感觉系统信息获取的热力学极限
定量方法
2015-07-28 v2 统计力学
摘要
鉴于信息与热力学之间的关系，我们研究了在给定能量预算下，随机测量装置的存储器能存储多少关于外部协议的信息。我们考虑一个分层装置，其中存储器组件通过监测与环境耦合的感觉部分的历史来存储关于外部环境的信息。我们推导了熵产生的积分涨落定理以及存储器中累积信息量的度量。其最直接的结论是，信息量受过程产生的平均热力学熵的限制。在平衡态下，不产生熵，因此存储器不会向感觉组件添加任何关于环境的信息。因此，如果系统在平衡态下运行，添加存储器组件是多余的。这种装置可用于模拟细胞测量外部化学物质浓度并将测量结果编码在磷酸化细胞质蛋白数量中的感知过程。
引用
@article{arxiv.1408.5128,
title = {Thermodynamic limits to information harvesting by sensory systems},
author = {Stefano Bo and Marco Del Giudice and Antonio Celani},
journal= {arXiv preprint arXiv:1408.5128},
year = {2015}
}
备注
Revised version: 18 pages, 5 figures