Фазовые переходы науки
Возможность редукции всего к простым фундаментальным законам не предполагает возможности начать с этих законов и реконструировать Вселенную. Конструкционитская гипотеза разваливается, натолкнувшись на двух близнецов: масштаб и сложность. Поведение больших сложных агрегатов элементарных частиц, как оказывается, не понимаемо в терминах простой экстраполяции свойств немногих частиц. Вместо того, на каждом уровне сложности возникают новые свойства… На каждой стадии [познания] необходимы совершенно новые законы, концепции и обобщения, требующие вдохновения и творчества не менее, чем предыдущая. Психология не есть прикладная биология, а биология не есть прикладная химия… Мы видим, что целое на просто является более чем суммой частей, но становится качественно иным, нежели сумма частей.
(Anderson P W 1972)
Разговор нейровычислительного лингвиста (который собирается дожить) с нейробиологом (который не собирается), начавшийся за Фрейда и продолжившийся, как обычно.
fregimus:
Любопытно, что Фрейд в молодости начинал с исследования физиологии нервной системы (он занимался рыбами), и нафантазировал, фактически, синапсы за несколько лет до Кахаля и Шеррингтона. А потом забросил науку и занялся практикой, потому что у него не было денег. А мог и Нобелевку оторвать - кто ж знал…
catta:
Да, полет мысли у него был изряден. Если бы он остался связан с, так сказать, материальной основой дела, это могло бы подсократить его фантазию до реалистических границ и сделать результаты весомее. Вполне мог бы и Нобелевку потянуть. Зато так потянул за собой огромный кусок культуры. Конечно, неясно, к добру или к худу, но это почти никогда не ясно.
fregimus:
Современная нейробиология занимается поиском neural substrates всяких вещей. Считается, что то, у чего они не обнаруживаются - того как бы и нет, выдумки это. Таков мейнстрим, и спорить с этим было бы, конечно, недальновидно. Тем не менее, мне кажется, что поиски одноуровнего отображения нейрофизиологических процессов на все вообще - от рефлексов до сознания до личности и, скажем, гения - в какой-то степени сродни попыткам начала XX в. свести все науки к физике. Позже выяснилось, что мир устроен несколько более затейливо, чем линейный дифур, и на одном этом уровне его не описать. Вот мне кажется, что нейробиология сейчас впадает в ту же ошибку, что физика 90 лет назад.
catta:
Это отчасти верно, только, как мне кажется, не так критично. Просто этот поиск дает пока очень хороший выход, и будет его давать еще довольно долго. А потом, конечно, будет некий кризис надежд и упований, но зато будет почва для чего-то другого, о чем мы пока даже не знаем.
Что касается "как бы и нет" - оно же на самом деле не в виде прямого отрицания происходит. Чаще в виде замены вроде "мы искали вот это, а нашли вон то".
Короче, в силу природной моей туповатости мне нынешний поток нейробиологических данных нравится. Приятно, когда картина мира постоянно уточняется.
fregimus:
Простите меня, я совсем не хотел задеть Вас лично. Я пытаюсь понять, насколько то, что система вытеснения неприятного из сознания не обнаружена в виде коррелятов, говорит о том, что ее нет и быть не может. Не может ли быть так, что она принадлежит к более высокому уровню описания умственной деятельности, нежели уровень диффузной активации групп из нескольких десятков тысяч соседних нейронов? Действительно ли можно смело редуцировать все, что на первый взгляд в человеке имеется, но не обнаруживается в виде цветных пятен на fMRI?
catta:
Не, я совершенно не задета. Пуля прошла мимо :)
На самом деле более высокие уровни умственной деятельности тоже ведь постоянно изучаются, и пока результатов нет. Я с этой точки зрения говорила, не только в отношении данной конкретной работы. Разумеется, тема не закрыта. Хотя бы потому, что доказывать несуществование - дело куда как более трудное, чем доказывать существование.
fregimus:
Нет, намерения пулять у меня и не было. Надо быть сумасшедшим, чтобы принижать значение изучения деятельности ЦНС на уровне нейронной сети с помощью таких чудесных неинвазивных инструментов, как fMRI, о которых 20 лет назад даже и не мечталось.
Несуществование в науке, как мне кажется, обычно не доказывается - просто гипотеза, в которой не нуждаются, забывается; случается, что через десятилетия ее потрясенно раскапывают и поражаются предвидению, но это, конечно, редчайший случай. Никто и не доказывал несуществования, скажем, теплорода - он выпал из научной реальности сам собой.
А вот то, что результатов на более высоких уровнях нет, меня беспокоит. В своей области я вижу множество экспериментальных данных о том, где в мозгу светится, когда склоняют, спрягают, определяют род имен, когда решают когнитивные задачи более высокого уровня и прочая, и прочая. Чего нет - никаких нет, честно говоря, даже намеков на понимание, как устроен язык, когда он в мозгу. При таком изобилии экспериментальных данных отсутствие теорий - ситуация, на мой взгляд, в науке ранее невиданная. Говорят, подкопим данных побольше и понапридумаем еще более искуственно-интеллектуальных гуголов для копания в этом массиве, и все станет на свои места само собой. В это приятно верить, но никаких пока подтверждений и этой гипотезы, кроме ее отрадности, не видно. Оказывается, Родос - здесь, а мы не прыгаем. Чего же не хватает: гениального Менделеева, сложащего это изобилии в стройную периодическую систему? Или это объективная «стенка», предел современной возможности теоретизирования, которую преодолеет только метанаука? Или - страшно подумать - она непреодолима вовсе? Было бы очень интересно узнать Ваше мнение - Вы, как я понимаю, в самой серединке именно того самого экспериментального мозговедения, краешка которого я касаюсь, и наверняка задумывались об этом.
catta:
Я думала об этом. Мое мнение довольно простое. Для понимания "глобальных" мозговых функций - языка, сознания, воображения, инсайтов и т. п. - у нас тупо недостаточно понимания более мелких составляющих их процессов. Эффект "мы долго ждали, и где оно?" в нейронауках объясняется тем, что глобальными вещами пытались заниматься раньше, чем их составляющими, просто в силу того, что основной интерес человечества направлен именно на них. В результате образовался клубок теорий (преимущественно психологических), с трудом проверяемых на практике потому что для их разложения на части и проверки отдельных частей недоставало методик. Потом прошел бум чистой психологии и одновременно с ним случился компьютерный бум. Отсутствие давления психологии и возможность обрабатывать большие массивы данных двинули нейронауки вперед. За последние десятилетия достигнут очень хороший рабочий уровень понимания "процессов небольших размеров" - клеточных основ памяти и научения, структуры системы вознаграждения, биохимических основ эмоций, причин некоторых психических и неврологических заболеваний. Для меня главное достижение в том, что 60 примерно лет интенсивной работы над основами зрения дали наконец понимание (хотя и неполное, но достаточное) низкоуровневых зрительных процессов - восприятия цвета, контраста, линий, движения, выделения форм из фона и прочих подобных вещей. Это дает возможность формировать гипотезы о "процессах среднего уровня", не высасывая их из пальца, а комбинируя то что явно существует на низком уровне. Строить не из воздуха, а из кирпичиков. Поэтому сейчас приходит очередь понимать процессы среднего уровня. Например, зрительное внимание как взаимодействие зрительных зон коры с разным разрешением по времени и пространству, локализацию и взаимодействие разных типов памяти, динамику работы зон связанных с речью в процессе восприятия и воспроизведения речи. Таких вещей, на первый взгляд скучноватых. Нужны еще десятки лет, чтобы в отношении процессов среднего уровня возникло такое же четкое знание, как есть сейчас для процессов низкого уровня, когда процесс изучен до уровня понимания количественных закономерностей между сигналом на входе и выходом процесса. Когда для процесса сформулирован физический закон. Только после этого будет иметь смысл работа с процессами самого высокого уровня. Пока что для них есть только заделы, а именно - люди начинают задавать вопросы. Четко поставленные вопросы в науке являются очень питательным ресурсом, его осваивают сразу же, как становится возможным до него добраться, то есть, когда появляются кирпичики понимания на более низком уровне и новые методы и приборы для работы на уровне разрешения этих вопросов.
Это все, к сожалению, долго. Я лично не планирую дожить до понимания процессов высокого уровня. Но начало есть шанс застать.
fregimus:
Спасибо, очень понятно. Я не убежден, что есть прямая связь между построением уровней, такая, чтобы следующий уровень понимания непременно должен был основываться на более низком. Можно ли понять, как функционирует колония насекомых, не основываясь на молекулярной биологии? Ответ, конечно, зависит от того, что понимать под словом «понять» в этом вопросе, но, мне кажется, что ответ этот может считаться положительным - тут речь должна идти, вероятно, о последовательном уточнении, о котором Вы говорили уже выше, а не о полном, глубоком непонимании, блуждании в потемках, какое бы продолжалось до того, как молбиология появится. Вот это сравнение противопоставлений классической биологии против молбиологии с классическим мозговедением против микроскопического, если можно их так обозначить - насколько оно кажется Вам уместным, где оно хромает? Если я не утомляю Вас разговором, конечно.
catta:
Да, здесь очень важна трактовка слова "понимать". Мне ближе всего "возможность точно предсказывать".
Я не думаю, что в мозговедении есть очевидное противопоставление "классики" "микроскопии". Мозговедение предполагает работу и с клеточным уровнем, и с системным. В нашем случае каждый уровень задает свои ограничения тому что вообще возможно увидеть рассматривая мозг как целое. Из близких к Вашим делам примеров можно вспомнить чтение, которое зависит от системы зрительного внимания и зрительного поиска, соответственно его скорость и точность будут зависеть от скорости и точности этой системы. А эта система построена на М-пути от сетчатки в кору, со своими характеристиками - высоким временным разрешением и низким пространственным, а также зависимостью пространственного разрешения от удаленности ганглиозных клеток, которые дают ему начало, от центра сетчатки. А свойства этих клеток задаются структурой оболочки их аксонов и связями с рецепторной частью сетчатки. Но штука в том, что все это было невозможно понять до того момента, когда строение сетчатки и типы ганглиозных клеток в ней были хорошо изучены. То есть, лимитирующий уровень был довольно "низкий". В изучении эмоций главный скачок вообще был на уровне биохимии. Но это не значит, что следующий скачок тоже будет "низкоуровневым". Так, для понимания восприятия движения едва ли не главным был скачок психологический (в западном понимании психологии) - построение математической модели детектора движения.
Рискну сказать, что с колонией муравьев дело обстоит не так просто. Как я понимаю, для понимания их поведения понадобились исследования на уровне химии, там же часть общения происходит на недоступном нашему преимущественно зрительно-слуховому пониманию химическом уровне.
На этом месте я прекратил мучить моего замечательного собеседника и решил мучить вас спросить вашего мнения. Типа, где мы вообще, и куда идем, и почему все так плохо. Или так хорошо - кому как кажется.
(Anderson P W 1972)
Разговор нейровычислительного лингвиста (который собирается дожить) с нейробиологом (который не собирается), начавшийся за Фрейда и продолжившийся, как обычно.
fregimus:
Любопытно, что Фрейд в молодости начинал с исследования физиологии нервной системы (он занимался рыбами), и нафантазировал, фактически, синапсы за несколько лет до Кахаля и Шеррингтона. А потом забросил науку и занялся практикой, потому что у него не было денег. А мог и Нобелевку оторвать - кто ж знал…
catta:
Да, полет мысли у него был изряден. Если бы он остался связан с, так сказать, материальной основой дела, это могло бы подсократить его фантазию до реалистических границ и сделать результаты весомее. Вполне мог бы и Нобелевку потянуть. Зато так потянул за собой огромный кусок культуры. Конечно, неясно, к добру или к худу, но это почти никогда не ясно.
fregimus:
Современная нейробиология занимается поиском neural substrates всяких вещей. Считается, что то, у чего они не обнаруживаются - того как бы и нет, выдумки это. Таков мейнстрим, и спорить с этим было бы, конечно, недальновидно. Тем не менее, мне кажется, что поиски одноуровнего отображения нейрофизиологических процессов на все вообще - от рефлексов до сознания до личности и, скажем, гения - в какой-то степени сродни попыткам начала XX в. свести все науки к физике. Позже выяснилось, что мир устроен несколько более затейливо, чем линейный дифур, и на одном этом уровне его не описать. Вот мне кажется, что нейробиология сейчас впадает в ту же ошибку, что физика 90 лет назад.
catta:
Это отчасти верно, только, как мне кажется, не так критично. Просто этот поиск дает пока очень хороший выход, и будет его давать еще довольно долго. А потом, конечно, будет некий кризис надежд и упований, но зато будет почва для чего-то другого, о чем мы пока даже не знаем.
Что касается "как бы и нет" - оно же на самом деле не в виде прямого отрицания происходит. Чаще в виде замены вроде "мы искали вот это, а нашли вон то".
Короче, в силу природной моей туповатости мне нынешний поток нейробиологических данных нравится. Приятно, когда картина мира постоянно уточняется.
fregimus:
Простите меня, я совсем не хотел задеть Вас лично. Я пытаюсь понять, насколько то, что система вытеснения неприятного из сознания не обнаружена в виде коррелятов, говорит о том, что ее нет и быть не может. Не может ли быть так, что она принадлежит к более высокому уровню описания умственной деятельности, нежели уровень диффузной активации групп из нескольких десятков тысяч соседних нейронов? Действительно ли можно смело редуцировать все, что на первый взгляд в человеке имеется, но не обнаруживается в виде цветных пятен на fMRI?
catta:
Не, я совершенно не задета. Пуля прошла мимо :)
На самом деле более высокие уровни умственной деятельности тоже ведь постоянно изучаются, и пока результатов нет. Я с этой точки зрения говорила, не только в отношении данной конкретной работы. Разумеется, тема не закрыта. Хотя бы потому, что доказывать несуществование - дело куда как более трудное, чем доказывать существование.
fregimus:
Нет, намерения пулять у меня и не было. Надо быть сумасшедшим, чтобы принижать значение изучения деятельности ЦНС на уровне нейронной сети с помощью таких чудесных неинвазивных инструментов, как fMRI, о которых 20 лет назад даже и не мечталось.
Несуществование в науке, как мне кажется, обычно не доказывается - просто гипотеза, в которой не нуждаются, забывается; случается, что через десятилетия ее потрясенно раскапывают и поражаются предвидению, но это, конечно, редчайший случай. Никто и не доказывал несуществования, скажем, теплорода - он выпал из научной реальности сам собой.
А вот то, что результатов на более высоких уровнях нет, меня беспокоит. В своей области я вижу множество экспериментальных данных о том, где в мозгу светится, когда склоняют, спрягают, определяют род имен, когда решают когнитивные задачи более высокого уровня и прочая, и прочая. Чего нет - никаких нет, честно говоря, даже намеков на понимание, как устроен язык, когда он в мозгу. При таком изобилии экспериментальных данных отсутствие теорий - ситуация, на мой взгляд, в науке ранее невиданная. Говорят, подкопим данных побольше и понапридумаем еще более искуственно-интеллектуальных гуголов для копания в этом массиве, и все станет на свои места само собой. В это приятно верить, но никаких пока подтверждений и этой гипотезы, кроме ее отрадности, не видно. Оказывается, Родос - здесь, а мы не прыгаем. Чего же не хватает: гениального Менделеева, сложащего это изобилии в стройную периодическую систему? Или это объективная «стенка», предел современной возможности теоретизирования, которую преодолеет только метанаука? Или - страшно подумать - она непреодолима вовсе? Было бы очень интересно узнать Ваше мнение - Вы, как я понимаю, в самой серединке именно того самого экспериментального мозговедения, краешка которого я касаюсь, и наверняка задумывались об этом.
catta:
Я думала об этом. Мое мнение довольно простое. Для понимания "глобальных" мозговых функций - языка, сознания, воображения, инсайтов и т. п. - у нас тупо недостаточно понимания более мелких составляющих их процессов. Эффект "мы долго ждали, и где оно?" в нейронауках объясняется тем, что глобальными вещами пытались заниматься раньше, чем их составляющими, просто в силу того, что основной интерес человечества направлен именно на них. В результате образовался клубок теорий (преимущественно психологических), с трудом проверяемых на практике потому что для их разложения на части и проверки отдельных частей недоставало методик. Потом прошел бум чистой психологии и одновременно с ним случился компьютерный бум. Отсутствие давления психологии и возможность обрабатывать большие массивы данных двинули нейронауки вперед. За последние десятилетия достигнут очень хороший рабочий уровень понимания "процессов небольших размеров" - клеточных основ памяти и научения, структуры системы вознаграждения, биохимических основ эмоций, причин некоторых психических и неврологических заболеваний. Для меня главное достижение в том, что 60 примерно лет интенсивной работы над основами зрения дали наконец понимание (хотя и неполное, но достаточное) низкоуровневых зрительных процессов - восприятия цвета, контраста, линий, движения, выделения форм из фона и прочих подобных вещей. Это дает возможность формировать гипотезы о "процессах среднего уровня", не высасывая их из пальца, а комбинируя то что явно существует на низком уровне. Строить не из воздуха, а из кирпичиков. Поэтому сейчас приходит очередь понимать процессы среднего уровня. Например, зрительное внимание как взаимодействие зрительных зон коры с разным разрешением по времени и пространству, локализацию и взаимодействие разных типов памяти, динамику работы зон связанных с речью в процессе восприятия и воспроизведения речи. Таких вещей, на первый взгляд скучноватых. Нужны еще десятки лет, чтобы в отношении процессов среднего уровня возникло такое же четкое знание, как есть сейчас для процессов низкого уровня, когда процесс изучен до уровня понимания количественных закономерностей между сигналом на входе и выходом процесса. Когда для процесса сформулирован физический закон. Только после этого будет иметь смысл работа с процессами самого высокого уровня. Пока что для них есть только заделы, а именно - люди начинают задавать вопросы. Четко поставленные вопросы в науке являются очень питательным ресурсом, его осваивают сразу же, как становится возможным до него добраться, то есть, когда появляются кирпичики понимания на более низком уровне и новые методы и приборы для работы на уровне разрешения этих вопросов.
Это все, к сожалению, долго. Я лично не планирую дожить до понимания процессов высокого уровня. Но начало есть шанс застать.
fregimus:
Спасибо, очень понятно. Я не убежден, что есть прямая связь между построением уровней, такая, чтобы следующий уровень понимания непременно должен был основываться на более низком. Можно ли понять, как функционирует колония насекомых, не основываясь на молекулярной биологии? Ответ, конечно, зависит от того, что понимать под словом «понять» в этом вопросе, но, мне кажется, что ответ этот может считаться положительным - тут речь должна идти, вероятно, о последовательном уточнении, о котором Вы говорили уже выше, а не о полном, глубоком непонимании, блуждании в потемках, какое бы продолжалось до того, как молбиология появится. Вот это сравнение противопоставлений классической биологии против молбиологии с классическим мозговедением против микроскопического, если можно их так обозначить - насколько оно кажется Вам уместным, где оно хромает? Если я не утомляю Вас разговором, конечно.
catta:
Да, здесь очень важна трактовка слова "понимать". Мне ближе всего "возможность точно предсказывать".
Я не думаю, что в мозговедении есть очевидное противопоставление "классики" "микроскопии". Мозговедение предполагает работу и с клеточным уровнем, и с системным. В нашем случае каждый уровень задает свои ограничения тому что вообще возможно увидеть рассматривая мозг как целое. Из близких к Вашим делам примеров можно вспомнить чтение, которое зависит от системы зрительного внимания и зрительного поиска, соответственно его скорость и точность будут зависеть от скорости и точности этой системы. А эта система построена на М-пути от сетчатки в кору, со своими характеристиками - высоким временным разрешением и низким пространственным, а также зависимостью пространственного разрешения от удаленности ганглиозных клеток, которые дают ему начало, от центра сетчатки. А свойства этих клеток задаются структурой оболочки их аксонов и связями с рецепторной частью сетчатки. Но штука в том, что все это было невозможно понять до того момента, когда строение сетчатки и типы ганглиозных клеток в ней были хорошо изучены. То есть, лимитирующий уровень был довольно "низкий". В изучении эмоций главный скачок вообще был на уровне биохимии. Но это не значит, что следующий скачок тоже будет "низкоуровневым". Так, для понимания восприятия движения едва ли не главным был скачок психологический (в западном понимании психологии) - построение математической модели детектора движения.
Рискну сказать, что с колонией муравьев дело обстоит не так просто. Как я понимаю, для понимания их поведения понадобились исследования на уровне химии, там же часть общения происходит на недоступном нашему преимущественно зрительно-слуховому пониманию химическом уровне.
На этом месте я прекратил мучить моего замечательного собеседника и решил мучить вас спросить вашего мнения. Типа, где мы вообще, и куда идем, и почему все так плохо. Или так хорошо - кому как кажется.