Een vis op het Great Barrier Reef haalt voortdurend nieuwe informatie uit zijn omgeving:de locatie van voedsel, de troebelheid van het water, en de geluiden van verre schepen, om een ​​paar voorbeelden te noemen. Maar slechts een deel van die informatie is zinvol, in die zin dat het de vissen daadwerkelijk helpt te overleven. In verschillende disciplines, van biologie tot kunstmatige intelligentie, het identificeren van dergelijke betekenisvolle, of "semantisch, " informatie is een belangrijke uitdaging. Toch is een breed toepasbare, een volledig formele definitie van dit soort informatie is nooit ontwikkeld.

Een nieuw artikel van Artemy Kolchinsky van het Santa Fe Institute, een postdoctoraal onderzoeker gespecialiseerd in informatietheorie, en professor David Wolpert, een wiskundige en natuurkundige, stelt er een voor. Op basis van statistische fysica en informatietheorie, ze hebben een definitie bedacht die benadrukt hoe een bepaald stukje informatie bijdraagt ​​aan het vermogen van een fysiek systeem om zichzelf in stand te houden - wat in de context van gewone biologische organismen zijn vermogen om te overleven betekent. Semantische informatie, zij schrijven, is "de informatie die een fysiek systeem heeft over zijn omgeving die causaal noodzakelijk is voor het systeem om zijn eigen bestaan ​​in de tijd te behouden."

Bijvoorbeeld, de locatie van voedsel is semantische informatie voor de Great Barrier Reef-vis, omdat het essentieel is voor het overleven van de vis. Maar het geluid van een ver schip draagt ​​niet bij aan de levensvatbaarheid van de vis, dus het kwalificeert niet als semantische informatie.

Kolchinsky en Wolpert hopen dat deze nieuwe, formele definitie van semantische informatie kan onderzoekers helpen het kaf van het koren te scheiden wanneer ze proberen de informatie te begrijpen die een fysiek systeem over zijn omgeving heeft.

"Sommige informatie kan buitengewoon betekenisvol zijn voor een organisme, terwijl andere informatie geen betekenis kan hebben, ", zegt Wolpert. "Hoewel het duidelijk lijkt dat dit onderscheid cruciaal is voor het analyseren van biologische organismen, het is nooit geformaliseerd. Bovendien, om de beladen kwestie van het definiëren van een 'biologisch organisme, ' we wilden dat onze definitie van zinvolle informatie van toepassing zou zijn op zowel levende als niet-levende fysieke systemen, zoals rotsen en orkanen."

De definitie van de onderzoekers vult een gat in de informatietheorie achtergelaten door Claude Shannon, die opzettelijk de kwestie van de "betekenis" van informatie wegliet in zijn iconische paper die het veld creëerde, "Een wiskundige theorie van communicatie, "van 1948.

Op het gebied van biologie, het begrijpen van de rol van semantische informatie kan helpen bij het beantwoorden van enkele van de meest intrigerende vragen van de discipline, zoals hoe de vroegste levensvormen evolueerden, of hoe bestaande zich aanpassen, zegt Kolchinsky. "Als we het hebben over fitheid en aanpassing, neemt semantische informatie toe in de loop van de evolutionaire tijd? Worden organismen beter in het oppikken van informatie die voor hen van betekenis is?"