MC 中的语义信息：超越香浪的化学趋性

最近出现的分子通信 (MC) 范式旨在利用通信工程工具来设计人工化学通信系统。这些系统预计将在纳米尺度和生物环境中运行，例如人体内，以促进早期疾病监测和药物靶向等革命性应用的出现。尽管过去几年提出了大量理论 (以及最近也有实验) MC 系统设计，但仍有一些基本问题尚未解决，阻碍了 MC 在现实世界应用中的突破。其中一个问题是：在 MC 应用中，可以采用什么有用的信息度量标准？虽然大多数现有工作基于香浪提出的语法信息概念，但本文我们探讨了由 Kolchinsky 和 Wolpert 提出的语义信息框架，用于对自然 MC 系统——细菌化学趋性的进行信息论分析。通过计算代理基的建模 (ABM)，我们首次量化了所考虑的化学趋性细菌 (CB) 用于适应和生存于动态环境中的信息量。换言之，我们展示了环境与 CB 之间信息流如何与通信的有效性相关。此处的有效性指的是 CB 适应动态环境以确保生存的能力。我们的分析揭示了，这高度取决于环境条件，CB 能有效利用的多少信息来提高其生存机会。鼓舞人心的是我们的结果，我们设想所提出的语义信息框架可以为未来纳米尺度应用的理论和实验 MC 系统设计开辟出新的道路。