[論文レビュー] Biological Hypercomputation: A Concept is Introduced

Carlos Eduardo Maldonado, Nelson Alfonso Gómez-Cruz|arXiv (Cornell University)|Oct 17, 2012

Computability, Logic, AI Algorithms参考文献 36被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、生命をその物理的構成要素ではなく、動的でチューリング計算を超える計算的行動によって再定義する、生物学的ハイパーコンピュテーション（BH）という新しい計算枠組みを提唱する。生命システムが自己組織化と適応性を活用することで、古典的計算の限界を超える非古典的ハイパーコンピュテーションを実行することを主張し、生命をその基質ではなく、機能的計算プロセスとして理解するための新しいモデルを提案する。

ABSTRACT

This paper discusses the meaning and scope of biological hypercomputation (BH). The framework here is computational, and from the outset it should be clear that life is not a standard Turing Machine. Living systems hypercompute, but the distinction is made between classical and non-classical hypercomputation. We argue that living processes are non-classical hypercomputation. Yet, BH entails new computational models, for it does not correspond, any longer, to the Turing Machine model of computation. Hence, we introduce BH having a twofold scope, thus: on the one hand, it implies new computational models, while on the other hand we aim at understanding life not by what it is, but rather by what it does. From a computational point of view, life hypercomputes. At the end we sketch out the possibilities, stances and reach of BH. The aim of BH is basically help understanding life from a computational standpoint.

研究の動機と目的

• 生命を物理的実体としてではなく、ハイパーコンピュテーションというプロセスとして理解する計算枠組みを確立すること。
• 古典的ハイパーコンピュテーションと区別され、非古典的かつ自己組織的性質を有する生物学的ハイパーコンピュテーションを強調することで、生物学的ハイパーコンピュテーションを古典的ハイパーコンピュテーションから区別すること。
• チューリングマシンの枠組みとは乖離する、生命システムに内在する計算的パワーを反映する新しい計算モデルを提案すること。
• 生命を理解する焦点を「何であるか」から「何をするか」という計算的側面にシフトさせること。
• BHを、生命の動的で適応的かつ非アルゴリズム的行動を通じて分析・モデル化するための概念的基盤として構築すること。

提案手法

• 生物学的ハイパーコンピュテーション（BH）を、古典的ハイパーコンピュテーショナルモデルとは異なる非古典的ハイパーコンピュテーションの形式として定義すること。
• 非線形科学および自己組織的システムの枠組みを用いて、生命プロセスを計算的実体として分析すること。
• 生命を、適応的で文脈に敏感かつ非決定論的な行動を示すことによって、チューリングマシンの計算的限界を超えるシステムとして位置づけること。
• BHに二重のスコープを導入する：(1) 新たな計算モデルの生成、(2) 機能的計算を通じて生命の研究を再定義すること。
• 複雑系と適応理論の概念を応用し、生物的プロセスをハイパーコンピュテーショナル現象としてモデル化すること。
• Complex 2012でのカンファレンス発表の文脈を活用し、概念的枠組みの妥当性を検証し、広く共有すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 どのようにして生命システムが、チューリングマシンの能力を超える計算的実体として理解できるか？
• RQ2 生物学的ハイパーコンピュテーションは、古典的ハイパーコンピュテーションモデルとどのように異なるか？
• RQ3 生命システムにおける自己組織化と適応性は、どのように非古典的ハイパーコンピュテーションを構成するか？
• RQ4 BHの概念は、物質的構造ではなく、機能的計算的行動を通じて生命を理解するための新たなレンズをどのように提供するか？
• RQ5 BHは、生命のダイナミクスを反映する新しい計算モデルの開発に、どのような意味を持つのか？

主な発見

• 生命システムが、古典的チューリングマシンの限界を超える非古典的ハイパーコンピュテーションを実行することが示された。
• 生物学的ハイパーコンピュテーションは、標準的な計算モデルに還元できないため、生命の計算的性質を理解するための新しい枠組みが不可欠である。
• 本論文は、生命をその物理的構成要素ではなく、計算的行動を通じて研究すべきであると確立した。
• BHは二重の目的を持つ枠組みを導入し、新たな計算モデルの創出と、計算を通じた生命の認識論の再定義を可能にした。
• BHの概念は、Complex 2012カンファレンスでの受容を通じて検証され、複雑系コミュニティ内での認識を得た。
• 本論文は、特に自己組織的かつ適応的システムにおいて、生物学的プロセスのハイパーコンピュテーショナルモデル研究のための概念的基盤を提供した。