Struktura teorii neurokognitywnych wykład monograficzny 2012/2013. Wykład 12 ( )

Transkrypt

1 Struktura teorii neurokognitywnych wykład monograficzny 2012/2013 Wykład 12 ( )

2 Zjednoczona nauka: redukcja czy sieć?

3 Jedność nauki programy redukcyjne jedność nauki przez redukcję językową (Rudolf Carnap) o pełnej redukcji teorii I do teorii II można mówić wtw., gdy wszystkie obserwacje, które wyjaśnia teoria I można wyjaśnić na gruncie teorii II terminy teorii I eliminowane są przez terminy teorii II redukcja ma charakter eliminacyjny jedność nauki przez redukcję praw prawa danej nauki redukują się do praw nauki bardziej podstawowej (aż do mechaniki kwantowej) w redukcji wykorzystywane są prawa pomostowe (np. redukcja termodynamiki do mechaniki statystycznej jest możliwa po przyjęciu prawa pomostowego, które zakłada proporcjonalność temperatury gazu i średniej energii kinetycznej molekuł) jedność nauki przez mikroredukcję (Paul Oppenheim i Hilary Putnam) prawa określające funkcjonowanie struktur złożonych, wyprowadzane są z praw, określających funkcjonowanie elementów tych struktur jedność nauki osiągnąć można przez redukcję struktur złożonych, aż do otrzymania struktur prostych, czyli cząsteczek elementarnych redukcja może mieć charakter nieeliminacyjny

4 Konsiliencja? Kluczem do zjednoczenia wiedzy jest idea konsiliencji ( ). Pierwszy w kontekście filozoficznym słowa consilience użył William Whewell w pracy z roku 1840: The Philosophy od the Inductive Sciences. Whewell pisał o konsiliencji jako dosłownie zbieganiu się wiedzy dzięki łączeniu faktów i opartych na nich teorii empirycznych z różnych dziedzin w jedną wspólna teorię wyjaśniającą ( ). E.O. Wilson, Konsiliencja. Jedność wiedzy, przeł. J. Mikos, Zysk i S-ka, Poznań 2011, s. 15.

5 Na nasz język można patrzeć jak na stare miasto: plątanina uliczek i placów, starych i nowych domów, domów z dobudówkami z różnych czasów; a wszystko to otoczone licznymi nowymi przedmieściami o prostych i regularnych ulicach ze standardowymi domami L. Wittgenstein, DF, paragraf 18.

6 teorie międzyzakresowe (interfield theories) Lindley Darden, Nancy Maull zamiast starać się redukować nauki, lepiej jest wykazywać powiązania pomiędzy nimi tym, co uspójnia różne elementy sieci są teorie międzyzakresowe przykład: teoria chromosomów jako powiązanie genetyki i cytologii: ( ) chromosomowa teoria dziedziczności postulowała, że Mendlowskie geny są w lub na chromosomach; zaś cytologia przewiduje fizyczną lokalizację genów. ( ) Teoria wyjaśnia ten związek bardziej szczegółowo: geny są częścią chromosomów. Tak więc, ich relacja stała się bardziej szczegółową relacją części do całości.

7 Neural Engineering Framework jako teoria międzyzakresowa 1. Reprezentacja: reprezentacje neuronowe definiowane są jako połączenia nieliniowego kodowania oraz optymalnego dekodowania liniowego. 2. Transformacja: transformacje reprezentacji neuronalnych są funkcjami zmiennych, które reprezentowane są przez populacje [komórek nerwowych]. 3. Dynamika: dynamika neuronalna reprezentowana jest z uwzględnieniem neuronalnych reprezentacji, jako kontrola teoretycznych stanów zmiennych.

8 Problem wyjaśniania (neuronaukowego) Czy wyjaśnianie neurokognitywne różni się od wyjaśniania w innych naukach (np. fizyce?) Czy wszystkie wyjaśnienia generowane muszą być w jeden sposób?

9 Czy teorie naukowe coś wyjaśniają? Teoria fizyczna nie jest wyjaśnieniem. Jest ona systemem twierdzeń matematycznych, wynikających z niewielkiej liczby zasad (principles), których celem jest reprezentowanie zbioru empirycznych praw w sposób prosty, kompletny i ścisły (Pierre Duhem) Występowanie prawidłowości, dzięki którym przebieg zjawisk pasuje do teorii, jest niczym więcej jak suchym faktem, który może mieć albo nie mieć wyjaśnienia przy pomocy faktów ukrytych pod powierzchnią zjawisk w rzeczywistości nie ma to żadnego znaczenia dla oceny teorii ani naszego rozumienia świata (Bas van Fraassen)

10 Wyjaśnianie jedno z zadań nauki Wyjaśnianie jako odpowiedź na pytanie: Co? (to jest), czym? (coś jest) Czym jest bocian? Jest ptakiem. Jak? (coś działa, funkcjonuje) Jak działa umysł? Algorytmicznie (jak komputer). Dlaczego? (coś jest takie, a nie inne) Dlaczego człowiek ma wyprostowaną postawę ciała? Bo zapewnia to dobrą gospodarkę termiczną i umożliwia wykorzystanie rąk.

11 Podział strategii wyjaśniania naukowego Syntaktyczne (operacje na zdaniach, rozumowania) Model dedukcyjno-nomologiczny Hempla i Oppenheima Semantyczne (mechanizmy, diagramy) Współczesny mechanicyzm (Carl Craver) Psychologiczne (rozumienie) Wzorce sieci PDP (Paul Churchland) Przyczynowe każde wyjaśnianie ma komponent przyczynowy Arystoteles, Michael Scriven

12 Warunki wyjaśniania Hempla (H1) Warunek istotności: informacja, którą wyjaśnienie zawiera, dostarcza racjonalnej podstawy do wiary, że zjawisko wyjaśniane rzeczywiście wystąpiło lub występuje. (H2) Warunek sprawdzalności: twierdzenia składające się na wyjaśnienia naukowe muszą podlegać testom empirycznym.

13 Wyjaśnianie dedukcyjno-nomologiczne Zgodnie ze strategią D-N, wyjaśnianie polega na przeprowadzeniu rozumowania o następujących cechach: (C1) przesłanki rozumowania to explanans (to, za pomocą, czego wyjaśniamy), zaś wniosek to explanadndum (wyjaśniane zjawisko); (C2) w zbiorze przesłanek (explanans) powinno znajdować się minimum jedno prawo; (C3) przesłanki powinny mieć treść empiryczną; (C4) przesłanki powinny być prawdziwe. Jeśli (C4) nie zachodzi to mamy wyjaśnienie potencjalne

14 Rola praw Prawa, z których korzysta się w wyjaśnieniach dedukcyjno-nomologicznych, charakteryzują się pewną podstawową wspólną cechą: mają one ( ) formę zdań ogólnych. Z grubsza mówiąc, zdanie tego rodzaju stwierdza zachodzenie pewnego regularnie występującego związku między różnymi zjawiskami empirycznymi lub między różnymi aspektami tego samego zjawiska empirycznego. Jest to twierdzenie głoszące, że zawsze i wszędzie, gdzie występują określone warunki F, tam bez wyjątku występują również warunki pewnego innego rodzaju G. Carl Gustav Hempel

15 Wyjaśnianie dedukcyjno-nomologiczne

16 Wyjaśnianie dedukcyjno-nomologiczne C: Chłodna próbka rtęci została umieszczona w gorącej wodzie, która ogrzała próbkę, L: Rtęć zwiększa objętość pod wpływem ogrzewania więc E: Próbka rtęci zwiększyła objętość

17 Wyjaśnianie dedukcyjno-nomologiczne: Wason Selection Task L: Za każdym razem, gdy organizm znajdzie się w sytuacji możliwego złamania reguły społecznej, uruchamiany jest działający sprawnie moduł wykrywania oszustów. C: Badana osoba znalazła się w sytuacji możliwego złamania reguły R S : aby dokonać zakupu alkoholu trzeba mieć ukończone 18 lat E: Uruchomiony został moduł wykrywania oszustów, co pozwoliło udzielić prawidłowej odpowiedzi, kogo należy skontrolować, aby sprawdzić czy nie łamie R S

18 Słabsze wersje (Hempel) Wyjaśnianie dedukcyjno-statystycne (D-S) eksplanandum odnosi się do prawidłowości statystycznej. Wówczas w przesłankach rozumowania znajdować powinno się przynajmniej jedno prawo statystyczne. Wyjaśnianie indykcyjno-statystyczne (I-S) jedną z przesłanek rozumowania powinno być również prawo statystyczne, jednak explanandum jest zdarzeniem jednostkowym, o wysokim prawdopodobieństwie wystąpienia

19 Paradoksy wyjaśniania D-N: paradoks masztu i rzucanego przez niego cienia Długość cienia, jaką rzuca maszt wyjaśnić można przeprowadzając rozumowanie, którego przesłankami są odpowiednie prawa (optyki i trygonometrii) oraz fakty jednostkowe (wysokość masztu i wartość kąta). Analogicznie wyjaśnić można również długość cienia. Jedyna różnica polega na tym, że zamiast wysokości masztu, za przesłankę bierzemy długość cienia. Paradoks polega na tym, że koncepcja D-N dopuszcza możliwość wyjaśnienia wysokości masztu, mając za przesłankę długość cienia. D-N nie spełnia tzw. warunku asymetrii. Zgodnie z tym warunkiem, jeśli zjawisko (prawidłowość) A wyjaśnić można odwołując się do zjawiska (prawidłowości) B, to nie powinno być możliwe wyjaśnienie B poprzez odwołanie się do A.

20 Paradoksy wyjaśniania D-N: barometr i burza Zdanie nadchodzi burza można wywnioskować mając za przesłanki zdanie ogólne Zawsze, gdy wskazówka barometru opada, nadchodzi burza oraz zdanie o warunkach początkowych: Wskazówka barometru opadła. Trudno zaakceptować wyjaśnienie zjawiska atmosferycznego poprzez odwołanie się do obserwacji wskazówki urządzenia. Znacznie rozsądniej wyjaśnić zarówno nadejście burzy, jak i zachowanie wskazówki spadkiem ciśnienia atmosferycznego (jest to wspólna przyczyna obydwu faktów) Paradoks wskazuje na problem korelacji i oddziaływań przyczynowych

21 Paradoksy wyjaśniania D-N: Zaćmienie słońca Zaćmienie Słońca można wyjaśnić poprzez predykcję tego zjawiska. Należy przeprowadzić rozumowanie, którego przesłankami są prawa ruchu ciał niebieskich oraz zdania, odnoszące się do konfiguracji Słońca, Księżyca i Ziemi. Problem polega na tym, że analogicznie można zdobyć wiedzę o przeszłych zaćmieniach. Wówczas przeszłe zaćmienie byłoby wyjaśniane aktualną konfiguracją ciał niebieskich, co wydaje się niedorzeczne. Paradoks ten uzmysławia, że wyjaśnienia dedukcyjnonomologiczne nie rozróżniają należycie predykcji i retrodykcji

22 Paradoksy wyjaśniania D-N: mężczyzna i pigułka antykoncepcyjna Zdanie Jaś nie zajdzie w ciążę może być wyprowadzone z prawa osoby zażywające pigułki antykoncepcyjne ceteris paribus nie zachodzą w ciążę oraz zdania jednostkowego Jaś zażywa pigułki. Trudno jednak uznać powyższe rozumowanie za wyjaśnienie. Paradoks ten pokazuje, że wyjaśnienia muszą opierać się na czynnikach relewantnych przyczynowo (to, że Jaś jest mężczyzną jest wystarczającą przyczyną by nie mógł zajść w ciążę; wszystkie inne dodatkowe czynniki są już nieistotne).

23 D-S: katar i witamina C Paradoksy wyjaśniania Załóżmy, że Małgosia miała katar, który ustąpił, gdy zaczęła zażywać witaminę C. Przesłankami rozumowania, które ma dostarczyć wyjaśnienia są: prawo statystyczne, mówiące o leczniczych własnościach witaminy C oraz zdanie, mówiące o zażyciu witaminy C przez Małgosię. Problem polega jednak na tym, że zgodnie z ludowym porzekadłem często katar leczony witaminą C trwa 7 dni, a nieleczony tydzień. Rozumowanie mówi tylko, że prawdopodobieństwo wyzdrowienia Małgosi było wysokie. To za mało by mówić o wyjaśnianiu naukowym. Trzeba by jeszcze wykazać na zasadzie kontrastu że prawdopodobieństwo wyzdrowienia bez zażywania witaminy C jest istotnie niższe.

24 Paradoksy wyjaśniania I-S: kiła i pareza Pareza, zwana również paraliżem postępowym występuje u około 10% osób z nieleczoną kiłą pierwszorzędową. Oczywistym wyjaśnieniem zachorowania Jasia na parezę jest to, że wcześniej cierpiał na kiłę. Hemplowska koncepcja I-S, wymaga by prawdopodobieństwo zajścia wyjaśnianego zdarzenia było wysokie. 10% jest intuicyjnie raczej dość niskim prawdopodobieństwem. Paradoks ten świadczy o tym, że niskie prawdopodobieństwo zajścia zjawiska nie powinno przekreślać wyjaśniania statystycznego.

25 Dodatkowe warunki wyjaśniania (W1) Warunek następstwa czasowego: samo następstwo czasowe zjawisk nie stanowi ich wyjaśnienia. (W2) Warunek asymetrii: przyczyny powinny wyjaśniać efekty, a nie odwrotnie. (W3) Warunek wspólnej przyczyny: przyczynowo niezależne efekty wspólnych przyczyn nie wyjaśniają się nawzajem (W4) Warunek relewancji: zjawiska nieistotne przyczynowo nie są wyjaśnieniami. (W5) Warunek prawdopodobieństwa: przyczyny nie muszą czynić efektów wysoce prawdopodobnymi, aby je wyjaśnić (prawdopodobieństwo zajścia wyjaśnianego zdarzenia nie musi być wysokie)

26 Wyjaśnianie mechanistyczne Carl Craver: wyjaśnienia są rodzajami rzeczy, które odkrywamy i opisujemy Wyjaśnianie polegać ma na odkrywaniu mechanizmów, które są: obiektami i działaniami zorganizowanymi w taki sposób, że przedstawiają wyjaśniane zjawisko (explanandum phenomenon) William Wimsatt: ostatnio w biologii wielu naukowców zauważa, że ich praca polega na wyjaśnianiu zjawisk poprzez odkrywanie mechanizmów William Bechtel: wyjaśnienia nie muszą być opisem dopuszczalne, a nawet wskazane są diagramy, wykresy itd.

27 Wyjaśnianie mechanistyczne Peter Machamer, Lindley Darden, Carl Craver: Mechanizmy są obiektami (entities) (o określonych własnościach) i procesami (activities) zorganizowanymi w taki sposób, że powodują one regularne zmiany począwszy od początku, czy też warunków początkowych, aż do zakończenia (działania) lub warunków końcowych. Mechanizmy złożone są zarówno z obiektów (wraz z ich własnościami) oraz procesów. Procesy wywołują zmiany. Obiekty biorą udział w zmianach. Procesy zazwyczaj wymagają by obiekty wyposażone były w określone własności.

28 Wyjaśnianie mechanistyczne Górna część schematu reprezentuje to, co ma zostać wyjaśnione (explanandum). Symbol ψ (od psychological) oznacza zjawisko, własność, bądź zachowanie, wyjaśniane przez mechanizm. Z kolei symbol S oznacza mechanizm jako całość. Dolna część schematu reprezentuje obiekty (okręgi) oraz działania (strzałki wychodzące od okręgów). Wspólnie konstytuują one mechanizm. W wyjaśnianiu pełnią one rolę explanansu (tego co wyjaśnia). Symbol X oznacza komponent (część) obiektu, zaś ϕ (od physiological) działanie danego obiektu w mechanizmie. Wyjaśnienie zjawiska Sψ polega na odkryciu i pokazaniu struktury obiektów {X 1, X 2, X 3,,X m ) oraz działań {ϕ 1, ϕ 2, ϕ 3,, ϕ n }.

29 Obiektami są m.in. błony komórkowe, membrany, mikrotubule, molekuły i jony. Działania reprezentowane są natomiast za pomocą licznych strzałek. Strzałki te oznaczają m.in. biosyntezę, depolaryzację, dyfuzję czy też modulację

30 Wyjaśnianie mechanistyczne Mechanizm pamięci przestrzennej myszy: Wyjaśnianie w sensie wertykalnym i horyzontalnym

31 Wyjaśnianie mechanistyczne Stuart Glennan (df. konkurencyjna względem MDC): Mechanizm będący podłożem zachowania jest złożonym systemem, który generuje to zachowanie (...) poprzez interakcje wielu części, rządzone bezpośrednimi prawami przyczynowymi Mechanicyzm uwzględnia przyczynowość

32 Kolaps casus Euklidesa (1) Od każdego punktu do każdego punktu poprowadzić można prostą; (2) Ograniczoną prostą można w sposób ciągły przedłużać wzdłuż prostej; (3) Z każdego środka każdą rozwartością można opisać koło; (4) Wszystkie kąty proste są sobie równe; (5) Jeśli prosta, przecinająca dwie proste, tworzy kąty wewnętrzne jednostronnie mniejsze od dwóch prostych, to te dwie proste, przedłużane nieograniczenie, spotkają się z tej strony, gdzie kąty są mniejsze od dwóch prostych

33 Moritz Pasch: Kolaps casus Euklidesa Jeśli geometria ma być nauką dedukcyjną, proces wnioskowania musi we wszystkich fragmentach być niezależny od znaczenia pojęć geometrycznych, podobnie jak musi być niezależny od diagramów; pod uwagę mogą być brane jedynie relacje wyrażane w twierdzeniach i definicjach. W czasie wnioskowania jest użyteczne i dopuszczalne, ale nie konieczne myślenie o znaczeniach terminów; faktycznie, jeśli jest to konieczne, to w ten sposób widoczna staje się niepoprawność dowodu

34 Kolaps casus Euklidesa Aksjomat Pascha (1882): Dane są na płaszczyźnie prosta l i punkty P i Q spoza l takie, że odcinek PQ przecina l. Jeśli R jest kolejnym punktem poza l, to dokładnie jeden z odcinków, RP lub RQ, przecina l. Ścisła aksjomatyka geometrii klasycznej: David Hilbert, Grundlagen der Geometrie (1899)

35 Psychologiczne strategie wyjaśniani Hermeneutyka Gadamera: wyjaśnianie jako rozumienie Wyjaśnianie jako aktywacja w PDP (Churchland) PDP: przekształcanie jednego wzorca w inny podczas ich przechodzenia przez liczne skonfigurowane połączenia synaptyczne Wyjaśnianie: polega na aktywacji określonego prototypu wektora w dobrze wytrenowanej sieci. Polega to na ujęciu problematycznego przypadku, jako przykładu ogólnego rodzaju, który posiada bogatą w informacje i szczegółową reprezentację

36 Tropem Karla Poppera Prawdą jest, że działania lub procesy podpadające pod ogólny termin rozumienie są działaniami subiektywnymi, osobistymi lub psychologicznymi. Należy je odróżnić od (mniej lub bardziej udanych) efektów tej działalności, od ich rezultatów, od ostatecznego stanu rozumienia (w określonym czasie). ( ) Z chwilą, gdy subiektywny stan rozumienia zostanie w końcu osiągnięty, psychologiczny proces wiodący ku niemu powinien być analizowany w kategoriach przedmiotów trzeciego świata, z którymi jest związany. W istocie można go analizować wyłącznie w tych kategoriach

37 Philipp Kitcher: Wyjaśnianie jako unifikacja ( ) teoria unifikuje nasze przekonania, gdy dostarcza ona jednego (lub ogólniej, niewielu) wzoru(ów) rozumowania, który może być użyty w wyprowadzeniu wielu zdań, które akceptujemy Nauka posuwa na przód nasze rozumienie natury, pokazując nam, jak derywować opisy wielu zjawisk wykorzystując ten sam wzór derywacji jeszcze raz i jeszcze raz. Pokazując to, nauka uczy nas jak redukować liczbę faktów, które musimy zaakceptować jako ostateczne Wyjaśnianie (nie tylko w neuronauce poznawczej) jest operacją na zdaniach, zawsze wpisaną w szerszą strukturę argumentacyjną

38 Wyjaśnianie neurokognitywne Fundamentalna (formalna) analiza metodologiczna: wyjaśnianie syntaktyczne każdy diagram (strategie semantyczne) co do zasady przełożyć można na zdania wyjaśnianie bez wątpienia ma komponent psychologiczny, ale w metodologii bierzemy pod uwagę wytwory procesu poznawczego Praktyczna analiza metodologiczna: relatywizacja sposobu wyjaśniania do: (i) poziomu teorii (pojedyncze neurony, struktury, procesy poznawcze) (ii) przyjętego paradygmatu neuronauki poznawczej