The applicability of computational models to the biological world is an active topic of debate. We argue that a useful path forward results from abandoning hard boundaries between categories and adopting an observer-dependent, pragmatic view. Such a view dissolves the contingent dichotomies driven by human cognitive biases (e.g., tendency to oversimplify) and prior technological limitations in favor of a more continuous, gradualist view necessitated by the study of evolution, developmental biology, and intelligent machines. Efforts to re-shape living systems for biomedical or bioengineering purposes require prediction and control of their function at multiple scales. This is challenging for many reasons, one of which is that living systems perform multiple functions in the same place at the same time. We refer to this as "polycomputing" - the ability of the same substrate to simultaneously compute different things. This ability is an important way in which living things are a kind of computer, but not the familiar, linear, deterministic kind; rather, living things are computers in the broad sense of computational materials as reported in the rapidly-growing physical computing literature. We argue that an observer-centered framework for the computations performed by evolved and designed systems will improve the understanding of meso-scale events, as it has already done at quantum and relativistic scales. Here, we review examples of biological and technological polycomputing, and develop the idea that overloading of different functions on the same hardware is an important design principle that helps understand and build both evolved and designed systems. Learning to hack existing polycomputing substrates, as well as evolve and design new ones, will have massive impacts on regenerative medicine, robotics, and computer engineering.
翻译:计算模型对生物世界的适用性是一个活跃的辩论话题。 我们争论说, 放弃不同类别之间的硬界限, 采用观察者依赖的务实观点, 从而带来有益的前进道路。 这种观点将人类认知偏差(例如过度简化的倾向)和先前的技术限制所驱动的应急二分法溶解为人类认知偏差( 过度简化的倾向) 和先前的技术限制, 有利于研究进化、 发展生物学和智能机器所必须的更持续、 渐进的观点。 为生物医学或生物工程目的重新塑造生命系统的努力, 需要以多种尺度预测和控制其功能的演变。 这具有挑战性, 原因之一是生命系统在同一地点运行着多种功能。 我们将此称为“ 重复计算”, 同一基数的功能是同时拼凑不同的事物。 这种能力是生命事物是一种重要的方法, 它是一种计算机, 而不是熟悉、线性、 确定型的医学; 相反, 生活事物是计算材料的广义意义上的计算机, 正如在快速增长的物理计算文献中所报道的那样。 我们说, 观察者- 中心化的逻辑框架 将改进了我们所设计的计算过程的 的计算 和计算 的 的 的计算过程将改进了生物规模 的计算过程的 和 的 的 的 的 的 的, 结构 的 的 的 的 的 的 的 的 将改进了 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 和 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的