临界性附近信息流的行为

最近的实验表明，许多生物系统在其临界点附近自组织，这暗示了一种共同的设计原理。尽管有研究提出信息传输在临界点附近达到最优，但信息传输如何依赖于输入信号的动力学、信息需要传输的距离以及到临界点的距离仍不清楚。在此，我们采用驱动二维伊辛系统的随机模拟，研究驱动输入自旋与输出自旋之间的瞬时互信息和信息传输速率。瞬时互信息随温度变化呈非单调关系，但随输入信号的相关时间单调增加。相比之下，信息传输速率作为输入相关时间的函数表现出一个最大值。此外，存在一个使该最大信息传输速率最大化的最优温度。它源于两种需求之间的权衡：一方面需要快速响应输入的变化以便单位时间内传输更多信息，另一方面需要可靠地响应。最优温度位于临界点之上，但随着输入与输出自旋之间距离的增加而向临界点移动。