻率在不斷地受到調節，即隨意運動的比重大，自動運動的成分小時，則運動單位的數目多且發放高，僵硬動作、多餘不必要的動作多，而且能量消耗也大。
人體完整系統理論把人體從生理學上的八個系統，分為四部分，這樣便於用數學計算。以對運動單位的計算，來達到對人體整體的數學計量。因為根據最後公路原則，運動單位是整個神經網絡的最後公路。即人體的一切生理、心理活動都是通過運動單位來體現的，也包括對感覺的反應。運動單位的活動，即表明神經網絡的活動，運動單位的信息即表明神經網絡的信息。這樣由對人體整個的生理、心理分析變為對運動單位的分析，可使問題相對簡單化，易於掌握其中的要領與本質。
信息是各種事物狀態和變化的反映，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。例如中文電報的編碼發送過程中，首先將10000個漢字通過信源編碼器變成相應的四位十進位數即從0000到9999；然後將變換出來的數字變成一個五位二進位碼字，該碼字中1的個數相同，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。發送中國北京四個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。對於編碼集成電路MC14026而言，兩個脈衝代表一個編碼，連續兩個寬脈衝代表「1」，連續兩個窄脈衝代表「0」。在實際電路中，這些由連續兩個窄脈衝與連續兩個寬脈衝的組合而代表1和0的組合而表示的編碼，就是實際電路中的信號。而漢字「中國北京」是消息。信息是事物的運動狀態和規律，是事物運動的知識。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時刻一直反覆發送一個消息而沒有變化，那麼在這段時間內，只有一個消息，信息量非常小，按照計算公式S＝1nW，這裡W＝1，所以S＝0。可以認為其信息量為零，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。信息是事物的運動狀態和變化規律，而世上萬物都是在不停地運動變化，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出信息，若消息或信號沒有變化則不能體現出信息，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。這就是說事物狀態的變化才能體現出信息，事物狀態保持恆定或沒有變化則不能體現出信息。事物狀態變化越多則信息量越大。所以，信息量是一個系統狀態變化的量。根據熱力學第二定律的表述在孤立系統內部產生變化，如果變化過程是不可逆的，則系統的熵總是增加的；如果變化過程是可逆的，則系統的熵保持不變；系統的熵決不會減少。系統的熵S＝klnW其中k為波爾茲曼常數，W就是系統某宏觀狀態包含的微觀狀態數目。
熵的概念首先產生於熱力學，它是系統中微觀粒子熱運動引起的無序程度的定量度量。熱力學理論解釋的是一個孤立系統由有序變到無序、由不平衡到平衡的單向性過程。而生物卻在一定時間範圍內，如在其生長發育期間隨著時間的推移越來越複雜、越來越有序的機體。因為生物是一個開放的系統，生命的運動過程同熱力學第二定律研究的孤立系統不同，生物只有與周圍環境進行物質和能量交換，才能維持其生命。普裡高津認為，一個遠離平衡態的開放系統，在外界環境變化達到某一特定閥值時，量變可能引起質變。系統不斷地與外界交換物質和能量就可能從原來的無序狀態轉變為一種時間、空間或功能的有序狀態。這種非平衡的新的有序結構稱為耗散結構。這種有序結構與平衡結構不同。穩定的有序結構是一種固定結構，它不需要外界供應物質和能量來維持。穩定的有序耗散結構則是一種運動結構，它要求不斷地吐故納新，即不斷地與外界發生物質和能量的交換，才能維持它的有序狀態。它通過耗散物質和能量來維持有序的狀態。因此叫做耗散結構。薛定鄂把熵的概念帶進了生物領域，按照熵增原理，演化總是朝著無序、混亂和衰退方向，為什麼生物在生長發育期間，能朝著有序的方向發展呢？他在「生命是什麼」一書中指出「明白的回答是靠吃、喝、呼吸，……專業術語叫新陳代謝」。「一個生命有機體在不斷地增加它的熵，並趨於接近最大熵值的危險狀態，那就是死亡，要擺脫死亡活著，唯一的辦法是從環境不斷吸取負熵。有機體吸取負熵去抵消它在生活中產生的熵的增加，從而使自身穩定在低熵水平。所以新陳代謝是人體向著有序方向發展的基礎，新陳代謝出現紊亂，顯然就影響人體向有序的發展。人體運動的有序可以保證新陳代謝的正常進行，人體運動的紊亂導致內臟同化作用的減弱而影響新陳代謝的正常進行，如處於強烈的情緒狀態。那麼如何才能控制新陳代謝的正常進行呢？由生理學的知識可知，新陳代謝是受神經系統調節的，只有有效地控制了神經系統並使之有序化，才能間接地調節新陳代謝並使之有序化或正常化。對於神經系統而言，神經系統的機能單位是反射弧，只有控制其輸入、輸出，才能控制了中間神經網絡，也就控制了神經系統。從而控制了新陳代謝，新陳代謝最終產生的能量，是以熱能的形式消耗掉，骨骼肌的運動可以消耗較多能量，心理疲勞就是新陳代謝的紊亂。
對於人體而言，人體的消息是效應器的運動，人體的信息是效應器的各種運動狀態的變化，人體的信號是神經元的動作電位。具體地說，人體的消息主要是骨骼肌的運動，人體的信息主要是骨骼肌各種運動狀態的變化，人體的信號主要是運動神經元的動作電位。
從信號與系統的觀點出發，信號是運載信息的工具如語言、音樂、圖像、數據等；系統則是產生、傳輸或處理信號的客觀實體如通信系統、雷達系統、計算機系統。在數學上、常用表徵其運動特性的數學模型來表示系統。人體系統的一切活動都受神經系統的控制，任何組織在接受刺激發生興奮時，都隨同發生電位變化，生物體興奮時的電位變化稱生物電現象。神經元也不例外，神經元受刺激發生的生物電現象，稱動作電位。以動作電位變化為表現形式的興奮傳導波，叫做神經衝動。神經纖維主要以軸突和樹突構成。神經衝動在神經纖維內的傳導，就好像電流在電線中的傳導一樣。而神經系統是通過神經元所產生的動作電位來工作的，肌肉的收縮是由運動神經元的動作電位控制的，運動神經元的動作電位和運動神經元的數目的不同，決定了肌肉收縮的不同，從而決定了不同的動作。由於動作電位有不應期，神經元所產生的動作電位都是離散信號，神經系統可以看作是一個離散信源。
按照神經網絡的理論，決定該神經網絡模型在T時刻的狀態是由所建神經模型中所有處理單元的活躍值AI(T)所組成的狀態向量A(T)＝[A1(T)，A2(T)，A3(T)，……，AN(T)]決定的。運動神經元是神經網絡的最後公路，這裡用運動神經元來代表神經網絡的處理單元，這裡的運動神經元是傳出神經元，有隨意運動的運動神經元，包括言語、表情及軀體運動的運動神經元，人體對內臟肌活動的有意識控制是通過對隨意肌的控制來實現的，當隨意肌在進行放鬆、有序、相對代謝率小的運動時，才能保證植物神經功能的正常、內臟肌的有序運動、新陳代謝的正常、情緒的穩定。其中A1(T1-0)表示第一個運動神經元在0-T1時間內出現的動作電位，即包含頻率、相位的波形；A2(T1-0)表示第二個運動神經元在0-T1時間內出現的動作電位；……；AN(T1-0)表示第N個運動神經元在0-T1時間內出現的動作電位。A(T1-0)表示神經系統的輸出即運動系統在0-T1時間內的動作，也可以稱為運動系統在0-T1時間內的狀態過程即人體的動作過程。人體的運動行為是肌肉牽動骨骼發生的，同一運動單位的肌纖維並不是一根挨一根地排列在一起的，而是分散在整塊肌肉中，並且由於支配它們的神經纖維的長短不同，當運動神經受到刺激時，在整塊肌肉中的很大範圍內肌肉纖維不是同步的；同一塊肌肉如二頭肌中的各運動單位也不是同步運動的，因為它們的興奮時間不同。
人體在0至T1時間內的動作可表示如下A(T1-0)=A1(T1-0)A2(T1-0)A3(T1-0)......AN(T1-0)]]>同理，A1(T2-T1)表示第一個運動神經元在T1-T2時間內出現的動作電位，A2(T2-T1)表示第二個運動神經元在T1-T2時間內出現的動作電位，AN(T2-T1)表示第N個運動神經元在T1-T2時間內出現的動作電位A(T2-T1)=A1(T2-T1)A2(T2-T1)A3(T2-T1)......AN(T2-T1)]]>……A1〔TM-T(M-1)〕表示第一個運動神經元在T(M-1)-TM時間內出現的動作電位，A2〔TM-T(M-1)〕表示第二個運動神經元在T(M-1)-TM時間內出現的動作電位，……，AN[TM-T(M-1)]表示第N個運動神經元在T(M-1)-TM時間內的動作電位。
ATM-T(M-1)=A1TM-T(M-1)A2TM-T(M-1)A3TM-T(M-1)......ANTM-T(M-1)]]>
所以A(TM-0)={A(T1-0),A(T2-T1),A(T3-T2),......,ATM-T(M-1)}]]>=A1(T1-0)A1(T2-T1)A1(T3-T2)......A1TM-T(M-1)A2(T1-0)A2(T2-T1)A2(T3-T2)......A2TM-T(M-1)A3(T1-0)A3(T2-T1)A3(T3-T2)......A3TM-T(M-1)......AN(T1-0)AN(T2-T1)AN(T3-T2)......ANTM-T(M-1)]]>其中TM表示時間歷程，從計算動作開始到動作結束所經歷的時間。是從0時刻開始到TM時刻的時間內，人體行為所作任何動作經歷的時間。人體的行為是依靠大量的動作實現的，各種動作組成人體的行為。在每一時刻，大腦控制的運動單位興奮的數目及每個運動單位的發放頻率是有限的，所以人體的運動在理論上是可以以在每一時刻參與運動的運動神經元的數目及每個運動神經元的發放頻率和相位來描述。由時刻的銜接便組成了人體運動在某一時間範圍內的數學表達式。
按照生物力學的原理可知，運動行為是依靠身體各部及整個身體在空間和時間內的各種動作實現的，所以動作中的各個元素或按空間特徵加以區分，或按時間特徵加以區分。根據身體各環節在關節中相對位置的變化，可從動作中分離出空間元素即行為元，行為元是動作的最小空間元素，如滑雪的基本動作之一滑板蹬雪，便包括幾個行為元腳蹬雪、擺臂、擺腿以及身體前上衝。在動作中可從各確定的時刻之間分離出時間元素即時相。時相是動作的最小時間元素。時相何時開始，持續多久，何時結束，均需加以測定。各時相在時間上一個一個地銜接著。研究動作系列，必須根據不同的特徵，從時間上分出各個時相。每一時相，同以往時相及繼後時相均不相同，且其間以一定時刻為界，彼此隔離開來。時刻就是時相之間的邊界，每一時相對應者一定的行為元。兩時相邊界上，即兩時相交替時刻的身體姿勢稱為邊界姿勢。這一姿勢是前一時相的終末姿勢，也是後一時相的開始姿勢。具有共同特點的各時相組成動作的階段，如跑中的支撐階段和騰空階段。由動作的階段構成動作周期，如走、跑、遊泳等具有重複性的動作。行為元和時相指的都是同一些動作，不過為了研究各種動作的不同方面而根據不同的空間特徵與時間特徵從動作中分離出來。下面以蛙泳為例作生物動力學的分析，蛙泳分為基本動作和預備性動作。基本動作是划水，划水的初始姿位特點是屈腿和分腿，運動員由此姿位開始，兩腿於膝關節伸直，兩腿用力向後打水，兩臂向前伸，其時間為從0時刻開始到T1時刻為止，記作時相1。腳打水結束後，身體呈伸直姿勢，在水中被動滑行，其時間從T1時刻開始到T2時刻為止，記作時相2。其中T2-T1＜T1-0。此時不待速度發生較大損失便開始向兩側分手，兩臂於肘關節逐漸屈曲並往下垂，當兩手相對於身體向後的運動速度達到最大值時，手劃時相便告結束，其時間從T2時刻開始到T3時刻為止，記作時相3。以上為基本動作階段，下面是預備性動作階段。手划動作一結束，兩臂於肘關節屈而開始前移，兩腿也同時屈，這是對下一周期划水動作的準備，其時間從T3開始到T4時刻為止，記作時相4，這些動作都要慢慢地開始，以免產生過大的逆流而影響前進速度，腿部的預備性動作包括屈曲和前移也同時進行。時間從T4時刻開始到T5時刻為止，記作時相5，在時相5，兩臂肘關節伸，並向前引，而兩腿於膝關節屈到最大限度，完成前引動作。所以在一個周期的五個時相中，前三個時相即時相1、時相2和時相3是連續划水動作，先是腿部划水後是臂部划水，此時速度增長。後兩個時相速度都要降低，時相4和時相5是為下一周期的划水動作做準備。行為元或時相組成動作階段，動作階段構成動作周期。若干個動作周期構成人的各種行為。
一個蛙泳動作周期中五個時相的數學表達式如下，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)]]>下一個蛙泳動作周期中五個時相的數學表達式如下，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A(T5-0)＝A(T10-T5)時，表明動作周期中相對應的各個時相也相等，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，實際只能是統計平均的相似，即用相關函數的方法，它們是最大限度的相關。當然在運動中不僅是有意識控制的軀體運動，還有與軀體運動無關的感覺、知覺、思維等心理活動，因為這裡只考慮運動神經元的動作電位，也就是說，只要其它的心理活動沒有影響或較大地影響正在進行動作的運動神經元的動作電位以及沒有增加新的運動神經元的興奮，沒有產生相應的效應，就可忽略不計。人體中全部運動神經元的數目是一個定值，而根據自身的生理特性，在每一時刻受意識控制的興奮的數目也有一個與活動有關的有限值，不能在某一時刻全部運動神經元都興奮起來參與運動。如技巧性運動參與的運動神經元要多一些，而力量性運動參與的運動神經元要相對少一些。因此，如果在某一時間階段，只是一些受意識控制的運動神經元在做周期性的興奮與抑制，而且這些運動神經元的數目和具體位置也是一定的，外部表現為在重複一個動作，內部意識也在反覆地控制骨骼肌去完成一個動作，沒有雜念，或對一些與運動無關的心理活動沒有產生相應的反應，那麼在這段時間內，人體的隨意運動熵最小，最符合人體的需要，也最利於人體的新陳代謝。對於產生的疲勞的反應，也是一個從小到大的過程，最後肯定導致動作不能繼續。對於這種情況，從理論上要看對它的定義，實際中要看動作之間的相關程度，如以動作的停止作為人體運動狀態的變化。而隨意運動熵小的導引自行車運動，可以使人體在2秒鐘到10秒鐘內輕鬆完成一個動作周期，這種運動的特點是通過四肢一定範圍的旋轉運動，騎行速度慢消耗能量少，人體在不停地尋找平衡中前進易於集中注意力，對內臟有按摩與拉伸作用，使內臟在被動地做伸展運動。由於小腸的蠕動頻率在6次/分鐘到16次/分鐘，呼吸的頻率為16次/分鐘，而這種運動的頻率在6次/分鐘到30次/分鐘，適當降低運動速度，選擇一特定頻率與內臟的運動頻率相等，便於引起共振效應，從而加強內臟的蠕動，增強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引起異化作用的增強和同化作用的減弱，同化作用的減弱如腸胃蠕動減弱會影響營養的吸收。而所謂的心理疲勞難以較快康復的生理實質就是同化作用的減弱難以恢復到正常水平。異化作用的減弱可以加強用骨骼肌的運動來解決，異化作用的旺盛，可以用放鬆骨骼肌或坐臥等方式來解決；同化作用的旺盛可以用加強骨骼肌的運動、追求刺激、探險等方法來解決，但是同化作用的減弱尚無良好的理論與方法，坐臥休息時心煩意亂，由於吸收營養受到影響，所以沒有體力、精力來進行有效的運動。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，即在一定限度內產生的能量得到有效釋放，釋放的能量得到有效補充，人體的生命活動才能正常進行，不能一頓飯吃上十天的飯，而後十天不吃。所以對於心理疲勞者，雖然體內產生的能量不足，也不能就用單純休息的方法來解決，儘管是能量不足，但決不是能量嚴重不足，如果是就會安然靜坐或臥床而眠。因此為了保證新陳代謝的正常進行，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，每一時刻大腦的注意力是有一定限度的，大腦所控制的運動神經元也是有一定限度的。超出它們的限度，會引不足性起紊亂，即不知在注意什麼，也不知在幹什麼，非常忙亂感到很累；達不到它們的限度，也會引起溢出性紊亂，如走路時邊走邊說，獨坐時胡思亂想、東張西望，這種情況不能視為是走路或靜坐一個運動狀態，運動狀態增多人體的隨意運動熵就增大。而引體向上、百米衝刺等運動雖然與它們的限度接近可視為一個運動狀態，雖然對同化作用有一定影響但對於身體強健者易於恢復，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作用是以保持內環境相對穩定在一定範圍為前提的，對於內臟功能不強者，一味地增加異化作用會使內臟功能更加虛弱，起不到對同化作用的促進作用，卻達到相反的目的。所以根據新陳代謝的流量特性，對於內臟功能虛弱者，如腸胃蠕動減弱者，選擇一些對內臟活動影響小且自己能夠承受的骨骼肌運動，以釋放體內不多的能量，通過這種消耗能量較少的運動順暢地進行，來保證異化作用的持續有效的進行，由於這種運動使內環境處於相對的穩定狀態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作用。儘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，這種平衡就利於新陳代謝的正常，新陳代謝的正常就符合生命活動的規律，機體就會進行自身的康復、創傷部位的修復活動，從而加速病態的康復。
把人體看作是一個完整的控制系統，有輸入部分、系統部分、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，它直接決定著整個系統的功能。每一時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、環境溫度、肌肉運動和精神因素，就每個人而言，在相同的食物和環境溫度的條件下，可以通過自身改變能量代謝的途徑只有肌肉運動和精神因素這兩方面，而精神因素也要通過具體的肌肉運動來體現的並且肌肉運動對能量代謝的影響又十分明顯，所以只有控制了全部的運動單位也就在自身控制的範圍內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系統。利用這個原理來控制人體的新陳代謝並使之正常為人體的健康服務。如果徒手在胸前畫圓動作，雙臂缺少支撐易於疲勞，而停止動作且缺乏慣性作用。因此隨意運動熵小的導引自行車運動，是一項易於在一定時間內堅持下去的運動。
設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)]]>……AWX-W(X-1)=A1WX-W(X-1)A2WX-W(X-1)A3WX-W(X-1)......ANWX-W(X-1)]]>A(WX-0)={A(W1-0),A(W2-W1),A(W3-W2),......,AWX-W(X-1)}]]>=A1(W1-0),A1(W2-W1),A1(W3-W2),......,A1WX-W(X-1)A2(W1-0),A2(W2-W1),A2(W3-W2),......,A2WX-W(X-1)A3(W1-0),A3(W2-W1),A3(W3-W2),......,A3WX-W(X-1)......AN(W1-0),AN(W2-W1),AN(W3-W2),......,ANWX-W(X-1)]]>WX表示從0時刻至WX時刻，有X個動作周期的動作，它們可以是相同的、相似的或不同的，這就是關於人體運動的運動神經元的動作電位的數學表達式，式中包含了人體的全部運動單位，如用言語表示意識活動的喉頭的動作電位、反映情緒的表情肌的運動神經元的動作電位、軀體運動的骨骼肌的運動神經元的動作電位等。
當A(W1-0)＝A(W2-W1)＝……＝A[WX-W(X-1)]時，那麼在0時刻至WX時刻這段時間內，人體只有一個運動狀態，即在重複一個動作。以相同動作為例，在兩個相同的動作周期內，在相對應的時相內的運動單位興奮的數目和所有每個運動單位的發放頻率從理論上講是相同的，正是由於它們的相同，才導致了相同的動作。而在實際中，可以用相似來表示。對於人體運動狀態的度量S＝KlnW＝0，由於S越小表明系統越有序，因此在這段時間，人體的運動處於最有序的狀態。
人體的所有運動神經元可以看作是一個隨刺激變化而出現興奮與抑制變化的信源。運動神經元是萬分複雜的神經系統的最後公路。運動神經元的變化規律可以映射神經系統的變化規律。由於神經系統接受的外界與體內的刺激是隨機的，故神經系統的狀態也是隨機的，運動神經元的興奮與抑制控制著肌肉收縮從而決定了人體的運動行為變化。因此人體的動作有隨機性。大腦的狀態或中樞神經系統的狀態是由運動單位來表達的。大腦的神經元有140億個，而運動神經元即運動單位有200萬-300萬個，對運動神經元的研究可使關於中樞神經系統的問題簡單一些。
在資訊理論中，用信源空間表示的數學模型，有一個必要的前提即信源可能處於各種狀態的概率是事先可測定的。信源要含有一定的信息，必須具有隨機性，以一定的概率處於各種不同的狀態，相對於發出各種不同的符號。所以，信源可以看作是一個具有一定概率分布的某一狀態或符號的集合。用某一離散隨機變量的可能取值，表示信源可能發出的符號，用離散隨機變量的概率分布，表示信源發出不同符號的可能性的大小。如擲骰子，每次出現朝上的一面點數是隨機的。如果把朝上一面的點數作為信源的輸出消息，那麼這種信源可能輸出的各種不同消息都是離散的數字，而且不同消息的數量是有限的，即組成數字集合{1，2，3，4，5，6}，同時一個數字就代表一個完整的消息。所以這種信源是一個單符號的離散信源。用一個離散隨機變量來代表一個單符號的離散信源，這就是單符號離散信源的數學模型的基本思想。用離散型隨機變量X來表示這個信源X的可能取值，就是信源可能輸出的各種不同符號，那麼X的狀態空間就是信源可能輸出的數字集合{1，2，3，4，5，6}。X的概率分布就是信源輸出各種不同數字的先驗概率，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。這樣這個單符號離散信源的數學模型可表示為〔X*P〕＝X1， 2， 3， 4， 5， 6P1/6，1/6，1/6，1/6，1/6，1/6因為[X*P]完整地表示了這個信源的特性，所以這個概率空間也稱為信源空間。信源空間必須是一個完備集即有P{X＝1}+P{X＝2}+P{X＝3}+P{X＝4}+P{X＝5}+P{X＝6}＝1對於一般信源來說，如信源發出的不同符號組成符號集A＝{a1，a2，a3，……，ar}，即信源可能發出r個不同符號ai(i＝1，2，3，……，r)。信源發出符號ai(i＝1，2，3，……，r)的先驗概率測定為P(ai)(i＝1，2，3，……，r)，那麼這個信源就可用以下的數學模型來表示[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，在數量上等於信源發出符號的不確定性，用數學的方法已證明，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)等於符號ai的先驗概率p(ai)(i＝1，2，r)的倒數的對數，即I(ai)＝-logp(ai)。只要測定了先驗概率p(ai)，就可定量地計算符號ai的自信息量。顯然，I(ai)只能表示信源發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信源的總體信息測度。
對於這個單符號離散信源，可以用一個確定的量作為整個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，應該是信源各個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)}中的統計平均值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)就是信源每發一個符號所提供的平均信息量，並稱它為信源的信息熵，簡稱「熵」。從它的數學表達式中可知各個符號等概率出現時，信息熵具有最大值；有一個符號出現的概率等於1時，信息熵為最小值等於0。熵是定量表達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。如果我們認為這些信息來自某一信源或某一系統，熵就是衡量系統無序程度的量。信息熵是信源的總體的信息測度。一個系統中的信息量是它的有序程度的度量，系統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，信息反應了系統在時間、空間運動的過程中所表現的有序程度。在一般情況下，信源在沒有發出符號以前，總存在一定的不確定性，發出符號以後，總可以提供一定的信息量。信息是依附於物質，凡是有物質的地方就有信息存在。客觀存在的各個事物狀態的表露，以及各個事物隨時間所發生的變化的反映都稱為信息。一般的信源發出的消息往往是時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。例如某電報系統是二進位信源，則發出的是一串「0」和「1」的序列。在實際情況中，多符號離散信源發出的每一條消息中所包含的符號數一般來說是不相同的，而且消息的長度也是隨機的。對於信源序列輸出中每一位出現什麼符號是隨機的，若輸出消息符號序列中前後符號的出現是彼此無關的，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係，不是統計獨立的，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，必須按照某種規律進行排列才能具有意義。如出現「萬裡長」三字時，後面是「城、」、「江的可能性較大，而出現其它字的可能性較小。這就是說信源輸出序列中的一個符號的出現，是與它以前符號出現的情況有關聯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複雜和困難的，為了便於研究，必須對實際的多符號離散信源作一些假定使問題達到簡化。實際的多符號離散信源X＝X1X2X3……在不同時刻的隨機變量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變量的統計特性隨著時間的推移而有所變化。但是為了便於研究，假定隨機矢量X＝X1X2X3……中各維聯合概率分布均不隨時間推移而變化。這種多符號離散信源稱為多符號平穩離散信源。假定這種信源發出的每一條消息均由N個符號組成，字符、消息之間統計獨立，互不關聯，而實際信源發出的消息之間通常是相互關聯的，把信源發出無限長的符號序列中的每N個符號看作一組，組與組之間統計獨立，每一組的統計特性相同。這樣，多符號離散平穩信源就可由N個隨機變量組成的隨機矢量X＝X1X2X3……XN來表示對於發出N長無記憶符號序列離散平穩信源的熵H(X1X2X3……XN)，應等於發單個符號消息的信源熵H(X)的N倍，即H(X1X2X3……XN)＝NH(X)比特/符號序列。
而對於N長符號序列有記憶離散平穩信源的熵，H(X1X2X3……XN)＝H(X1)+H(X2/X1)+H(X3/X1X2)+……+H[XN/X1X2X3……X(N-1)]因為H(X/X)＜H(X)，所以H(X1X2X3……XN)＜NH(X)。
綜上所述，信源發出每一條消息均由N個符號組成是一種假設，但實際的多符號離散信源發出的每一條消息中所含的符號數，一般來說也不相同。而對於多符號有記憶離散平穩信源，符號之間的條件概率是先驗的，即事先確定的。這些缺點，對於複雜的事後不斷發展變化的信源或系統很難進行熵的度量。如果不考慮每一消息中所包含的符號數量，無論是一個、二個還是N個，即消息中的符號數是隨機的，這裡不把一個符號當作一個信息單元，而把一個消息當作一個信息單元。那麼，這個信源就是一個單消息離散信源。如你考上清華大學了嗎？無論考上與否，其的熵為1比特/系統的錄取單元。而問你的高考成績是多少？假如高考總成績為750，那麼它的熵為9.55比特/系統的成績單元。雖然9.55＞＞1，但即使得到高考成績的消息，這個信息量較大是9.55，它並不能確定是否考上清華大學這個消息，雖然考上清華大學的信息量較小是1，這是由於二者的系統單元不同。正如水的比重是1000克/每立方分米，而水銀的比重是13.55克/每立方釐米，雖然1000＞＞13.55，但不能說，水的比重比水銀大，因為它們所指的對象即系統單元不同。對於人體運動熵的測量，人體的各種行為是由若干個動作按時間、空間組成的。首先確定的系統單元是一個動作，它的時間是從一個動作的開始到這個動作的結束，如蛙泳中完成一次上肢與下肢的打水，即人體的一個消息，而不是人體的一個信號，即各個運動單位中運動神經元的動作電位，人體的每一個動作是由若干個運動單位中的動作電位按時間、空間總和而成的，一個人體信號就是一個運動單位中運動神經元的一個脈衝，一個動作是由若干條線路中的若干個脈衝以不同的頻率在一定時間內總和而成的，其中線路即運動單位中的神經元。所以若以動作電位或人體信號為計算人體信息量的系統單元，將使計算複雜化，並且有些動作電位在正在運動的人體中難以測量，如怎樣從正在蛙泳的人體身上測量到全部運動單位的動作單位。因此，如果以一個動作為計算人體信息量的系統單元，那麼將使問題簡單化，還是以蛙泳為例，蛙泳是一種周期運動，一個蛙泳動作包含五個時相，在五個時相中各個時相對應且基本一樣，從運動生理學的角度來講，相同的動作是基本相同的運動單位興奮的時間、空間總和。即在時間、空間上的相同動作是若干個運動單位基本相同的動作電位序列。具體地說，是在有意識地控制下的若干線路的不同頻率、相位的時間空間總和的一致，或者不同運動單位的動作電位的波形在這個周期與上一個周期的相同的不同運動單位的動作電位的波形在頻率、相位及脈衝個數等各方面的統計平均值的基本一致。假如在T1時刻到T2時刻，某個人在水中不停蛙泳，一個動作的時間為3秒，T2-T1為10分鐘即600秒，那麼在這段時間內，蛙泳的動作數為200個，如果2個動作呼吸一次，那麼考慮呼吸運動更為精確的動作一樣數為100個。這個系統的信息單元為一次呼吸及2個蛙泳動作，從理論上講，在600秒內人體系統只輸出了100個一樣的消息，那麼在此期間的人體平均信息量為log1＝0。人體的運動熵最小。熵，從理論上講越小，表明系統越有序。但理論必須與實際相結合才有意義。作為人體而言，不可能在作不同目的的有意識動作中600秒鐘、6000000秒鐘只呼吸一次，也不可能一個蛙泳動作用600秒鐘，假如一個蛙泳動作用了600秒鐘，4小時作了24個動作，雖然人體的運動熵為0很小，但人體在運動過程中的疲勞感、飢餓感等直接向大腦發信息，大腦必須處理這些來自生理的需要，來克服當前的困難，努力堅持下去，這些對於大腦來說，就意味著除了在指揮蛙泳這一動作外，還要接受另外的感覺並努力克服身體的不適，這個過程在人體內都有具體的動作電位及運動系統的相應興奮與運動，最終導致動作的變化。因此，大腦由原來專心一個目的的工作，變成了兩個或更多個目的的工作，運動系統的狀態數目也相應增加。可見人體運動的熵增加了。所以關於動作的時間周期問題，要首先符合人體的生理特性及當時的需要。雖然動作表明快、多時，人體的運動熵大，但遇到洪水、火災等危險情況，快速轉移到安全地方，使身體避免受到傷害。而我自巋然不動表明的人體熵小，而遇到了洪水或火災的襲擊，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，人體運動的熵小，表明人體處於一個相對有序的狀態，有利於人體的生存與發展。睡眠是人體必不可少的一項低熵運動，可加強同化作用，加強營養的吸收和能量的儲存，使人體得以休養生息。因此睡眠的過程中，人體有意識運動的熵幾乎為0。如果某人從22時睡眠到次日7時，期間次日4時起床小便到4時10分。從中可知，某人睡眠8小時50分即530分鐘是一種狀態，而10分鐘是另一種狀態，其人體運動的熵H(X)＝-530/540LOG530/540-10/540LOG10/540＝0.02647+0.03208＝0.0585比特/每個狀態。
人體幹較重的體力勞動，時間長了會感到骨骼肌發酸、無力，表現暫時的工作效率降低，準確性較差，這就說明疲勞產生了。持久的肌肉活動，使肌肉的工作能力降低，以至完全消失，這種現象就叫疲勞。肌肉本身長時間收縮後引起的疲勞，叫收縮性疲勞。刺激肌體運動神經，時間較長後，所支配的肌肉收縮能力低下，這時如直接刺激肌肉本身，還能引起正常的收縮，這說明神經衝動不能通過神經肌肉接頭傳遞給肌肉，也就是說神經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，往往是上述兩部位還沒有出現疲勞的時候，肌肉的收縮能力已經下降，這是神經中樞發生疲勞引起的，叫中樞疲勞，因神經中樞的機能複雜代謝率最高，所以最容易引起疲勞。正常體內肌肉的收縮，是由神經中樞部位產生的興奮，通過傳出神經而發起的，故勞動所產生的疲勞最先或主要是中樞性疲勞。各種疲勞的產生，基本原因在於代謝產物如乳酸、二氧化碳等的堆積和營養物質的耗竭。收縮性疲勞產生的原因，主要是酸性代謝產物的堆積，如步行時間較長，腿走累了，用熱水洗腳，促進下肢血液循環，移除代謝產物，有助於疲勞的恢復。傳遞性疲勞和中樞性疲勞是由於神經肌肉接頭及神經突觸部位化學遞質的感到過度消耗而造成的。常會看到，技術熟練的工人、農民持續很長時間的勞動也不產生疲勞，由於他們工作熟練、精神不緊張，神經中樞的活動適度，從而肌肉收縮有一個最合適的負荷和最適的節律，在這種情況下，動作協調，工作效率最高能量消耗較少，所以不易疲勞。這是生理學的解釋，而疲勞產生的數學依據是運動熵的大小所決定的。因為技術熟練的工人、農民在勞動過程中較不熟練者的多於動作、僵硬動作明顯少，且節律較為穩定，即動作的狀態數量與費力動作的數量少，所以在相對代謝率基本相同時人體的運動熵小，能量消耗少，故不易疲勞。從能量代謝的角度而言，機體每天消耗的能量，最後均以熱能向體外放散，故機體產生熱量就意味著消耗能量能量的根本來源是糖、脂肪和蛋白質所蘊藏的化學能。這三種物質在體內不斷地氧化分解。將蘊藏的化學能逐漸釋放出來，其中一部分能量變為體熱以維持體溫，一部分能量儲存於ATP中成為化學能為神經、循環、呼吸、肌肉收縮等器官系統的生理活動提供能量。肌肉運動可直接影響能量代謝，人體處於安靜狀態時，骨骼肌產生的熱量僅佔全身產熱量的20％，在劇烈活動時，佔90％以上；當人的精神活動和情緒活動處於高度緊張狀態時，如恐懼、焦慮時，能量代謝往往明顯升高，這種影響是通過中樞神經系統的緊張活動，直接加強了骨骼肌的緊張性，使產熱量增加。另一方面由於中樞神經系統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代謝過程，使產熱量增加。
在從事各種活動時，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。基礎代謝量是人體在絕對安靜下維持生命所必須的能量消耗，單位時間內的基礎代謝量稱為基礎代謝率。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，它等於120％的基礎代謝量。能量代謝量是人體在運動時所消耗的總能量，它包括基礎代謝量、維持體位所增加的代謝量和運動時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，對於中樞性疲勞而言，中樞包含的中間神經元數量越大，中樞也越容易產生疲勞，中樞性疲勞是不容易恢復的。一些忙亂、緊張、呆板、僵硬、多餘的動作都是參與運動的中間神經元數目增加的運動表現。忙亂、緊張狀態是大腦皮層興奮與抑制爭鬥的表現；多餘動作是大腦皮層興奮過程擴散的結果；僵硬、呆板是一些神經元持續興奮的表現。因此同時增大了中樞、傳遞、收縮的消耗，故增大了人體能量消耗，所以不易持久。但是由於人體的新陳代謝具有流量特性，相應地增大能量消耗，即異化作用的增強會促進同化作用，並不是沒有條件的。由於精神緊張而產生運動的紊亂，紊亂的運動超過一定限度就不利於新陳代謝，參與紊亂動作的神經元數目的增加，會使大腦皮層的興奮度增加，達到一定強度就會影響大腦皮層對植物神經的控制並使之弱化，而不利於腸胃的吸收。因此對於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，並不一定能得到相應的能量補充。只有在不影響植物神經功能的條件下，才能保證新陳代謝的正常進行或加強，即在人體隨意運動熵小的條件下，體內消耗的能量就能得到相應的補充，增加相對代謝率也能保證新陳代謝的正常進行。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動，也可以參與隨意運動熵相對大一點的運動，因為其承受能力要強一些，而不會影響自身的植物神經功能。這就是說，在人體隨意運動熵小的條件下，延長運動時間或增加相對代謝率的運動，才是使新陳代謝正常進行或加強的有效方法。疲勞是紊亂成份的增加的運動。這裡熵表示運動的有序程度，商表示能量消耗的多少。
當實現某種隨意運動時，大腦發出一連串的興奮傳向骨骼肌。隨意運動是為了達到某種目的而指向一定目標的運動，絕大多數較複雜的隨意運動都需要經過反覆練習逐漸完善和熟練掌握。在做一項已熟練掌握的隨意運動時，不再需要思考具體動作如何進行，運動即可下意識地順利完成，一般認為這是因為運動的複雜細節已被編成運動程序儲存起來，可以隨時調用而完成運動，就象計算機工作時調用編好的程序一樣。如果一個複雜的隨意運動調用一次運動程序，那麼N個相同的複雜隨意運動，就要調用N次運動程序，一次運動程序的完成相當於一個時間序列，N次運動程序的完成相當於N個時間序列，因此完成N個相同的複雜隨意運動的人體運動熵為0，這是理論數值。在實際中，只能說動作的相似程度接近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/動作序列而相似程度為90％時，其熵為H(X2)＝-0.9LOG0.9-0.1LOG0.1＝0.136+0.332＝0.196比特/動作序列顯然H(X1)＜H(X2)，所以相似程度越高，人體運動熵越小。
而相似程度為90％，剩餘10％的動作雖然與主要動作不一樣，但它們也不相同，假設剩餘10％的動作由兩種組成，各佔動作總數的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/動作序列顯然H(X3)＞H(X2)＞H(X1)，這裡的對數均是以2為底。
在實際中，每個動作的時間不可能絕對相等，每個動作的空間軌跡也不絕對一樣，相似動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動軌跡來考慮，只要是同一目的的相似動作都可認定是相似動作。例如會遊泳的人與不會遊泳的人，他們的運動熵是不同的，不會遊泳的人就無法在水中連續不停地遊下去，只能是遊遊停停，對自己的動作作不斷的校正或有意識地改變動作中的不正確部分，顯然不會遊泳的人的人體有意識運動熵比會遊泳的大，相應的能量消耗也多。
以上是指有意識積極運動而言，如中途休息雖然也是另一種運動狀態，可減少能量消耗，但不屬於有意識的同一目標的積極運動。人體運動熵的觀測是以滿足生理需要或在生理正常活動範圍之內或人體承受能力之內為前提的，一般情況下，人體的正常活動是日出而作，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，夜間睡眠八小時，是以一天為一個周期的。大腦在睡眠時意識暫時消失，而在覺醒時有意識，這裡所提及的熵、人體運動熵全稱應為覺醒時人體有意識隨意運動熵，也稱為隨意運動熵。所以對於人體運動熵的觀測應為人體在覺醒狀態下的即除睡眠之外的，如果失眠，也應按覺醒考慮。
若運動與休息各佔50％，其熵為1比特/狀態。若每6秒作一個有意識的動作且每個動作的目的各不相同，理論上講，在600秒鐘內的人體平均信息量最大為log100＝6.64比特/動作序列，在此期間的動作有蛙泳、被水嗆了一次站在水中咳嗽了一會、上岸、抽菸、下水、不小心與別人相撞等。睡眠通過計算得出是一種能量消耗極低、隨意運動熵極小運動，百米衝刺是一種能量消耗極大、隨意運動熵小的運動，遇到危險，驚慌失措的離開是一種能量消耗大、隨意運動熵大的運動。
在對人體隨意運動熵的計算中，是對已經完成了的運動進行統計的結果為依據的，是有一定概率分布的，而且它們是一個完備集。時間可以從1秒鐘、1分鐘、1小時到1天、1年、80年，一般是對某一時間段進行計算的，如20分鐘、1小時、一年等，而1秒鐘的計算沒有多大實際意義，1秒鐘的熵小並不等於1小時的熵小，而1小時的熵小則意味著對1小時內的各時間單位或運動單位進行統計平均計算的熵小。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。
當機體的某一部分感受了有效的刺激而發生反應時，從外表活動來看，可以區分為兩種不同表現一種是由相對靜止狀態變為明顯的活動狀態，或由較弱的活動變為較強的活動，稱為興奮；另一種是由明顯的活動狀態變為相對靜止，或由較強的活動變為較弱的活動，稱為抑制。抑制並不是沒有反應，它是與興奮相對對立的一種主動過程。以上說的是人體的外在表現行為，而興奮和抑制也是高級神經活動的基本過程，這兩種過程的交替，貫穿神經活動的始終。大腦及神經系統的反射活動，都要在它的基礎上進行。興奮與抑制是同一大腦皮層部位活動的兩個方面。它們雖然作用相反，但又互相依存，相互轉化。皮層的某一部位有時興奮佔優勢，有時抑制佔優勢，就整個大腦來說，清醒時興奮佔優勢，睡眠時抑制佔優勢。人的思維等一切心理活動、條件反射的建立，都要在大腦的活動狀態下，即興奮佔優勢的情況下才能順利進行。抑制並不是一個消極過程，它對於大腦健康而有效的活動具有保證作用。在抑制狀態下，皮層細胞不做任何工作，因此可以恢復它們的正常機能。全部皮層細胞都是如此，在大多數皮層細胞已經工作的條件下，全部皮層必須移行於抑制狀態，這是每天發生的事實，即睡眠。巴甫洛夫把大腦皮層的神經細胞看作是模範的最警惕的信號員。因為皮層細胞的信號活動，使人體能夠與周圍環境發生精確而迅速的適應，這確實是一種非常細緻的活動。於是它們的休息與機能的恢復必須立刻得到保證，這對於它們將來的精確工作是完全必要的。而睡眠抑制的發展正是對皮層細胞正常機能活動的有效保證。睡眠抑制不僅在正常狀態下有保護性作用，可促進皮層細胞工作能力的恢復，而且在病理狀態下還有醫療性作用，可以促進皮層細胞正常機能的恢復。大腦皮層的抑制活動，對控制和營養自律神經系以下的臟器來說，是很重要的一種活動。但是這種活動是極為脆弱的，若大腦皮層在強烈的或連續不斷的刺激下，大腦皮層首先遭受打擊的是抑制性活動，由於大腦皮層的抑制過程遭受了打擊，那麼大腦皮層則難於恢復自己的再工作能力，這樣長久下去，大腦皮層的功能就弱化下來，就不能正常調節所有自律神經系統內各臟器的工作以致發生各種各樣的病態。
高級神經活動的基本規律是興奮、抑制的擴散與集中和興奮、抑制的相互誘導。
注意從其發生來說是機體的一種定向反射。根據巴甫洛夫學說，注意的中樞機制是神經過程的誘導規律。按照這個規律，在大腦皮層上發生的每一個興奮中心，都引起周圍區域的抑制。因此，興奮就不會均勻地沿著整個皮層擴散開來。在每一瞬間，皮層上都有一個最優勢的興奮區域並與最清楚的意識狀態相聯繫。由於大腦皮層的一定區域產生了優勢興奮中心。注意是心理活動對一定對象的指向和集中。指向，是指每一瞬間，心理活動反應對象的瞄準，而同時離開了其餘不反映的對象。集中，是指對心理活動對指向對象的持續反映，集中是持續的指向深入的反映。每一瞬間作用於人刺激數不勝數，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行，它是各種心理過程共有的特性。注意只在覺醒狀態下發生，睡眠時，一般刺激不能引起人的注意，疲倦、瞌睡等狀態下也不能有良好的注意。網狀結構為大腦皮層和整個機體提供覺醒狀態，丘腦等部位控制著注意的轉移及對象的選擇，額葉參與覺醒水平的提高，人的語言提醒人們堅持注意的方向，使注意帶有有意性的特點。巴甫洛夫實驗指出，注意的中樞機制是神經過程的誘導規律，在每一瞬間都有一系列的刺激物作用於大腦，大腦皮層產生大量強度不同的興奮灶，其中最適宜的是中等強度的興奮灶，根據負誘導的規律，由於它的興奮，在大腦皮層的相應區域就產生了興奮活動，在焦點的部分具有一個優勢興奮中心，這就是注意的集中。注意的外部表現可以受意識控制，注意的穩定性是指注意力在一定對象上所持續的時間，是一種重要的注意品質。它不是意味著總是指向同一客體，活動所接觸的客體和活動本身可以有所變化，但活動的總方向應當是固定的。當一個學生在讀書、寫字、算術等情況下，表現出穩定的注意的時候，他的動作所接觸的客體即讀的課文、寫的詞句、作的習題數字也象進行的動作即寫字時的手運動一樣總是在變化著的，但是總的方向是由應當完成的任務所決定的即讀完或寫完這一篇文章所決定的，所以始終沒變。因而一個人如果長時間地精神貫注於服從一個任務的某件事情，就可以說這是穩定的注意。從生理上來看，注意的穩定性意味著佔優勢的興奮中心始終是那些調節著作為統一活動的各個環節的動作的大腦皮層區域。如果客體和進行的動作是交替的，那麼注意就能長久地保持在高度的水平上，為了長時間地把注意保持在某一個東西上面，需要不斷地在同一東西發現新而又新的方面，對它提出的不同問題，進行相應的動作回答，而這些動作又要服從於人所追求的總的目的，雖然動作呈現多樣化，但是圍繞同一目的的。運用一個物品來進行某些動作而達到提高注意的穩定性是特別重要的，這樣就能維持大腦皮層的活動狀態，這種狀態是保持皮個別區域佔優勢興奮性所必需的。表現於外部的運用物品的實際動作，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方面來了解一個對象，更好地去感知它。甚至在完成簡單的和多次重複的動作的時候，如果那些每一次都要求完成一定動作的刺激物總是支持著注意，那麼注意就能保持很長久。從有關注意的穩定性論述中可以看出，隨意運動熵小的導引自行車基本符合上述要求，因此本實用新型從心理學的角度而言，可以提高注意的穩定性，延長注意的時間且消耗不大。
注意的廣度是一個人在同一時間內所能清楚地把握的對象的數量，注意是一種有限的心理資源。從能源上講，可以把它比作發電站，它只有一定限度的發電能力；從空間上講，容納了某種信息就不能再容納其它信息，因而注意的範圍是有限的。當人在對事物發生注意時，他的各級神經組織都要發生相應的變化，在他的大腦皮層內與這種事物相應的部位，就形成優勢興奮中心。
從注意的範圍而言，它在同一時間內是有限的。注意是動態變化的，猶如流水澆地，水的流量在相應的時間內是基本上一定的，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。
認知心理學認為，監督加工器是一個愛管閒事的裝置，它傾向於受任何發生事情的影響而成為一些動作的驅動，不論這個事件是外部的還是內部的。管理監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，讓監督加工器在做一些不費力的事情上用盡它的全部應變能力。這樣心理就能夠不受監督加工器的影響而起作用，它使心理的注意能力被佔據著，它給監督加工器一些事情做並有效地跳過內在的意識機制的監督和指引。不管是什麼活動，它必須是做起來簡單，但又使心理不得空閒。現在設想把這個監督加工器關閉，人就進入了另一種狀態，如睡眠狀態、麻醉狀態等。以冥想為例，猶如氣功的入靜或瑜伽的冥想狀態，人隨著呼吸的起伏默默地數數，讓意識去做一些重複性的不重要的事，把注意力吸引到機械性的活動上去，機械的簡單的活動佔據著它，又減弱它的監督指導作用，這就差不多關閉了監督加工器，這時其它一般加工器還可以照常操作，或者也可以相對減弱，而監督加工器可在必要時隨時啟動，對一般加工器的操作進行監督。
語言和言語在人類的思維及整個心理活動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、以語法為構造規則的符號系統。巴甫洛夫把它叫做第二信號系統。思維是以感覺、知覺、表象提供的材料為基礎的認知過程的高級階段。感覺和知覺只能個別地反映事物的現象，而思維則能全面地反映事物的本質。思維過程是藉助語言和言語來實現的。現代電生理學的研究表明，人在思考問題時，第二信號系統起著重要的調節作用。大腦中進行智力活動時，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，可在手指上顯示出活動，但喉頭、舌部沒有電位變化，這說明進入大腦皮層的動覺衝動保證著思維活動的進行。這說明人在默默思考時，內部語言參加活動，雖然聽不到發音器官的聲音，但它的肌肉組織仍在活動，並向大腦皮層發送動覺刺激，這種刺激是在人思考時所不可缺少的。
記憶是大腦對經歷過的事物的反映。人的記憶特點主要是通過詞，人的大量記憶是屬於詞的記憶，詞是構成語言的單位，從生理上來看，記憶是暫時神經聯繫的形成、鞏固和再活動。想像是一種形象化的，富於創造性的思維活動，想像的基礎是記憶。感覺是大腦對現實事物個別屬性的直接反映。知覺是大腦對直接作用於感官的客觀事物整體的綜合反映。知覺不僅要受感覺系統生理因素的影響，而且極大地依賴於一個人過去所記憶的知識和經驗。因此心理學的認知過程主要是以言語的活動為物質基礎的，而言語是以舌、喉頭、嘴等的運動為基礎的，涉及言語運動的肌肉與第二信號系統對應稱為第二隨意肌。所以第二隨意肌的運動狀態決定著認知過程，主要涉及人體完整控制系統的系統部分，與生理學的高級中樞神經系統活動相關。
通過對心理學認知過程的闡述可知，人的注意相當於監督加工器，它在人覺醒時，在同一時間內，注意力是有限的，但是是時刻不停地運動變化著，即注意力有剩餘的部分時，它就投向別的事物，注意力不夠用時，就不能全面地感覺事物。
大腦對信息的處理加工，在同一時間內也是有限的。儘管在同一時間內，人可以做幾件事，例如思考問題時輕敲手指，開車時說話，繪畫時唱歌等等，可以看作大腦有兩個或兩個以上並列而分開來的加工器。思考問題時輕敲手指就是由於輕敲手指的控制系統與思維的控制系統是基本分開的，它們之間的幹擾較小。雖然司機在開車時可以與同伴說話，但當進入一個困難的行車條件時，司機傾向於把與同伴的談話放慢或者停頓下來。這充分說明大腦儘管有兩個或兩個以上並列而分開的加工器，在同一時間內加工器工作的數目是一定的，即反映心理活動的或人體對信息加工處理的人體行為如說話、動作的數量與力度是有限的。全面了解心理活動，就要全面了解監督加工器和加工器的所有工作狀態，即注意力和大腦的工作，他在關注著所有的什麼、在想所有的什麼、在做所有的什麼和在說什麼。
通過了解高級神經活動的基本過程興奮和抑制，高級神經活動的基本規律興奮、抑制的擴散與集中和興奮、抑制的相互誘導，以及關於注意概念的學習，可以從宏觀上推斷出，注意具有有限的變化流量特性，注意力的強弱代表當時興奮的神經元的數目多少與正在興奮的神經元的發放頻率的大小。因為注意產生於感覺。人與人之間，自己的各個時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、準備睡眠時的注意力都不一樣。人在睡眠時幾乎沒有注意力。優勢原則表明當興奮強度與自身的承受能力相匹配時，興奮區域小，則抑制區域大，因為大腦皮層的整個區域是一定的。如果增大興奮區域則對事物的關注程度會降低，也會減少抑制區域，如同時與兩個人談論不同的複雜問題，很難有較圓滿的回答。如果增加興奮強度，則超出自身承受能力，會轉移興奮區域，這樣興奮區域的興奮不易持久，如作引體向上。如果減小興奮區域，又會引發其它的興奮區域，如走路時交談。在睡眠時大腦皮層幾乎都是抑制區域，在覺醒時抑制區域是由興奮區域決定的，它處在沒有興奮的區域。抑制活動的強弱和區域的大小決定著人體能量的消耗與能量的吸收，因為抑制活動對大腦工作能力的恢復、控制植物性神經的活動有重要作用。因此，在覺醒狀態下，要想在一段時間內，如半個小時的時間內，大腦皮層有一個相對穩定的、區域較大的抑制區域，來減少能量消耗、增加能量的吸收，就要選擇興奮區域，選擇興奮區域的標準是與自身的承受能力相匹配，基本上全部利用了當時興奮的神經元，而且要保持該興奮區域的位置基本不變，運動時引起的交感神經的興奮，在運動停止後能較快地抑制，這也是積極性休息的標準。這樣興奮區域的穩定，注意力穩定，那麼抑制區域也是相對穩定的，表現為動作的穩定、有節律、有些部位沒有多餘動作，如靜坐釣魚，因此大腦可以達到較好的積極性休息。
注意的流量特性從微觀上講，注意是若干個神經元的交替興奮，這種興奮是大腦能夠感知到的，在睡眠時大腦是幾乎不能感知的。覺醒時，大腦皮層有若干個興奮區，每個興奮區有若干個興奮點，每個興奮點由若干個神經元的興奮組成。但是在每一時刻只有一個興奮點，當這些興奮點的依次轉換而沒有偏離其所在的興奮區域時，那麼這個興奮區域便構成了優勢興奮中心。因此興奮點是指某一時刻，而優勢興奮區域是指某一時間範圍，在一段時間範圍內優勢興奮區域可以是基本固定不變的，而興奮點卻時刻在變，如在大腦皮層有一個興奮區域-打籃球，而運球、傳球、投籃、搶藍板、防守等興奮點卻時刻在變，但它們都是在打籃球這個範圍內。
如果把人體看作一個完整系統，那麼在相應時間內，系統的各個向量的狀態就決定系統狀態。所以，只要把握住系統的各個向量，就把握住了系統的狀態。
人的心理主要是通過言語和行為表現出來的，因為言語和行為受心理的支配。言語和行為是一個人對所處情境的一種反應系統，它包括肌肉運動、腺體分泌、口頭言語、表情等，它是由一系列反應動作所組成的。刺激引發人的行為往往不是直接的，而是通過人的心理為中介。
需要是機體對內部環境和外部生活條件的穩定要求，是賴以生存和發展的必要條件，需要有生理需要、安全需要、社交需要、尊重需要和自我實現的需要等五個層次。生理和安全需要在人類各種需要中具有最強的優勢，當一個人為生理需要所控制時，其它一切需要均退居次要地位。生理需要有飲食、呼吸、睡眠、排洩等，是最基本的強烈的需要；安全需要是要求穩定安全、受到保護。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實事物所抱態度的一種主觀體驗，它是大腦對客觀事物與主體需要之間關係的反映。
由此可見，情緒與需要有關，需要是人體對內部環境和外部生活條件向穩定性強發展的要求，其最終目的是人體新陳代謝的穩定、有序。所以情緒實際上與新陳代謝有關。當然需要通過大腦的認知也影響新陳代謝、情緒。如在滿足基本需要之後，就可以有穩定的情緒，但大腦又有更高的需要，其實尊重的需要、自我實現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自己洗衣做飯的人、自由的人與住在監獄的人等它們主要差別在於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生情緒。顯然人是要追求高層次的新陳代謝的形式，因為這樣可以最大限度地滿足自己隨時變化的新陳代謝的需要。但需要取得超人的業績讓他人尊重自己，實現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，因為新陳代謝是體力、腦力勞動的能量來源，所以在不影響新陳代謝穩定的範圍內，在奮鬥過程中，情緒是比較穩定的，當新陳代謝的穩定受到影響或大腦意識到將要受到影響時，也產生情緒。所以當新陳代謝的穩定受到影響或大腦認知新陳代謝的形式與他人不同時都產生情緒。前者是實際存在的一時難以改變，後者是認知的，是可以在短時間改變的。
情緒與植物性神經系統的聯繫是十分密切的，人在情緒狀態下表現出許多生理反應。在情緒的刺激作用下，通過自主神經系統的活動，廣泛激活機體各器官和組織產生明顯的超出常態生理節律的生理反應，自主神經系統的活動並非情緒產生的中樞機制，它的活動對情緒起著支持和延續作用。它由交感神經和副交感神經兩個分支系統構成，控制和調節內臟器官的活動。在憤怒、恐懼等情況下，交感神經興奮，促進糖元分解、促進腎上腺素分泌，導致機體代謝加劇以動員儲備能量釋放，提高機體的適應能力，應付環境的緊急變化。在不同的情緒狀態下，呼吸系統、消化系統、循環系統、腺體以及內分泌活動都有相應的變化。平靜狀態下，呼吸為每分鐘20次，憤怒時，呼吸為每分鐘40次。笑時呼氣快，吸氣慢，驚訝時吸氣約是呼氣的三倍。平靜時，心跳正常，血管舒張；憤怒或恐懼時，心跳加速，血管收縮，血壓升高，血糖增加。愉快時，消化液分泌增加，胃腸道蠕動加強，因而食慾旺盛；焦慮和悲傷時，消化系統的活動受到抑制，食慾減退。情緒狀態不僅發生在外周性變化，也發生在中樞性變化。情緒發生時，大腦的活動用腦電掃描器顯示有明顯的變化。情緒是神經系統多級水平的活動，中樞部位越高，其調節功能越明顯。大腦皮層是情緒的最高調節器，它控制著皮層下中樞的活動。現代研究一般支持這樣一種觀點，即情緒為三種因素所制約環境影響、生理狀態和認知過程。其中認知因素在情緒的產生中起關鍵性作用。無論積極性的與消極性的的情緒，都不如處於安靜狀態時對身體有建設性意義的恢復作用。情緒是由需要產生的，以新陳代謝的紊亂或擾動為結果的。
人積極要求改變現實，並通過行動去反作用於外部世界的心理因素，構成了人類心理過程的另一個重要方面意志過程。它是和認知、情緒並存的一種重要的心理過程，是人類特有的心理因素，集中地體現了人類心理的自覺能動性。人的行動是由動作組成的，人生來就會吞咽、眨眼等動作，這類動作是不學而能的，是通過遺傳獲得的，是無意識的，即不隨意運動。不隨意運動不表現人的意志。走路、騎自行車、寫字等各種操作機能是後天學會的，這類動作要受意識支配，稱為隨意運動。意志行動是通過一系列隨意運動來實現的，隨意運動是感受和效應過程組成的複雜的機能系統。通過返回傳入效應器的肌腱運動會返回到大腦皮層運動分析器，因而主體能感受到運動的情況，並靠這種運動的反饋，不停地修正著運動以符合當前現實的要求。每一個動作的完成，在很大程度上依賴於來自效應器的返回傳入，大腦皮層通過運動感受器接受返回傳入以實現對運動過程的調節，即下一個動作中含有前一個動作完成後效應器的返回傳入信息。大腦皮層分析器可以把複雜的動作分解為許多細小的成分，並把它綜合為各種不同的混合，使人體的運動達到巨大的多樣性和精確性。此外，詞語是全部高級神經活動中隨意運動的高級調節者，它在人的意志行動中起著重要主導作用，大腦左半球言語中樞是意志的控制部位。
意志是意識能動性的集中體現。意志依賴於認知，更深一步的認知需要意志的努力。積極與消極情緒是意志的動力與阻力，意志可以調節控制情緒，認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。通過認識理解到行動的重要性，通過意志努力抑制消極情緒，堅持通向目的的行動。理智戰勝消極情緒的關鍵在於能否發揮第二信號系統的高度的調節作用。意志堅強的人可以克服和消除各種消極情緒的幹擾，使情緒服從理智，把意志行動進行到底，而意志薄弱者，往往被消極情緒所左右，使意志行動無法進行到底。這是心理學中關於意志、認知、情緒的關係，其沒有從數學的角度作定量的闡述。從人體完整控制系統的角度而言，人體由輸入、系統、輸出、能源等部分組成，輸入部分相當於通過注意選擇感受器上的感受信息，系統部分相當於中樞神經系統，輸出部分相當於肌肉運動，能源部分相當於新陳代謝的產生能量，系統對輸入的響應產生認知過程，系統對輸出的控制產生意志過程，系統對能源的研判產生情緒過程。人體的注意是有限的，肌肉運動是有限的，能量供應是有限的。而注意的來源於體內變化與外部環境的變化，所以當體內變化接近於能量付出或運動變化的最大值時，注意就會幾乎全部集中於人體本身。即在每一時刻人體的運動幾乎用盡其全部的運動單位或能量，則可以引起對自身注意的集中，當然採用用盡能量的方法是不易持久的，而採用用盡運動單位的方法，在相對代謝率小的條件下是易於持久的。利用這個原理就可以解釋意志、認知、情緒的關係。意志是通過運動系統來實現的，肌肉是由運動單位組成的，而運動單位的運動神經元是中樞神經系統的最後公路，中樞神經系統對注意的響應產生認知，所以意志依賴於認知。意志活動通過反饋聯繫到輸入，引起注意傳到系統產生認知活動隨著意志的努力即多次動作的反饋，從而加強了系統對意志過程的認知，因此說更深一步的認知需要意志的努力。積極的情緒是意志的動力，是因為通過認知的研判有利於自身的能量供給或提高新陳代謝的形式，會使人的行動有了動力，雖然情緒狀態是一種紊亂，隨情緒的強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，又是行動的動力，關鍵是利於集中注意使這種狀態易於持續，有利於運動的有序。而正在認知或預期自身的生理需要、安全需要或新陳代謝的形式不利於自身時，行動便失去了動力，表現為這樣不行，那樣不可等的動作紊亂現象，動作的紊亂實質是反射次數的增多，將增加骨骼肌的收縮次數、中間神經元的參與數目，從而加大不必要的能量消耗，並有可能使新陳代謝的功能受到影響，所以消極情緒這時就成為意志的阻力。意志與情緒均需要經歷感覺注意、認知，相當於從輸入到系統處理的順序，而後才產生意志與情緒，是通過認知產生的。二者可以同時產生，也可互為先後，它們可看做是一次反射的效應過程，情緒可以不產生，意志活動則一定產生，如伸手拿筆寫字，走路等都可在沒有情緒的情況下進行。情緒的產生要通過具體的骨骼肌紊亂運動來體現，如吹鬍子瞪眼、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的紊亂，從而影響付交感神經的功能，嚴重時引起內臟活動的紊亂，通過反饋將體內紊亂的信息傳到輸入，從而使消極情緒的延續而不利於自身的健康。而意志活動也需要用骨骼肌來體現，在吹鬍子瞪眼、敲桌子摔板凳時，就不可能有其它的言語肢體活動，而延續這紊亂的動作是無意義的，通過認知理解到這些，就要抑制消極情緒的發作，通過骨骼肌的最大限度的意志活動佔據著情緒的效應器，從而限制了消極情緒的效應，切斷了消極情緒的反饋，不支持消極情緒的延續。這就是說，意志堅強的人可以克服和消除各種消極情緒的幹擾，使情緒服從於理智，把意志行動進行到底，認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，通過認知理解到行動的重要性，通過意志努力抑制消極情緒，關鍵在於能是否發揮第二信號系統的調節作用。意志堅強和把意志活動進行到底以及第二信號系統的參與，都是指在單位時間內使更多的運動神經元或接近於能夠參與運動的最大數目參與一種運動並持久地進行下去，也是能夠引起足夠注意的參與運動的運動單位數目的最小值。因為注意來源於體內刺激與外界刺激，當外界刺激基本不變時，體內刺激決定注意，如果參與運動的運動單位數目較少，則該運動就不能引起足夠的注意，根據注意的流量特性和有限原則，注意的剩餘部分就會關注其它地方，不能體現為注意集中，如騎自行車；而參與運動的運動單位數目過大，接近於人體在單位時間內參與不同運動的運動單位數目的極限值，可引起足夠的注意，由於能量消耗很大，則不易維持一定的時間，如引體向上、衝刺跑，因此在單位時間內針對不同運動，存在一個能夠引起足夠注意的運動單位數目的匹配值。這個匹配值大於不能引起足夠注意的參與運動的運動單位數目，小於單位時間內能夠參與運動的運動單位數目的最大值。骨骼肌運動的一致性強，表明意志堅定，意志是通過認知決定的，所以認知過程是穩定的，即隨意運動熵小表明中樞神經或系統的穩定。意志的堅定、運動的有序，即輸出的有序通過反饋傳到輸入部分成為輸入的一部分，那麼注意是否集中在輸出上呢？回答是肯定的。因為注意是有限的，如果還關注其它不相關的事物必然引起相應的效應，從而影響運動的有序性。運動的有序表明人體運動狀態的各個向量的有序，這種狀態一段時間的持續表明十分接近於單位時間內能運動的最大值，注意的來源是體內和外界的，如果人體運動付出的是運動的極限值，則必然引起注意集中於此。所以意志堅定、運動有序、隨意運動熵小表明注意集中、認知過程穩定。情緒可以看做是對能量的感知或預期，情緒由需要產生，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。而意志堅定、隨意運動熵小表明自身的有能量能夠支持這種狀態，能量充足可以選擇相對代謝率大的運動，能量不十分充足可以選擇相對代謝率小的運動，所以情緒是穩定的。
注意的基本作用在於選擇信息，使之處於心理活動的中心，以便被有效的記錄、加工和處理。注意的集中是具有中等強度的興奮灶，而由於人體每天當中的機能狀態不一樣，與體質的差異，所以中等強度的興奮灶是相對的。隨意運動熵小表明注意集中，在不影響自身植物神經功能的條件下，熵值增加一點也表明集中，也可以表明注意的不集中，但注意不集中肯定是高熵運動，而隨意運動熵小肯定是注意集中的，因此隨意運動熵小在心理學上表明有注意集中、意志堅定、情緒穩定、認知穩定等心理正常健康的要素和新陳代謝正常的生理要素，所以堅持隨意運動熵小的運動可以使心理、生理活動處於正常健康的狀態。
實現本實用新型的優點分為器械部分和理論部分。理論部分的優點在於，以隨機振動或相關函數的分析和數理統計的方法，闡述了生理學的新陳代謝、心理學的注意、認知、情緒、意志、意識、體育運動學的生物力學、導引養生運動等活動的內在的聯繫，綜合了它們共性的東西，得出了關於人體運動的數學分析方法。這裡人體運動的數學分析的目標是運動神經元，不僅是指控制四肢、軀體運動的運動神經元，還包括控制人體第二信號系統詞的言語等活動的運動神經元，如控制舌、喉頭等活動的運動神經元。這樣通過對運動神經元的數學分析，可以揭示一些人體運動規律的本質，從而實現了將資訊理論、控制論、系統論與人體生理學、心理學的有機結合，達到了將它們統一起來的目的。從生理學上分析，新陳代謝是一種時刻不停的流量狀態，覺醒工作時交感神經興奮佔優，異化作用佔優，睡眠休息時副交感神經興奮佔優，同化作用佔優。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行。新陳代謝雖然也體現為能量代謝，但並不是能量消耗少，就利於人體正常的生命活動。對於不同的人或對於自身不同的身體狀態，過多或過少的能量消耗，都不利於人體正常的生命活動。只有根據具體情況選擇適於自身的能量消耗或補充，即維持同化作用與異化作用的平衡，才能利於自身正常的生命活動。從能量代謝而言，在食物、環境、體溫等因素不變的條件下，肌肉運動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動，也就控制了對人體新陳代謝的影響。從心理學的角度而言，注意是人在覺醒狀態下對感受器的反應，時刻不停地進行，也具有流量特性。人體在覺醒的每一時刻，由於支持注意的神經元是有限的，並且是小於全部神經元數目的，針對不同目標支持注意的神經元的有限值也不一樣。那麼在一段時間內，了解了在任一時刻支持注意的神經元與支持運動的運動神經元的位置、數目、發放頻率等也就相當於了解了人體巨系統的全部輸入和輸出，也了解了在這段時間人體在想什麼與幹什麼。雖然沒有了解全部的神經元的活動，由於任一時刻人體神經元興奮的最大值以被了解，其餘部分均按抑制處理，如引體向上、百米衝刺、專心釣魚等。這樣對人體在某一時刻神經元興奮最大數目的分析，同樣可以對人體運動的有序程度進行度量。
情緒是正在感知或預期的新陳代謝的紊亂狀態，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，均不對人體有建設和恢復意義。意識是心理活動的高級階段，意識來源於社會實踐活動，意識的紊亂可導致新陳代謝的紊亂，意識的有序活動有利於新陳代謝的正常進行，意識的有序程度與新陳代謝的正常進行有一定的閥值關係。意識是在言語基礎上產生的，言語是一種馬爾可夫信源，因此意識活動也是一種馬爾可夫信源，意識控制的骨骼肌的運動也是一種馬爾可夫信源，所以言語、意識、骨骼肌的運動是可以用資訊理論的方法進行度量的。
將人體從生理學上的八個系統為了便於人體運動的數學分析分為四個部分，它們與心理過程的對應關係是，輸出部分主要涉及意志過程，輸入部分和系統主要涉及注意、認知過程，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在或將來的新陳代謝的需要，情緒是自身正在感知的和對將來的預期，自身認為新陳代謝的層次越高越好，但無論層次的高低，只要能正常進行，實現同化作用與異化作用的流量平衡生命活動就能正常進行。並不是新陳代謝的層次越高，生命活動就一定正常，層次越低生命活動就一定不正常，如億萬富豪與工薪階層。人體運動的有序支持新陳代謝的正常進行，無論身體是在強壯時期，還是在虛弱時期，只有新陳代謝的正常進行，才能保證生命活動的正常進行，生命活動的正常進行就是生、老、病、死的生命歷程接近與理論值。人體運動在虛弱時期有序的成分相對少一些，在強壯時期有序的成分相對多一些，所以在虛弱時期應儘量延長有序運動的時間，來增加有序運動的成分，利於新陳代謝的正常進行。
器械部分的優點在於，採用了前輪驅動變速和後輪驅動變速，可方便地根據外界條件和體力情況調節，選擇合適的驅動速度，調節體力減少疲勞感，利於保持動作的一致性，以及相對代謝率的穩定，從而減少隨意運動熵；手柄在前輪曲柄上的固定位置連續可調，利於選擇合適的位置，可以對騎行控制的穩定效果進行調節，固定手柄的螺絲帶有扳手，可手動調節，方便易行，前輪曲柄末端有一橡皮球可預防手柄的意外脫落，並起到一定的保護作用。


圖1是本實用新型的結構示意圖。
圖2是前輪曲柄和手柄的結構示意圖。
圖3是人體完整控制系統與隨意運動熵小的導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級內變速前輪軸部件 8.裝有腳閘的3級變速後輪軸部件 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部感受的輸入 34.新陳代謝物的排洩 35.食物、水、氧氣等外界營養物質的輸入 36.新陳代謝的能源部分 37.對神經系統的能量輸入 38.對輸出部分的能量輸入 39.幫助新陳代謝營養物質的輸入 40.輸出部分 42.經注意選擇後向系統的輸入 43.系統 44.經系統加工處理後的輸出 45.輸出部分的反饋 46.器械效應的反饋 47.輸出部分對器械的控制信息 48.輸出部分的其它輸出 49.隨意運動熵小的導引自行車 50.器械的其它輸出具體實施方式
在圖中，車架(5)的車把立管傾角要小，這樣可使行使的穩定性增加，又利於增加手動支架(3)的調整範圍，根據不同的身材進行調整至使上身正直地坐在寬大的車座(6)上，可選用電動自行車的寬大車座且在鞍管內有彈簧利於臀部舒適地端坐。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)手動固定，前輪曲柄上有刻度(24)，在調整左、右手柄位置時，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級內變速前輪軸部件(7)，變速控制器固定在左車把上，後輪軸為裝有腳閘的3級變速後輪軸部件(8)，是在3級變速後軸部件裝進腳閘的結構，其變速控制器固定在右車把上。手動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，人體完整控制系統的輸入部分(32)在生理學主要涉及感受器、傳入神經等，在心理學上主要與注意有關；系統(43)主要涉及中樞神經系統、大腦等；輸出部分(40)主要涉及運動系統、內臟運動等；能源部分(36)主要涉及與新陳代謝有關的系統。系統與對輸入部分的反應體現為認知過程；系統對輸出部分的控制體現為意志過程；系統對能源流量特性研判體現為情緒過程。在騎隨意運動熵小的導引自行車時，骨骼肌的運動控制著車子，與騎自行車相比，由於上肢在控制行車方向的同時又要兼顧驅動前輪的運動，所以在同時轉動腳蹬、手柄一周為一周期的運動中，相應地比騎自行車轉動腳蹬一周的運動，參與的運動單位數目顯著增加，更接近於引起足夠注意的匹配值，因為少量的運動單位參與的運動，並不能引起足夠的注意，如騎自行車時許多動作是自發地做出的，並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、看風景、甚至一邊想心事，這時在道路上出現情況時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，是一個強度較小的刺激，相應地增加參與運動的運動單位會使刺激強度增大，更加接近於中等強度的刺激而使注意集中，隨意運動熵小的導引自行車運動就是向著這個方向設計的。也就是說，輸出部分對器械的控制信息量(47)大於對自行車的控制信息量，器械效應的反饋(46)的信息量也大於自行車效應的反饋信息量，這裡器械是指隨意運動熵小的導引自行車。這樣使得輸出部分的其它輸出(48)小於騎自行車時輸出部分的其它輸出，經注意選擇後向系統的輸入(42)的信息中，器械效應的反饋成份大於自行車效應的反饋成份，從而使得人體完整控制系統的輸入部分、系統、輸出部分投入於隨意運動熵小的導引自行車運動的成份較自行車運動增加了，且能量消耗沒有顯著增加。如果參與運動的運動單位接近人體的極限，由於能量消耗很大，即便在大腦皮層形成很強的刺激，也不易使注意集中時間延長。
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，運動神經元參與運動的數目及發放頻率是有限的，注意力是有限的但又不能停止的流量特性，中樞神經系統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，要以骨骼肌運動的有序為條件，其運動的有序表明系統處理信息能力的穩定。而注意力是有限的，通過注意選擇的信息處於意識活動的中心，則必然產生相應的效應，如果運動有序則表明注意有序，所以運動的有序表現為周期性或有規律的變化，而注意的有序表明注意的集中，也就是說相當於輸入部分的支持注意的傳入神經元也呈現為周期性或有規律的變化。參與同一運動的運動單位多，則利於運動的有序，否則根據新陳代謝、注意力的流量特性，不參與同一運動的剩餘運動單位由剩餘注意力驅動參與其它運動，影響運動的有序程度。用力量為主支持的有序運動，能量消耗較大，難於持久；以信息型支持的有序運動雖然相對代謝率低，但一般難於控制。隨意運動熵小的導引自行車正是提供了以信息支持為主有序運動的一種器械，其通過運動的反饋到輸入部分引起注意的信息量要大於騎自行車時的反饋信息量，所以在運動的有序性、注意力的集中程度較騎自行車都有所提高。
關於中外一些傳統的健身養生方法對人體產生良好效應的解釋，如打坐、瑜伽、五禽戲等。在佛家的打坐練習中，要求身體盤腿打坐，結手印，口念真言，這實際上是大腦有意識對幾乎全部神經元的活動進行控制，並使之有序。因為，人體在覺醒時，針對不同的運動，每一時刻參與的神經元的數目是不同的，而且是小於全體神經元數目的一個有限值。在每一時刻對身體的姿勢、手的形狀、言語的內容字或詞進行統一有序的控制，就幾乎控制了在這個時刻所有能參與活動的神經元，也就是說，決定該神經網絡模型在T時刻的狀態是由所建神經模型中所有處理單元的活躍值AI(T)所組成的狀態向量所決定的，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，那麼這種狀態只能對在這一時刻能參與活動的神經元的一部分進行有序控制，而參與手的抓耳撓腮的神經元，參與大腦的胡思亂想的舌、喉頭活動的神經元，都是無序的，顯然這種運動不是有序的。以口念真言「阿彌陀佛」為例，念5遍呼吸一次，那麼在一個周期中，身體姿勢不動，手的形狀不變，言語是口念或默念5遍阿彌陀佛，呼吸一次，如果每個周期為10秒鐘，進行30分鐘為1800秒鐘，有180個周期，若每個周期的隨意運動都相同，那麼在30分鐘內，是一個狀態，隨意運動熵為零，表明這種運動是一種最有序的運動。由於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動熵小的原理。在消耗能量較小的情況下，對人體幾乎全部的輸出進行了控制，並使之有序，輸入部分通過反饋聯繫也幾乎全部感受的是自身的身體姿勢、手的形狀、言語的內容等信息，這樣輸入也是穩定有序的，所以系統也穩定有序的，因而新陳代謝是正常進行的，從而利於身體虛弱、神經衰弱者的快速康復。而靜坐配合腹式呼吸是將全部注意力集中於小腸、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，那麼這種悠長的節奏是與消化管的蠕動基本頻率相吻合，為引起消化管蠕動的共振創造條件，從而加強其蠕動來增強同化作用。這種運動的宏觀分析，在每個周期中，靜坐姿勢不動表明骨骼肌的時相基本相同，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相基本相同，空氣新鮮利於深長呼吸，呼吸頻率為每分鐘2次，以呼吸周期作為人體運動的周期，由於這種運動的相對代謝率接近於零，所以內臟肌的運動的時相也是基本相同的，故在每個周期中，人體的運動狀態是基本一致的。從微觀上講，在每個周期中，每個神經元的運動時相也是基本相同的，即決定神經網絡在T時刻的狀態是由所組成的所有神經元的狀態向量所決定的，如果這種運動進行2小時，那麼在此期間，人體的運動狀態是一個，其隨意運動熵為零，這樣就是一個相對代謝率為零、人體隨意運動熵為零的隨意運動，即低消耗、低運動熵的運動，也就是說，以最小的能量消耗來保證生命活動正常的方法，也符合維持系統的有序要消耗能量的耗散結構理論，所以這種運動非常適合於身體虛弱、神經系統紊亂的神經症患者以及過度疲勞者的康復鍛鍊，也就是從理論上講，這種運動是保證新陳代謝正常進行而消耗能量最小的方法。因此使運動有序的條件是從宏觀上在骨骼肌運動、內臟肌運動和第二隨意肌運動三方面來分析，其中第二隨意肌的運動涉及思維、心理活動、意識活動等人體第二信號系統的狀態變化，一般而言是不易控制的，所以只有從參與其活動的神經元的數目來進行控制，也就是在每一時刻，了解了其全部能參與活動的神經元的狀態，也就了解了人體第二信號系統的狀態。人在騎自行車時，並不能保證心理活動的基本專一，會與人交談、胡思亂想等人體第二信號系統狀態的不一致的現象，也就是說人在騎自行車時，按照腳蹬一圈或呼吸一次為一個周期計算，一個周期中的部分骨骼肌的運動是周期的，而其它骨骼肌、內臟肌和第二隨意肌的運動都不是周期運動，因此每個周期並不是同一狀態，而是增加了人體隨意運動的狀態，這樣人體的隨意運動熵並不是趨於零的一個極小值。而隨意運動熵小的導引自行車運動，與騎自行車相比，在每個周期中增加了參與運動的神經元，並接近於引起注意集中的匹配值，在每個運動周期，人體第二信號系統的活動幾乎是一致的保持穩定，這時即使有一些無意義的額外刺激，也不會影響人體第二信號系統的狀態，顯然這種運動會加強其抗幹擾能力，而確保動作的穩定性與一致性，從而實現了隨意運動熵小的目的。
關於通過運動強身健體的導引鍛鍊方法，我國已有很久的歷史，早在《莊子》中就有「吹噓呼吸，吐故納新，熊經鳥伸，為壽而矣。此導引之法，……。」的記載，後漢名醫華佗，他把「熊經鳥伸」的導引運動發展為「五禽戲」。據《後漢書-方術傳》載，華佗對五禽戲解釋說「人體欲得勞動，但不當使其極爾，動搖則谷氣消，血脈流通，百病不生，譬如戶樞，終不朽也。為導引之事，熊頸鴟顧，引挽腰體，動諸關節，以求難老。」，晉朝的李頤在《莊子集解》中說「導氣令和，引體令柔。」，唐代的王冰在《補黃帝內經素問》中說「導引，謂搖筋骨，動肢體。」。後人根據上述關於導引的學說，創編了太極拳等運動，太極拳具有保持松靜狀態，運用腹式呼吸，動作緩慢柔和等特點，太極拳的每一動作圓柔連貫，每一式都綿綿不斷，好像一個完整的圈，猶如太極圖故名。而隨意運動熵小的導引自行車運動，充分體現了導引運動的特點，有些地方幾乎達到了完全接近理論的理想化，如妙手一招一太極，本運動就是通過上肢與下肢同時轉動一圈為一基本動作單位。可以想像兩手柄為一陰陽魚的雙眼，兩腳蹬為一陰陽魚的雙眼，在運動中轉動太極圖，來達到腳踩陰陽，手推太極的要求。但是中國古代的導引養生學說，只是形式上的解釋，沒有說明其真正的本質，本實用新型由於採用了人體完整控制系統的學說，在對導引養生學說的基礎上，更進一步地指出了其本質。在動作上，既體現了導引的特點，又符合人體運動的生理、心理活動規律。
腸胃平滑肌的生物電活動有兩種，一為自發的具有節律性的去極化波，這是緩慢的電位活動，稱為慢波；又一為重疊於慢波上的鋒形波，也就是動作電位。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，在迴腸則約為每分鐘8次。慢波並不引起平滑肌的收縮活動，當平滑肌受到刺激，慢波上重疊出現動作電位時才能引起肌肉收縮，動作電位數較多時，肌肉收縮幅度較大，至於慢波上重疊出現動作電位並引起肌肉收縮，那就決定於各方面因素的代數和，包括肌肉的、神經的和激素的興奮性及抑制性因素。這種慢波被認為是腸胃運動的基本控制系統。胃的蠕動頻率約為每分鐘3-4次。分節運動是小腸有節律的運動，分節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，迴腸次之，迴腸末端約為每分鐘6-8次，結腸具有類似小腸的環狀分節收縮，但其頻率較慢約為每分鐘2-3次。所以決定同化作用強弱的腸胃蠕動的波幅是以為每分鐘2-16次的頻率基礎上進行的。而本實用新型在騎行時四肢的運動周期為2-10秒鐘，其頻率為每分鐘6-30次，因此可以根據需要選擇運動頻率在每分鐘6-16次，為產生共振加強腸胃蠕動提供條件，從而加強同化作用。由於騎行速度緩慢，因此能量消耗不大，適於體弱者。
具體要求如下，頭頸，虛領頂勁，保持頭頸的自然豎直，自然向上虛頂，下頜微收，使頸椎松豎，引拔脊柱節節鬆開，上下一線。胸背，含胸拔背，儘量使胸部肌肉自然鬆弛，背部肌肉隨兩臂的伸展動作自然的舒展。腰臀，臀部松垂內斂平穩地坐在車座上，使腰骶保持自然中正的狀態，這樣易於空心實腹，使呼吸下沉，易於形成腹式呼吸，從而使呼吸細、勻、深、長，自然地與動作的屈伸升降結合起來。上肢，沉肩垂肘，肩關節肘關節放鬆，虛腋，使肘不貼肋，手臂在動作時，留有迴旋的餘地避免出現死彎或使動作中斷，腕的旋轉要與肩肘協調一致，在握緊手柄的同時應隨著肩肘的動作和手柄的升降纏繞柔和屈伸旋轉，從而體現出勢斷勁不斷，勁停意不停的特點要求。下肢，虛實分明。動作要求柔和緩慢，純任自然，氣貫四梢，隨動作的陰陽虛實而起攢落翻，左右運轉，升降開合，上下貫通。突出了呼吸結合動作的導引之術，車動生意，以意引動，以動引氣，以氣助動，氣盡而式成，式停而車不停，連綿不斷，如此周而復始，循環往復。從而使每個周期的大腦活動、軀體運動、呼吸運動統一起來。
從左手位於前輪中軸的正前方，右手位於前輪中軸的正後方，左腳位於後輪中軸的正前方，右腳位於後輪中軸的正後方開始向前轉動並吸氣，左手經前輪中軸下方至其正後方，右手經前輪中軸上方至其正前方，左腳經後輪中軸下方至其正後方，右腳經後輪中軸上方至其正前方，吸氣完畢，為時相1；繼續轉動並開始呼氣，左手經前輪中軸上方至其正前方，右手經前輪中軸下方至其正後方，左腳經後輪中軸上方至其正前方，右腳經後輪中軸下方至其正後方，呼氣完畢，為時相2。時相1和時相2組成一個動作周期。由於手柄、腳蹬的圓周運動，使得每個周期的動作都極其相似，可用隨機變量的相關性進行分析。這是指每個周期的動作都基本完全相似，即所有運動神經元興奮的發放頻率、相位、參與數目等。這裡還包括控制第二隨意肌活動的運動神經元，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活動，如言語、思維等心理活動。在時相1和時相2都要出現一次控制盲點區域，這時注意力幾乎是全部集中的，大腦就要進行感覺、判斷自身的平衡，進行重心調整，到了最佳控制區域，進行方向調整。每個周期都是如此，按照每個周期是一個運動狀態，由於較自行車運動每個周期增加了能引起注意集中到匹配值的參與運動的神經元，所以每個周期的運動狀態都是幾乎一致的，那麼每個周期的時間為4秒鐘，騎行20分鐘，共有300個動作，如果完全一致，其隨意運動熵H(X1)為0。因為H(X1)＝log1＝0Log表示是以2為底的對數所以運動最為有序，這只是一個理論值。在實際騎行過程中，可能有上車，剎閘、下車、轉一個大彎等動作，另外每個騎行動作也不可能完全一致，按實際動作與理論動作相關性的隨機振動分析方法，只能計算出動作的相似程度，如90％的動作相似，那麼H(X2)＝-0,9log0.9-0.1log0.1＝0.196比特/動作序列也是一個較小的值。
在騎行時，雙手搖動手柄不僅具有驅動前輪的作用，而且還有控制行車方向的作用。以手柄的左右運動為X軸的運動方向，上下運動為Y軸的運動方向，正前後運動為Z軸運動方向，進行三維立體分析。當前輪曲柄與地面垂直時，手柄在X軸方向左右運動不能轉動行車方向，在Y軸方向上下運動也不能轉動行車方向，在Z軸方向前後運動是進行曲柄的正轉或反轉與行車方向無關，因此在這個位置是一個控制盲點。相當於騎自行車時的雙手離把，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。因此對於隨意運動熵小的導引自行車運動，假設地面與水平平行、與Y軸垂直，在前輪曲柄運行至與地面垂直時，人體要集中幾乎全部注意力的。這時支持人體注意的幾乎全部神經元都在為一個運動目的而興奮和抑制。而且在每個周期的控制盲點，注意力的集中目標是幾乎一樣的，也就是說，在每個周期的控制盲點處，所有的神經元的興奮與抑制程度是幾乎一樣的，它們所負載的信息是幾乎一樣的。當前輪曲柄與Z軸平行時，行車方向是手柄控制前輪曲柄實現的，在X軸方向的左右運動可以轉動行車方向，因此在這個位置是對行車方向進行控制的最有效位置，這時基本上相當於騎自行車的控制效果。而當前輪曲柄與地面有一定夾角時，如45度時，這時由於前輪曲柄的空間位置不穩定，在Z軸方向的前後運動含有正轉或反轉的成份，只有前輪曲柄與人體垂直，其空間位置才相對最穩定，此時可以用一些力量後拉、前推前輪曲柄，而不易改變正前方的行車前進方向。所以在手柄轉動前輪曲柄一周的過程中，對行車方向的控制是有強弱變化的，從幾乎沒有控制能力逐漸到幾乎相當於手扶車把的水平。假設在幾乎沒有控制方向的能力時，人體的注意力幾乎是全部集中的，逐漸到相當於手扶車把的控制能力是有所放鬆的，人體的注意力在一個周期過程中要經歷集中到逐漸放鬆、放鬆、逐漸集中的過程。人體的注意力放鬆時就會轉向其它事物。如按2秒鐘為一個周期，在一個周期要出現2個控制盲點，平均1秒鐘出現1次，即每隔1秒鐘注意力要集中1次。根據注意的特性，發生注意轉移的時間為2秒鐘左右，所以在2秒鐘以內一般是不會發生注意的轉移。而實際情況的控制盲點是一個區域，它幾乎佔一個周期的一半時間，這樣發生注意轉移的可能性就更小了。若一個周期為6-10秒鐘，控制盲點區域為3-5秒鐘，由於騎行緩慢，所以剩餘的時間也注意去尋找維持控制騎行的平衡點，即在控制盲點區域要集中注意尋找平衡，在最佳控制區域進行控制動作，再加上呼吸配合等動作要求，從而幾乎佔據了所有的注意資源。由於手、腳在器械上有固定軌跡的轉動，不僅使動作十分相似，而且由於轉動慣性的作用，易於動作的連續進行，另外手柄有支撐上肢的作用，減少上肢徒手運動需克服重力的能量消耗。在控制盲點區域雖然上肢參與控制行車方向的運動單位會減少，但注意力集中在尋找平衡上；在控制區由於參與運動的運動單位數目接近於使注意集中的匹配值，而使注意集中，所以在一個運動周期中，注意是集中的，運動是有序的。
當與他人發生不愉快憤怒而生氣後，由於在憤怒時會使呼吸加快、心跳加速、血壓升高、血糖升高從而影響腸胃正常的蠕動，所以在生氣後較長一段時間內總覺得不舒服，這種強烈情緒的後遺狀態，叫心境。其實這種不舒服的感覺，是腸胃蠕動的異常的感覺，生氣後有肚子氣的鼓鼓的感覺就是這個原因。由於腸胃內神經分布稀疏，不是腸胃較為劇烈的異常變化，一般是感覺不到的，所以腸胃出現了劇烈的異常蠕動，而其本身的流變學特性是不會很快恢復的，就是說還會延續其異常的蠕動，同時腸胃的蠕動是不直接受大腦的控制，這時如果休息，由於腸胃的異常劇烈蠕動會引起大腦注意，引起條件反射，從而導致關於生氣的認知過程，陷入了越氣越想，越想越氣的循環，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動也不可行，因為有時的生氣會氣得人幾乎筋疲力盡，剩餘體力並不多，這時是沒有多少剩餘體力去支持體力、腦力消耗大的運動。生氣後的心理過程是，情緒過程由於內臟的異常活動還在延續，如果成為刺激信號被認知，就不利於情緒過程的穩定；由於消耗較多的能量，認知過程的複雜活動受到影響，儘量減少認知活動時，由於腸胃蠕動的異常劇烈，很容易引起大腦的注意，導致越氣越想、越想越氣的循環。這時就體現為，情緒不穩定，意志不堅強，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不健康正常的表現。而採取隨意運動熵小的導引自行車運動，很快可使運動有序，有序的運動通過反饋成為認知過程的刺激信號，使注意力集中，由於其相對代謝率小，能量消耗不大，易於較長時間地堅持，如30分鐘。而運動的頻率為每分鐘6-18次，與腸胃蠕動的慢波頻率相符，由於有能提供產生共振效應的條件而可加強腸胃的蠕動，這樣感覺會舒服一些。所以在30分鐘的運動中有注意集中、意志堅定、感覺舒服、情緒穩定的特徵，從而有了心理活動健康正常的表現和植物神經活動正常、新陳代謝正常的條件。
權利要求隨意運動熵小的導引自行車，主要由車架、車把立管、車座、前輪、後輪、前輪軸、前飛輪、後輪軸、手動支架、前輪中軸、前閘、後閘、前輪曲柄、前鏈輪、鏈條、手搖軸、手柄、帶扳手的螺絲等組成，手動支架固定在前輪軸與車把立管上，手動支架上有前輪中軸，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，其特徵在於前輪軸為裝有抱閘的3級變速輪軸部件；後輪軸為裝有腳閘的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。
專利摘要隨意運動熵小的導引自行車，器械部分是在自行車上增加了前輪驅動裝置，前、後輪均有變速功能，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可調。在理論上建立了由輸入、輸出、系統、能源等四部分構成的人體完整控制系統的信息加工過程模型，通過生理學與資訊理論的結合，可對人體信息進行度量，闡述了在隨意運動熵小的條件下，增加相對代謝率或延長時間的運動才是促進新陳代謝的有效方法。這個觀點可以解釋一些心理過程，依此觀點設計出一項有利於心理健康的隨意運動熵小的導引自行車運動。
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 優先權日2003年12月30日
發明者於健明 申請人:於健明