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== Abstract ==
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We present the novel approach to mathematical modeling of information processes in biosystems. It explores the mathematical formalism and methodology of quantum theory, especially quantum measurement theory. This approach is known as ''quantum-like'' and it should be distinguished from study of genuine quantum physical processes in biosystems (quantum biophysics, quantum cognition). It is based on quantum information representation of biosystem’s state and modeling its dynamics in the framework of theory of open quantum systems. This paper starts with the non-physicist friendly presentation of quantum measurement theory, from the original von Neumann formulation to modern theory of quantum instruments. Then, latter is applied to model combinations of cognitive effects and gene regulation of glucose/lactose metabolism in Escherichia coli bacterium. The most general construction of quantum instruments is based on the scheme of indirect measurement, in that measurement apparatus plays the role of the environment for a biosystem. The biological essence of this scheme is illustrated by quantum formalization of Helmholtz sensation–perception theory. Then we move to open systems dynamics and consider quantum master equation, with concentrating on quantum Markov processes. In this framework, we model functioning of biological functions such as psychological functions and epigenetic mutation.
Presentiamo il nuovo approccio alla modellazione matematica dei processi informativi nei biosistemi. Si esplora il formalismo matematico e la metodologia della teoria quantistica, in particolare la teoria della misurazione quantistica. Questo approccio è noto come simil-quantistico e dovrebbe essere distinto dallo studio dei veri processi fisici quantistici nei biosistemi (biofisica quantistica, cognizione quantistica). Si basa sulla rappresentazione della '<nowiki/>''informazione quantistica''' dello stato del biosistema e sulla modellizzazione della sua dinamica nel quadro della teoria dei sistemi quantistici aperti. Questo articolo inizia con la presentazione non-fisica della teoria della misurazione quantistica, dalla formulazione originale di von Neumann alla moderna teoria degli strumenti quantistici. Quindi, quest'ultimo viene applicato alla combinazioni dei modello di effetti cognitivi, alla regolazione genica del metabolismo del glucosio/lattosio nel batterio Escherichia coli. La costruzione più generale degli strumenti quantistici si basa sullo schema della misura indiretta, in quanto l'apparato di misura svolge il ruolo di ambiente per un biosistema. L'essenza biologica di questo schema è illustrata dalla formalizzazione quantistica della teoria della sensazione-percezione di Helmholtz. Quindi passiamo alla dinamica dei sistemi aperti e consideriamo l'equazione master quantistica, concentrandoci sui processi quantistici di Markov. In questo quadro, modelliamo il funzionamento di funzioni biologiche come le funzioni psicologiche e la mutazione epigenetica.


===== Keywords =====
===== Keywords =====
Mathematical formalism of quantum mechanics, Open quantum systems, Quantum instruments, Quantum Markov dynamics, Gene regulation, Psychological effects,Cognition, Epigenetic mutation, Biological functions
Formalismo matematico della meccanica quantistica, Sistemi quantistici aperti, Strumenti quantistici, Dinamica quantistica di Markov, Regolazione genica, Effetti psicologici, Cognizione, Mutazione epigenetica, Funzioni biologiche

Latest revision as of 18:51, 10 November 2022

Abstract

Presentiamo il nuovo approccio alla modellazione matematica dei processi informativi nei biosistemi. Si esplora il formalismo matematico e la metodologia della teoria quantistica, in particolare la teoria della misurazione quantistica. Questo approccio è noto come simil-quantistico e dovrebbe essere distinto dallo studio dei veri processi fisici quantistici nei biosistemi (biofisica quantistica, cognizione quantistica). Si basa sulla rappresentazione della 'informazione quantistica' dello stato del biosistema e sulla modellizzazione della sua dinamica nel quadro della teoria dei sistemi quantistici aperti. Questo articolo inizia con la presentazione non-fisica della teoria della misurazione quantistica, dalla formulazione originale di von Neumann alla moderna teoria degli strumenti quantistici. Quindi, quest'ultimo viene applicato alla combinazioni dei modello di effetti cognitivi, alla regolazione genica del metabolismo del glucosio/lattosio nel batterio Escherichia coli. La costruzione più generale degli strumenti quantistici si basa sullo schema della misura indiretta, in quanto l'apparato di misura svolge il ruolo di ambiente per un biosistema. L'essenza biologica di questo schema è illustrata dalla formalizzazione quantistica della teoria della sensazione-percezione di Helmholtz. Quindi passiamo alla dinamica dei sistemi aperti e consideriamo l'equazione master quantistica, concentrandoci sui processi quantistici di Markov. In questo quadro, modelliamo il funzionamento di funzioni biologiche come le funzioni psicologiche e la mutazione epigenetica.

Keywords

Formalismo matematico della meccanica quantistica, Sistemi quantistici aperti, Strumenti quantistici, Dinamica quantistica di Markov, Regolazione genica, Effetti psicologici, Cognizione, Mutazione epigenetica, Funzioni biologiche