21、认知信息计算：探索生命的计算本质

认知信息计算：探索生命的计算本质

1. 自然主义与计算自然主义

自然主义认为，自然是唯一的现实，它运用科学方法，通过自然的结构、过程和关系来描述自然，并研究整个自然世界的进化，包括人类作为自然一部分的生命与发展。而计算自然主义则主张，自然是一个巨大的计算过程网络，依据物理定律，从当前状态动态发展出下一个状态。代表人物有祖泽（Zuse）、弗雷德金（Fredkin）、沃尔弗拉姆（Wolfram）、柴廷（Chaitin）和劳埃德（Lloyd）等，他们提出了不同形式的计算自然主义。

根据自然计算的观点，自然中物理状态的时间发展（动态变化）可视为信息处理（自然计算）。这类过程涵盖自组装、自组织、发育过程、基因调控网络、基因组装、蛋白质 - 蛋白质相互作用网络、生物运输网络、社会计算、进化以及形态发生（形式创造）等类似过程。

2. 最小认知的探索

当将认知作为自然过程进行研究时，若采用生物发生学的认知方法，关键问题便是什么是最小认知。近期的多项实证研究揭示，像细菌这样简单的生物体也展现出了意想不到的丰富认知行为，如感知、信息处理、记忆和决策等。单个细菌因体积微小，仅能感知周围环境，且寿命短暂，无法存储大量数据。然而，细菌菌落、菌群和菌膜却呈现出复杂的行为，无疑可被视为生物发生认知。

除了细菌和类似无神经系统的生物（如黏菌、多核或多细胞变形虫，最近还被用于计算最短路径），通常认为植物也不具备认知能力。但研究发现，植物拥有记忆（其身体结构会因过去事件而改变）、学习能力（可塑性，通过形态动力学适应环境）以及预测和相应调整行为的能力，具备初步的知识形式。

本文聚焦于原始认知，即生物体利用环境信息进行自我生成、自我调节和自我维持的全部过程