肖恩.雷纳德:【生理学课外读物】控制论诞生史话

控制论诞生史话
控制论 （ cybernetics ） 的诞生是 20 世纪最伟大的科学成就之一。现代社会的许多新概念和新技术都与控制论有密切联系。 控制论是自动控制、电子技术、无线电通讯、计算机技术、神经生理学、数理逻辑、语言等多种学科相互渗透的产物，它以各类系统所共同具有的通讯和控制方面的特征为研究对象，不论是机器还是生物体，甚或是社会，尽管各属不同性质的系统，但它们都是根据周围环境的某些变化来调整和决定自己的运动。 控制论的创始人是美国数学家 诺伯特 · 维纳（ Norbert Wiener, 1894~1964 ） 。
1948 年，他出版了他的奠基性著作《控制论》， 标志着这门新兴的边缘学科的诞生。 该书的副标题是“ 关于在动物或机器中控制或通讯的科学”，这就是他对 控制论所下的定义。 cybernetics 一词来源于希腊文 kubernan， 原意为 steersman ，即 “ 掌舵人 ” ， 转意是 “ 管理人的艺术 ” 。
20 世纪 30~40 年 代，人们对 信息 （ information ） 和 反馈（ feedback ） 有了比较深刻的认识，一些著名科学家围绕信息和反馈进行了大量的研究。英国统计学家费希尔 （ Ronald Aylmer Fisher, 1890~1962 ） 从古典统计理论的角度研究了信息理论，提出了单位信息量的问题；美国电信工程师 香农 （ Claude Elwood Shannon, 1916~2001 ） 从通信工程的角度研究了信息量的问题，提出了信息熵的公式；维纳则从控制的观点研究了有噪声的信号处理问题，建立了维纳滤波理论，并分析了信息的概念，提出了测定信息量的公式和信息的实质问题。他们几乎同时解决了信息的度量问题。这一时期，人们逐渐深入了解到反馈控制系统的工作原理。 1932 年，美国通信工程师 奈奎斯特 （ Harry Nyquist 1889~1976 ） 发现了负反馈放大器的稳定性条件，即著名的 奈奎斯特稳定判据 。 1945 年，维纳把反馈概念推广到一切控制系统，把反馈理解为从受控对象的输出中提取一部分信息作为下一步输入，从而对再输出发生影响的过程。巴甫洛夫条件反射学说也证明了生命体中也存在信息和反馈问题。
维纳在改进防空武器时发现，动物和机器中控制和通信的核心问题是信息、信息传输和信息处理。维纳与美国神经生理学家罗森 布卢斯 （ Arturo Rosenblueth, 1900~1970 ） 合作研究这个课题长达 10 余年 （ 1934~1947 ） 之久。 罗森布卢斯是墨西哥人，是当时哈佛大学医学院著名生理学家坎农（ Walter Bradford Cannon, 1871~1945 ）教授的同事和合作者，深受坎农的器重。在 20 世纪 30 年代，罗森布卢斯每个月都要举行关于科学方法的讨论会。维纳此时也在哈佛大学医学院工作，维纳和许多哈佛医学院的青年科学家，包括数学、物理、电子、工程、生理、心理、医学等各行各业的专家，都参加了由罗森布卢斯领导的讨论会。他们每次都围着圆桌聚餐，一起自由谈话，毫无拘束。饭后，由他们集体中的一员，或者是一位邀请来的客人，宣读一篇关于某个科学问题的论文，一 般是关于方法论问题的论文。宣读者必须经受一通尖锐的批评，批评是善意的，但是毫不留情的。这对于那些思想半通不通的人，不曾有充分自我批评的人，那种过分自信而妄自尊大的人，真是一剂良好的泻药，受不了的人下次就不再来了。但对这些参加聚餐和讨论会的常客们，不少人感到获益匪浅，对于科技的发展有重要的、经久性的促进作用。
维纳和罗森布卢斯早就认识到，现代科学技术的发展，一方面日益成为专门家在愈来愈狭窄的领域内进行的事业，使一些科学家沦为狭隘分工的奴隶；另一方面又出现各门学科相互交叉走向综合的趋势，提出了许多需要各门学科共同研究的问题，这与原有的狭隘的专业分工，发生了尖锐的矛盾。如何解决这些矛盾呢？他们认为，正是这些科学的边缘区域，给有修养的研究者提供了最丰富的机会。也就是说，只要打破原有的狭隘的专业分工界限，集合一批既是他自己领域的专家，又对他的邻近的领域有较多知识的人。如让数学家、数理逻辑学家、生理学家去接触工程，让工程师熟悉生理学。这样，到未被开发的科学处女地去勘查、开垦和耕耘，就能在科学上得到最大的收获。
维纳自己也说：在上述共同工作中，数学家 （ 他本人就是数学家）不需要有领导一个生理学实验的本领，但却需要有了解一个生理学实验、批判一个实验和建议别人去进行一个实验的本领；生理学家（罗森布卢斯就是生理学家）不需要有证明某一个数学定理的本领，但是必须能够了解数学定理中的生理学意义，能够告诉数学家他应当去寻找什么东西。
1942 年 5 月 梅西基金会举行的关于大脑抑制问题的科学讨论会提出，通信工程和 控制工程 领域内已经研究成熟的信息和反馈的概念和方法，可能有助于神经生理学的研究。此时控制论的思想已经形成，但还没有正式命名。 1943 ~ 1944 年之交在普林斯顿召开了一次控制论思想的科学讨论会，进一步确认了控制论思想，认为在不同领域的工作者之间存在共同的思想基础，一个科学领域可以运用另一个科学领域发展得比较成熟的概念和方法。 1946 ~ 1953 年间，梅西基金会发起了一系列关于反馈问题的科学讨论会，对于控制论的发展产生很大的推动作用。
维纳抓住了一切通信和控制系统的共同特点，即它们都包含着一个信息传输和信息处理的过程。他指出：一个通信系统总是根据人们的需要传输各种不同的思想内容的信息，一个自动控制系统必须根据周围环境的变化，自己调整自己的运动，具有一定的灵活性和适应性。通信和控制系统接收的信息带有某种随机性质，具有一定的统计分布，通信和控制系统本身的结构也必须适应这种统计性质，能对一类在统计上预期要收到的输入做出统计上令人满意 的动作。 维纳与他的合作者们终于在 1947 年成功地创立了“控制论”这个崭新的学科，翌年，出版了 《 控制论》一书，引起国际学术界的广泛瞩目。
除维纳外，方法论聚餐会的参加者后来都各有建树：罗森布卢斯也是控制论和人工智能的开拓者之一；冯 . 诺伊曼（ John von Neumann, 1903~1957 ） 成为博奕论的奠基人，二进位制电子计算机的创始人之一；别格劳（ Julian Himely Bigelow, 1913~2003 ） 是电子计算机设计的最早参加者；麦克卡洛（ Warren Sturgis McCulloch, 1898~1969 ） 和匹茨（ Walter Pitts, 1923-1969 ） 成为神经控制论和人工智能的奠基人。事实证明，正是这些年轻科学家，在“各种已经建立起来的部门之间的被人忽视的无人区”里得到了最大收获，大大丰富和发展了科学。
对生理学来说，控制论的贡献是巨大的。最突出的是把工程概念中的反馈概念 （ feedback idea ） 引入到生物系统中来。大大丰富和发展了生理学。由克劳德 · 伯尔纳于上世纪提出的 “ 内环境恒定”概念，进而被坎农发展为稳态（ homeostasis ） 理论，成为生命科学中现代基本概念之一，其意义是重大的；但如果没有反馈性自动调节机制，那将是完全不可思议的。
1949 年，美国内分泌生理学家豪斯金斯 （ Roy Graham Hoskins, 1880~1964 ） 响应维纳的建议，首先把反馈概念引入到内分泌领域，指出甲状腺与垂体之间存在反馈机制。 1956 年瑞典的冯 . 奥伊勒（ Ulf S von Euler, 1905~1983 ） 等注射少量甲状腺素于垂体前叶，使甲状腺释放的放射性碘随之减少，从而更进一步证实了负反馈是机体机能精确调节的不可缺少的重要环节。
(朱大年 供稿)
控制论诞生史话
控制论 （ cybernetics ） 的诞生是 20 世纪最伟大的科学成就之一。现代社会的许多新概念和新技术都与控制论有密切联系。 控制论是自动控制、电子技术、无线电通讯、计算机技术、神经生理学、数理逻辑、语言等多种学科相互渗透的产物，它以各类系统所共同具有的通讯和控制方面的特征为研究对象，不论是机器还是生物体，甚或是社会，尽管各属不同性质的系统，但它们都是根据周围环境的某些变化来调整和决定自己的运动。 控制论的创始人是美国数学家 诺伯特 · 维纳（ Norbert Wiener, 1894~1964 ） 。
1948 年，他出版了他的奠基性著作《控制论》， 标志着这门新兴的边缘学科的诞生。 该书的副标题是“ 关于在动物或机器中控制或通讯的科学”，这就是他对 控制论所下的定义。 cybernetics 一词来源于希腊文 kubernan， 原意为 steersman ，即 “ 掌舵人 ” ， 转意是 “ 管理人的艺术 ” 。
20 世纪 30~40 年 代，人们对 信息 （ information ） 和 反馈（ feedback ） 有了比较深刻的认识，一些著名科学家围绕信息和反馈进行了大量的研究。英国统计学家费希尔 （ Ronald Aylmer Fisher, 1890~1962 ） 从古典统计理论的角度研究了信息理论，提出了单位信息量的问题；美国电信工程师 香农 （ Claude Elwood Shannon, 1916~2001 ） 从通信工程的角度研究了信息量的问题，提出了信息熵的公式；维纳则从控制的观点研究了有噪声的信号处理问题，建立了维纳滤波理论，并分析了信息的概念，提出了测定信息量的公式和信息的实质问题。他们几乎同时解决了信息的度量问题。这一时期，人们逐渐深入了解到反馈控制系统的工作原理。 1932 年，美国通信工程师 奈奎斯特 （ Harry Nyquist 1889~1976 ） 发现了负反馈放大器的稳定性条件，即著名的 奈奎斯特稳定判据 。 1945 年，维纳把反馈概念推广到一切控制系统，把反馈理解为从受控对象的输出中提取一部分信息作为下一步输入，从而对再输出发生影响的过程。巴甫洛夫条件反射学说也证明了生命体中也存在信息和反馈问题。
维纳在改进防空武器时发现，动物和机器中控制和通信的核心问题是信息、信息传输和信息处理。维纳与美国神经生理学家罗森 布卢斯 （ Arturo Rosenblueth, 1900~1970 ） 合作研究这个课题长达 10 余年 （ 1934~1947 ） 之久。 罗森布卢斯是墨西哥人，是当时哈佛大学医学院著名生理学家坎农（ Walter Bradford Cannon, 1871~1945 ）教授的同事和合作者，深受坎农的器重。在 20 世纪 30 年代，罗森布卢斯每个月都要举行关于科学方法的讨论会。维纳此时也在哈佛大学医学院工作，维纳和许多哈佛医学院的青年科学家，包括数学、物理、电子、工程、生理、心理、医学等各行各业的专家，都参加了由罗森布卢斯领导的讨论会。他们每次都围着圆桌聚餐，一起自由谈话，毫无拘束。饭后，由他们集体中的一员，或者是一位邀请来的客人，宣读一篇关于某个科学问题的论文，一 般是关于方法论问题的论文。宣读者必须经受一通尖锐的批评，批评是善意的，但是毫不留情的。这对于那些思想半通不通的人，不曾有充分自我批评的人，那种过分自信而妄自尊大的人，真是一剂良好的泻药，受不了的人下次就不再来了。但对这些参加聚餐和讨论会的常客们，不少人感到获益匪浅，对于科技的发展有重要的、经久性的促进作用。
维纳和罗森布卢斯早就认识到，现代科学技术的发展，一方面日益成为专门家在愈来愈狭窄的领域内进行的事业，使一些科学家沦为狭隘分工的奴隶；另一方面又出现各门学科相互交叉走向综合的趋势，提出了许多需要各门学科共同研究的问题，这与原有的狭隘的专业分工，发生了尖锐的矛盾。如何解决这些矛盾呢？他们认为，正是这些科学的边缘区域，给有修养的研究者提供了最丰富的机会。也就是说，只要打破原有的狭隘的专业分工界限，集合一批既是他自己领域的专家，又对他的邻近的领域有较多知识的人。如让数学家、数理逻辑学家、生理学家去接触工程，让工程师熟悉生理学。这样，到未被开发的科学处女地去勘查、开垦和耕耘，就能在科学上得到最大的收获。
维纳自己也说：在上述共同工作中，数学家 （ 他本人就是数学家）不需要有领导一个生理学实验的本领，但却需要有了解一个生理学实验、批判一个实验和建议别人去进行一个实验的本领；生理学家（罗森布卢斯就是生理学家）不需要有证明某一个数学定理的本领，但是必须能够了解数学定理中的生理学意义，能够告诉数学家他应当去寻找什么东西。
1942 年 5 月 梅西基金会举行的关于大脑抑制问题的科学讨论会提出，通信工程和 控制工程 领域内已经研究成熟的信息和反馈的概念和方法，可能有助于神经生理学的研究。此时控制论的思想已经形成，但还没有正式命名。 1943 ~ 1944 年之交在普林斯顿召开了一次控制论思想的科学讨论会，进一步确认了控制论思想，认为在不同领域的工作者之间存在共同的思想基础，一个科学领域可以运用另一个科学领域发展得比较成熟的概念和方法。 1946 ~ 1953 年间，梅西基金会发起了一系列关于反馈问题的科学讨论会，对于控制论的发展产生很大的推动作用。
维纳抓住了一切通信和控制系统的共同特点，即它们都包含着一个信息传输和信息处理的过程。他指出：一个通信系统总是根据人们的需要传输各种不同的思想内容的信息，一个自动控制系统必须根据周围环境的变化，自己调整自己的运动，具有一定的灵活性和适应性。通信和控制系统接收的信息带有某种随机性质，具有一定的统计分布，通信和控制系统本身的结构也必须适应这种统计性质，能对一类在统计上预期要收到的输入做出统计上令人满意 的动作。 维纳与他的合作者们终于在 1947 年成功地创立了“控制论”这个崭新的学科，翌年，出版了 《 控制论》一书，引起国际学术界的广泛瞩目。
除维纳外，方法论聚餐会的参加者后来都各有建树：罗森布卢斯也是控制论和人工智能的开拓者之一；冯 . 诺伊曼（ John von Neumann, 1903~1957 ） 成为博奕论的奠基人，二进位制电子计算机的创始人之一；别格劳（ Julian Himely Bigelow, 1913~2003 ） 是电子计算机设计的最早参加者；麦克卡洛（ Warren Sturgis McCulloch, 1898~1969 ） 和匹茨（ Walter Pitts, 1923-1969 ） 成为神经控制论和人工智能的奠基人。事实证明，正是这些年轻科学家，在“各种已经建立起来的部门之间的被人忽视的无人区”里得到了最大收获，大大丰富和发展了科学。
对生理学来说，控制论的贡献是巨大的。最突出的是把工程概念中的反馈概念 （ feedback idea ） 引入到生物系统中来。大大丰富和发展了生理学。由克劳德 · 伯尔纳于上世纪提出的 “ 内环境恒定”概念，进而被坎农发展为稳态（ homeostasis ） 理论，成为生命科学中现代基本概念之一，其意义是重大的；但如果没有反馈性自动调节机制，那将是完全不可思议的。
1949 年，美国内分泌生理学家豪斯金斯 （ Roy Graham Hoskins, 1880~1964 ） 响应维纳的建议，首先把反馈概念引入到内分泌领域，指出甲状腺与垂体之间存在反馈机制。 1956 年瑞典的冯 . 奥伊勒（ Ulf S von Euler, 1905~1983 ） 等注射少量甲状腺素于垂体前叶，使甲状腺释放的放射性碘随之减少，从而更进一步证实了负反馈是机体机能精确调节的不可缺少的重要环节。
(朱大年 供稿)
控制论 （ cybernetics ） 的诞生是 20 世纪最伟大的科学成就之一。现代社会的许多新概念和新技术都与控制论有密切联系。 控制论是自动控制、电子技术、无线电通讯、计算机技术、神经生理学、数理逻辑、语言等多种学科相互渗透的产物，它以各类系统所共同具有的通讯和控制方面的特征为研究对象，不论是机器还是生物体，甚或是社会，尽管各属不同性质的系统，但它们都是根据周围环境的某些变化来调整和决定自己的运动。 控制论的创始人是美国数学家 诺伯特 · 维纳（ Norbert Wiener, 1894~1964 ） 。
1948 年，他出版了他的奠基性著作《控制论》， 标志着这门新兴的边缘学科的诞生。 该书的副标题是“ 关于在动物或机器中控制或通讯的科学”，这就是他对 控制论所下的定义。 cybernetics 一词来源于希腊文 kubernan， 原意为 steersman ，即 “ 掌舵人 ” ， 转意是 “ 管理人的艺术 ” 。
20 世纪 30~40 年 代，人们对 信息 （ information ） 和 反馈（ feedback ） 有了比较深刻的认识，一些著名科学家围绕信息和反馈进行了大量的研究。英国统计学家费希尔 （ Ronald Aylmer Fisher, 1890~1962 ） 从古典统计理论的角度研究了信息理论，提出了单位信息量的问题；美国电信工程师 香农 （ Claude Elwood Shannon, 1916~2001 ） 从通信工程的角度研究了信息量的问题，提出了信息熵的公式；维纳则从控制的观点研究了有噪声的信号处理问题，建立了维纳滤波理论，并分析了信息的概念，提出了测定信息量的公式和信息的实质问题。他们几乎同时解决了信息的度量问题。这一时期，人们逐渐深入了解到反馈控制系统的工作原理。 1932 年，美国通信工程师 奈奎斯特 （ Harry Nyquist 1889~1976 ） 发现了负反馈放大器的稳定性条件，即著名的 奈奎斯特稳定判据 。 1945 年，维纳把反馈概念推广到一切控制系统，把反馈理解为从受控对象的输出中提取一部分信息作为下一步输入，从而对再输出发生影响的过程。巴甫洛夫条件反射学说也证明了生命体中也存在信息和反馈问题。
维纳在改进防空武器时发现，动物和机器中控制和通信的核心问题是信息、信息传输和信息处理。维纳与美国神经生理学家罗森 布卢斯 （ Arturo Rosenblueth, 1900~1970 ） 合作研究这个课题长达 10 余年 （ 1934~1947 ） 之久。 罗森布卢斯是墨西哥人，是当时哈佛大学医学院著名生理学家坎农（ Walter Bradford Cannon, 1871~1945 ）教授的同事和合作者，深受坎农的器重。在 20 世纪 30 年代，罗森布卢斯每个月都要举行关于科学方法的讨论会。维纳此时也在哈佛大学医学院工作，维纳和许多哈佛医学院的青年科学家，包括数学、物理、电子、工程、生理、心理、医学等各行各业的专家，都参加了由罗森布卢斯领导的讨论会。他们每次都围着圆桌聚餐，一起自由谈话，毫无拘束。饭后，由他们集体中的一员，或者是一位邀请来的客人，宣读一篇关于某个科学问题的论文，一 般是关于方法论问题的论文。宣读者必须经受一通尖锐的批评，批评是善意的，但是毫不留情的。这对于那些思想半通不通的人，不曾有充分自我批评的人，那种过分自信而妄自尊大的人，真是一剂良好的泻药，受不了的人下次就不再来了。但对这些参加聚餐和讨论会的常客们，不少人感到获益匪浅，对于科技的发展有重要的、经久性的促进作用。
维纳和罗森布卢斯早就认识到，现代科学技术的发展，一方面日益成为专门家在愈来愈狭窄的领域内进行的事业，使一些科学家沦为狭隘分工的奴隶；另一方面又出现各门学科相互交叉走向综合的趋势，提出了许多需要各门学科共同研究的问题，这与原有的狭隘的专业分工，发生了尖锐的矛盾。如何解决这些矛盾呢？他们认为，正是这些科学的边缘区域，给有修养的研究者提供了最丰富的机会。也就是说，只要打破原有的狭隘的专业分工界限，集合一批既是他自己领域的专家，又对他的邻近的领域有较多知识的人。如让数学家、数理逻辑学家、生理学家去接触工程，让工程师熟悉生理学。这样，到未被开发的科学处女地去勘查、开垦和耕耘，就能在科学上得到最大的收获。
维纳自己也说：在上述共同工作中，数学家 （ 他本人就是数学家）不需要有领导一个生理学实验的本领，但却需要有了解一个生理学实验、批判一个实验和建议别人去进行一个实验的本领；生理学家（罗森布卢斯就是生理学家）不需要有证明某一个数学定理的本领，但是必须能够了解数学定理中的生理学意义，能够告诉数学家他应当去寻找什么东西。
1942 年 5 月 梅西基金会举行的关于大脑抑制问题的科学讨论会提出，通信工程和 控制工程 领域内已经研究成熟的信息和反馈的概念和方法，可能有助于神经生理学的研究。此时控制论的思想已经形成，但还没有正式命名。 1943 ~ 1944 年之交在普林斯顿召开了一次控制论思想的科学讨论会，进一步确认了控制论思想，认为在不同领域的工作者之间存在共同的思想基础，一个科学领域可以运用另一个科学领域发展得比较成熟的概念和方法。 1946 ~ 1953 年间，梅西基金会发起了一系列关于反馈问题的科学讨论会，对于控制论的发展产生很大的推动作用。
维纳抓住了一切通信和控制系统的共同特点，即它们都包含着一个信息传输和信息处理的过程。他指出：一个通信系统总是根据人们的需要传输各种不同的思想内容的信息，一个自动控制系统必须根据周围环境的变化，自己调整自己的运动，具有一定的灵活性和适应性。通信和控制系统接收的信息带有某种随机性质，具有一定的统计分布，通信和控制系统本身的结构也必须适应这种统计性质，能对一类在统计上预期要收到的输入做出统计上令人满意 的动作。 维纳与他的合作者们终于在 1947 年成功地创立了“控制论”这个崭新的学科，翌年，出版了 《 控制论》一书，引起国际学术界的广泛瞩目。
除维纳外，方法论聚餐会的参加者后来都各有建树：罗森布卢斯也是控制论和人工智能的开拓者之一；冯 . 诺伊曼（ John von Neumann, 1903~1957 ） 成为博奕论的奠基人，二进位制电子计算机的创始人之一；别格劳（ Julian Himely Bigelow, 1913~2003 ） 是电子计算机设计的最早参加者；麦克卡洛（ Warren Sturgis McCulloch, 1898~1969 ） 和匹茨（ Walter Pitts, 1923-1969 ） 成为神经控制论和人工智能的奠基人。事实证明，正是这些年轻科学家，在“各种已经建立起来的部门之间的被人忽视的无人区”里得到了最大收获，大大丰富和发展了科学。
对生理学来说，控制论的贡献是巨大的。最突出的是把工程概念中的反馈概念 （ feedback idea ） 引入到生物系统中来。大大丰富和发展了生理学。由克劳德 · 伯尔纳于上世纪提出的 “ 内环境恒定”概念，进而被坎农发展为稳态（ homeostasis ） 理论，成为生命科学中现代基本概念之一，其意义是重大的；但如果没有反馈性自动调节机制，那将是完全不可思议的。
1949 年，美国内分泌生理学家豪斯金斯 （ Roy Graham Hoskins, 1880~1964 ） 响应维纳的建议，首先把反馈概念引入到内分泌领域，指出甲状腺与垂体之间存在反馈机制。 1956 年瑞典的冯 . 奥伊勒（ Ulf S von Euler, 1905~1983 ） 等注射少量甲状腺素于垂体前叶，使甲状腺释放的放射性碘随之减少，从而更进一步证实了负反馈是机体机能精确调节的不可缺少的重要环节。
(朱大年 供稿)