Les chercheurs appliquent la théorie de l’information sémantique à un modèle réaliste et trouvent le point où l’information est importante pour la survie

Les systèmes vivants, contrairement aux objets non vivants ou inanimés, utilisent des informations sur leur environnement pour survivre. Mais toutes les informations provenant de l’environnement ne sont pas significatives ou pertinentes pour la survie. Le sous-ensemble d’informations significatives, et peut-être nécessaires pour vivre, est appelé information sémantique.

Dans un nouvel article publié dans Vie PRXdes physiciens de l’Université de Rochester et leurs co-auteurs ont, pour la première fois, appliqué cette théorie de l’information sémantique à un modèle bien connu de systèmes vivants en biologie et en écologie : un organisme ou un agent en quête de ressources.

À l’aide d’un modèle mathématique, les chercheurs ont simulé la manière dont un agent butineur se déplace dans un environnement et collecte des informations sur les ressources. Les simulations ont révélé ce que les chercheurs ont appelé un seuil sémantique : le point critique où l’information compte pour la survie de l’agent. Au-dessus de ce seuil, la suppression de certaines informations n’affecte pas la survie, mais en dessous, chaque information est cruciale.

En quantifiant les corrélations ou les connexions entre un agent et son environnement, les chercheurs contribuent à révéler le rôle de l’information dans la capacité de cet agent à maintenir sa propre existence.

Corrélations comme connexions

Imaginez un oiseau dans sa forêt. Il sait où trouver la nourriture qu’il a stockée pour se nourrir. Supposons que vous déplaciez cet oiseau de 100 pieds vers une autre partie de la forêt. “Ce faisant, vous avez supprimé certaines corrélations ou connexions de l’oiseau avec son environnement, mais il existe encore suffisamment de corrélations pour que cela n’affecte pas la viabilité ou la capacité de l’oiseau à survivre”, explique Damian Sowinski, responsable du projet. auteur de l’article et associé postdoctoral au Département de physique et d’astronomie de Rochester.

Maintenant, éloignez l’oiseau de 1 000 pieds ou, plus radicalement, de 1 000 milles.

“En fin de compte, l’oiseau ne saura rien de son environnement – toutes les connexions sont coupées. La viabilité de l’oiseau passe de l’état de non-respect réel à celui de commencer tout d’un coup à s’effondrer”, explique Sowinski.

En revanche, déplacer un objet non vivant comme un caillou à 100 pieds, 1 000 pieds ou même 1 000 milles ne change pas fondamentalement les liens entre l’environnement et le caillou. En effet, le caillou n’exploite aucune information – pertinente ou non – sur son environnement pour se maintenir ou se reproduire.

“L’une des choses les plus fondamentales de la vie est de consommer des ressources lors de la navigation dans l’espace”, explique Gourab Ghoshal, co-auteur et professeur de physique à Rochester. “Ces nouveaux résultats indiquent que notre façon de penser – l’idée selon laquelle il existe des informations pertinentes et non pertinentes pour la survie – est prometteuse lorsqu’elle est appliquée dans un modèle simple de recherche de ressources. La grande question maintenant est de savoir si notre façon de penser s’appliquera toujours avec de plus en plus de ressources. des modèles complexes ? »

Des particules aux personnes : comment naît l’action ?

L’action signifie agir dans un but précis ou réagir à l’environnement de manière non aléatoire. Cela nécessite d’établir des liens significatifs avec l’environnement – ​​d’interagir, de réagir, puis d’agir délibérément de manière à s’auto-entretenir et à s’auto-produire.

Alors, quand et comment l’agence – chez un individu, dans un groupe ou dans un système – apparaît-elle ?

“C’est une question philosophique profonde”, déclare le co-auteur Adam Frank, professeur Helen F. et Fred H. Gowen au Département de physique et d’astronomie. “Tout l’intérêt des progrès scientifiques est de prendre des questions qui relevaient autrefois du domaine de la spéculation philosophique et de trouver un moyen d’en parler de manière quantitative. Cet article le fait d’une manière mathématiquement rigoureuse.”

Une définition mathématique aussi largement applicable de l’information sémantique pourrait offrir de nouvelles perspectives dans toutes les disciplines – de la biologie aux sciences cognitives, de la philosophie à la physique – sur la façon dont les systèmes vivants et non vivants sont liés. C’est l’une des raisons pour lesquelles la Fondation John Templeton, une organisation philanthropique qui finance des études universitaires sur des sujets critiques dépassant les frontières disciplinaires, religieuses et géographiques, a soutenu les recherches de l’équipe.

“En utilisant ce langage de la théorie de l’information, nous créons un pont entre les récits mécanistes des sciences physiques et les récits plus informationnels ou comportementaux utilisés dans les sciences de la vie”, explique Sowinski.

Comme ses collègues, il est déterminé à poursuivre l’enquête de l’équipe sur le mystère fondamental de la vie. Comme le dit Sowinski : « Notre travail est une première étape prometteuse pour répondre à une question plus vaste : qu’est-ce qui fait qu’un rocher sans vie rempli de cailloux finit par être recouvert d’entités utiles qui interagissent de manière significative les unes avec les autres et avec leur environnement ? »