On the exchange of semantic information between a system and its environment: the synthetic cells case

With respect to the increasing interest in the semantic aspect of information, in this thesis a recent definition proposed by A. Kolchinsky and D. H. Wolpert (KW) is discussed and in addition, based on their approach, a work intersecting synthetic biology, molecular communications and information theory is presented. Firstly, the thesis will introduce some information-theoretic concepts, as defined by Shannon and useful for the KW approach discussion and briefly, some of the most important proposals of semantic information throughout the years, so that a comparison is possible. The KW approach to semantic information is presented in a detailed way and the differences with respect to other definitions will be discussed as well as the context of application. Many fundamental concepts will be introduced, especially the stored semantic information and the observed semantic information. Finally, based on the concepts introduced by KW, the results of the work presented at the 6th Workshop of Molecular Communications and at the 16th International Workshop on Artificial Life and Evolutionary Computation are illustrated. In particular, the main goal of the work was to compute the amount of stored semantic information in a scenario in which a synthetic cell, according to the perception of some chemical molecules released by cancerous cells (CCs) in the surroundings, produces toxin molecules that have the aim to kill the CCs.

Con il crescente interesse nei confronti dell'aspetto semantico dell'informazione, in questa tesi un recente definizione, proposta da A. Kolchinsky e D. H. Wolpert, è presentata e, basato sul loro approccio, un lavoro che riguarda la biologia sintetica, le comunicazioni molecolari e la teoria dell'informazione è discusso. Prima di tutto, la tesi introdurrà alcuni concetti legati alla teoria dell'informazione così come definita da Shannon, i quali saranno utili per la trattazione dell'approccio usato da A. Kolchinsky e D. H. Wolpert. In seguito, sempre nel Capitolo ef{ch:1}, verranno mostrate anche altre definizioni dell'informazione semantica proposte nei vari anni, in modo che sia possibile fare un paragone tra esse. L'approccio usato da Kolchinsky e Wolpert è presentato in maniera dettagliata così da poter discutere la differenza con le altre proposte e il loro diverso contesto applicativo. Molti concetti fondamentali verranno discussi, specialmente quelli di stored semantic information e observed semantic information. Alla fine, basati su tali concetti, i risultati del lavoro presentato al 6° Workshop of Molecular Communications ed al 16° International Workshop on Artificial Life and Evolutionary Computation verrannò presentati. In particolare, lo scopo principale del lavoro di ricerca era quello di misuare la quantità di stored semantic information in uno scenario in cui una cellula di sintesi, in linea con la percezione di molecole rilasciate nell'ambiente circostante da alcune cellule cancerose, produce delle tossine con l'intento di uccidere queste ultime.