[논문 리뷰] Biological Hypercomputation: A Concept is Introduced

Carlos Eduardo Maldonado, Nelson Alfonso Gómez-Cruz|arXiv (Cornell University)|2012. 10. 17.

Computability, Logic, AI Algorithms참고 문헌 36인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 생명을 그 물리적 구성 요소가 아니라 동적이고 튜링 기계를 초월하는 계산 행동에 의해 재정의하는 새로운 계산 프레임워크인 생물학적 하이퍼계산(BH)을 제안한다. 생물학적 시스템은 자가조직화와 적응성 덕분에 고전적 계산의 한계를 초월하는 비고전적 하이퍼계산을 수행하며, 생명을 그 기초 물질이 아닌 기능적 계산 과정으로 이해하기 위한 새로운 모델을 제안한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 생명을 물리적 실체가 아니라 하이퍼계산의 과정으로 이해하기 위한 계산 프레임워크를 수립하는 것.
• 고전적 하이퍼계산과 구별되는 생물학적 하이퍼계산의 비고전적이고 자가조직화된 성격을 강조하여 이를 구분하는 것.
• 튜링 기계 모델에서 벗어나 살아있는 시스템의 내재된 계산 능력을 반영하는 새로운 계산 모델을 제안하는 것.
• 생명을 '무엇인가'이 아니라 '무엇을 하는가'라는 계산적 관점에서 이해하는 데 초점을 옮기는 것.
• BH를 생명을 그 동적이고 적응적이며 비알고리즘적인 행동을 통해 분석하고 모델링하는 도구로 삼을 수 있는 개념적 기초를 마련하는 것.

제안 방법

• 고전적 하이퍼계산 모델과는 다름없이 비고전적 하이퍼계산의 한 형태로 생물학적 하이퍼계산(BH)을 정의하는 것.
• 비선형 과학과 자가조직화 시스템의 프레임워크를 활용하여 살아있는 과정을 계산적 실체로 분석하는 것.
• 적응성, 맥락 민감성, 비결정적 행동을 보이며 튜링 기계의 계산 한계를 초월하는 생명을 시스템으로서 위치짓는 것.
• BH의 이중적 범위를 도입하는 것: (1) 새로운 계산 모델을 생성하고, (2) 기능적 계산을 통해 생명 연구를 재정의하는 것.
• 복잡계 이론과 적응 이론의 개념을 적용하여 생물학적 과정을 하이퍼계산 현상으로 모델링하는 것.
• Complex 2012 회의 발표의 맥락을 활용하여 개념적 프레임워크의 타당성과 확산을 뒷받침하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 어떻게 살아있는 시스템을 튜링 기계의 능력을 초월하는 계산 실체로 이해할 수 있는가?
• RQ2 생물학적 하이퍼계산은 고전적 하이퍼계산 모델과 무엇으로 구별되는가?
• RQ3 살아있는 시스템의 자가조직화와 적응성은 비고전적 하이퍼계산으로서 어떻게 작용하는가?
• RQ4 BH 개념은 생명을 물질적 구조가 아닌 기능적 계산 행동으로 이해하는 데 새로운 시각을 제공하는가?
• RQ5 BH는 생명의 역동성을 반영하는 새로운 계산 모델 개발에 어떤 함의를 지닌다?

주요 결과

• 살아있는 시스템은 고전적 튜링 기계의 한계를 초월하는 비고전적 하이퍼계산을 수행함을 입증한다.
• 생물학적 하이퍼계산은 표준 계산 모델로 환원될 수 없으며, 생명의 계산적 본질을 이해하기 위한 새로운 프레임워크가 필요하다.
• 논문은 생명을 그 물리적 구성 요소가 아니라 계산 행동으로 연구해야 한다고 확립한다.
• BH는 이중 목적의 프레임워크를 제공한다: 새로운 계산 모델을 가능하게 하고, 계산을 통해 생명의 인지론적 기초를 재정의한다.
• BH 개념은 Complex 2012 회의에서 수용된 점을 통해 복잡계 공동체 내에서 인정받음을 확인한다.
• 논문은 자가조직화 및 적응적 시스템에서 특히 중요한 생물학적 과정의 하이퍼계산 모델에 대한 향후 연구를 위한 개념적 기초를 제공한다.