그의 1890 년 Opus에서 심리학의 원리 , 윌리엄 제임스는 로미오와 줄리엣을 불러서 의식적인 존재들이 그들을 만들어내는 입자와 너무 다른 점을 설명했습니다.
“Romeo는 줄리엣이 자석을 원하기 때문에 줄리엣을 원합니다. 그리고 장애물이 개입하지 않으면 그는 자신을 향해 그녀를 향해 움직입니다.”라고 James는 썼습니다. “그러나 로미오와 줄리엣은 그들 사이에 벽이 만들어지면 자석과 제출과 같은 반대편에 얼굴을 튼튼하게 눌렀습니다. … 로미오는 곧 줄리엣의 입술을 직접 만지는 벽이나 다른 방법으로 회로적인 방법을 찾습니다.”
.29 세의 이론적 신경 과학자이자 작가 인 에릭 호엘 (Erik Hoel)은 최근 에세이에서 그 구절을 인용하여 의식과 선택의 여지가 어떻게 생겼는지에 대한 새로운 수학적 설명을 제시했다. 의도와 목표 지향적 행동을 가진 존재 (의도와 목표 지향적 행동)의 존재는 모든 행동이 입자들 사이의 기계적 상호 작용에서 발생한다는 감소 주의적 가정과 크게 상충되는 것처럼 보였다. 기관은 원자들 사이에 존재하지 않으므로 감소주의는 에이전트가 전혀 존재하지 않는다는 것을 암시합니다. 로미오의 욕구와 심리적 상태는 그의 행동의 실제 원인이 아니라 뇌와 주변의 원자들 사이의 알 수없는 복잡한 원인과 효과를 근사합니다.
.“인과 적 출현”이라고 불리는 Hoel의 이론은이 감소 주의적 가정을 거부합니다.
컬럼비아 대학교 (Columbia University)의 박사후 연구원 인 Hoel은“인과 적 출현은 에이전트 설명이 실제로 실제적이라고 주장하는 방법입니다. “만약 당신이 단지‘아, 내 원자가 나를 만들게 만들었습니다.’와 같은 말을한다면, 그것은 사실이 아닐 수도 있습니다. 그리고 그것은 사실이 아닐 수도 있습니다.”
정보 이론의 수학 언어를 사용하여 Hoel과 그의 협력자들은 새로운 원인 (효과를 생성하는 것들)이 거시적 척도에서 나타날 수 있음을 보여줍니다. 그들은 뇌의 심리적 상태와 같은 물리적 시스템의 거친 거친 거시적 상태가 시스템의 미래에 대한 더 자세하고 세밀한 설명보다 시스템의 미래에 대해 더 많은 인과력을 가질 수 있다고 말합니다. Carnegie Mellon University의 정보 이론가이자인지 과학자 인 Simon Dedeo와 작품에 관여하지 않는 산타페 연구소 (Santa Fe Institute)는“실제 원인에 대한 속기가 아니라 욕망이나 신념과 같은 거시적 상태”라고 설명했다.
Dedeo는“나에게 그것은 그것에 대해 이야기하는 올바른 방법처럼 보인다.
Hoel과 Collaborators는 2013 년부터 아이디어 뒤에있는 수학을 개발해 왔습니다. Journal Entropy , Hoel은 매크로 스케일이 정확히 같은 방식으로 인과력을 얻음을 보여줌으로써 더 단단한 이론적 기초에 인과 적 출현을 배치했습니다. Claude Shannon의 1948 년 정보 이론의 기반을 형성 한 Claude Shannon의 1948 년 통찰력이 코드가 전송 된 데이터에서 소음 (및 불확실성)을 감소시키는 것처럼, Hoel은 거시적 상태가 시스템의 인과 구조에서 소음과 불확실성을 감소시켜 인과 관계를 강화하고 시스템의 행동을보다 결정적으로 만드는 것입니다.
.Hoel의 새로운 논문에 대해“자연의 하향식 원인에 대해 글을 쓴 남아프리카 우주 학자 George Ellis는“매우 중요하다고 생각합니다. 엘리스는 인과 적 출현이 초전도성 및 토폴로지의 물질 단계와 같은 많은 출현 현상을 설명 할 수 있다고 생각합니다. 조류 무리와 슈퍼 오르간과 같은 단순한 시스템, 심지어 결정 및 파도와 같은 단순한 구조조차 인과 적 출현을 보일 수 있다고 연구원들은 말했다.
인과 적 출현에 대한 연구는 물리학 자들 사이에서 아직 널리 알려지지 않았으며, 수세기 동안 자연에 대한 감소 주의적 견해를 취하고 그 문제에 대한 철학적 사고를 크게 피했습니다. 그러나 퍼즐이 자라는 물리, 생물학, 정보 이론 및 철학 사이의 인터페이스에서 새로운 아이디어는 흥분을 일으켰습니다. 의식, 다른 종류의 출현, 미시적 수준의 현실과 거시적 수준의 관계를 포함하여 세상과 그 신비를 설명하는 데있어 그들의 궁극적 인 유용성은 Hoel이 악명 높은 까다로운 원인의 개념을 못 박았는지 여부에 달려있을 것입니다. 즉, 원인은 무엇입니까? Dedeo는“20 명의 실습 과학자들을 방으로 데려 와서 어떤 원인이 어떤지 물었을 때, 그들은 모두 동의하지 않을 것입니다. "우리는 그것에 대해 혼합됩니다."
원인 이론
치명적인 음주 운전 사고에서 사망 원인은 무엇입니까? 의사는 파열 된 기관의 이름을 지으며 심리학자는 의사 결정 능력 장애가있는 것을 비난하고 사회 학자는 알코올에 대한 허용적인 태도를 지적합니다. 생물 학자, 화학자 및 물리학자는 차례로 더 많은 원인을 봅니다. Dedeo는“유명하게도 아리스토텔레스는 6 명의 원인 개념을 가지고있었습니다. "우리는 과학자로서 문자 그대로 접촉하는 것, 만지고 밀고있는 것 외에는 그들 모두를 거부했습니다."
물리학 자에게 진정한 원인은 입자들 사이에서 작용하는 기본력입니다. 모든 효과는 거기에서 파문이납니다. 실제로, 이들 힘은 분리 될 수있을 때 완벽하게 결정적이고 신뢰할 수있는 것처럼 보입니다. 물리학 자들은 대형 Hadron Collider에서 입자 충돌 결과를 높은 정밀도로 예측할 수 있습니다. 이 관점에서, 원인과 효과는 추적하기에 너무 많은 변수가있을 때만 첫 번째 원칙을 예측하기가 어려워집니다.
더욱이, 철학자들은 한 번에 두 척도에 존재하는 인과 관계가 세계에 필요한 두 배가 될 것이라고 주장했다. 이중 계산을 피하기 위해“제외 인수”는 모든 인과 관계가 마이크로 수준에서 시작되어야한다고 말합니다. 그러나 거시적 실체 측면에서 원인과 효과에 대해 논의하는 것은 거의 항상 더 쉽습니다. Dedeo는 치명적인 자동차 사고의 원인이나 등반을 시작하기로 한 로미오의 원인을 찾을 때“미세한 규모의 뉴런 발사로 내려가는 것은 옳지 않은 것 같습니다.”라고 Dedeo는 말했습니다. "이곳은 Erik [Hoel]이 뛰어 들어가는 곳입니다. 인과 관계의 수학에 대해 이야기하기 위해 약간의 대담한 일입니다."
.친절하고 큰 가득한 Hoel은 매사추세츠 주 뉴 버리 포트에있는 그의 가족의 서점 인 Jabberwocky에서 책을 읽었습니다. 그는 학부로서 창의적 작문을 공부하고 작가가 될 계획이었습니다. (그는 여전히 소설을 쓰고 소설을 시작했습니다.) 그러나 그는 또한 의식의 문제 - 그것이 무엇인지, 왜 그리고 우리가 가지고 있는지 - 창의성을 허용하는 미성숙 한 과학적 주제로 보았 기 때문에 이끌 렸습니다. 대학원을 위해, 그는 위스콘신 주 매디슨으로 갔다. Tononi와 함께 일했다.
Tononi는 의식을 정보로 생각합니다. 개별 뉴런의 상태가 아니라 뇌의 복잡한 네트워킹에서 뇌에서 더 크고 더 큰 앙상블로 연결되는 비트. Tononi는이 특별한 "통합 정보"가 주관적 인식으로 경험하는 통합 된 통합 상태에 해당한다고 주장합니다. 통합 정보 이론은 지난 몇 년 동안 의식에 대한 정확하고 충분한 대리인 여부에 대한 논쟁이 이루어 졌음에도 불구하고 지난 몇 년 동안 명성을 얻었습니다. 그러나 Hoel이 2010 년에 Madison에 처음 도착했을 때 두 사람만이 그 일을하고있었습니다.
Tononi는 Hoel에게 척도와 정보 사이의 일반적인 수학적 관계를 탐구했습니다. 과학자들은 나중에 시공간 척도의 계층 구조를 올라갈 때 신경망의 통합 정보의 양이 어떻게 더 크고 더 큰 뉴런 그룹 사이의 링크를 살펴 보는지에 초점을 맞췄습니다. 그들은 어떤 앙상블 크기가 최대의 통합 정보와 관련이있을 수 있는지 알아 내기를 바랐습니다. Hoel은 자신에게 정보 이론을 가르치고 의식, 감소주의 및 원인에 관한 철학적 논쟁에 뛰어 들었다.
Hoel은 곧 거시적 규모에서 의식이 어떻게 나타나는지 이해하려면 뇌 상태의 인과 적 힘을 정량화하는 방법이 필요하다는 것을 알았습니다. 그는“인과의 가장 좋은 척도는 비트에있다”고 말했다. 그는 또한 1990 년대 인과 적 미적분학이라는 인과 관계를 연구하기위한 논리적 언어를 개발 한 컴퓨터 과학자이자 철학자 Judea Pearl의 작품을 읽었습니다. Albantakis와 Tononi를 통해 Hoel은“유효 정보”라는 인과 적 힘의 척도를 공식화했으며, 이는 특정 상태가 시스템의 미래 상태에 얼마나 효과적으로 영향을 미치는지를 나타냅니다. (효과적인 정보는 통합 정보를 계산하는 데 사용될 수 있지만, 더 간단하고 일반적이며 인과 적 힘의 척도로서 Tononi의 의식에 대한 다른 아이디어에 의존하지 않습니다.)
.연구원들은 신경망의 간단한 모델에서 네트워크의 뉴런에 대해 거친 입자, 즉 단일 단위로 취급함에 따라 효과적인 정보의 양이 증가 함을 보여주었습니다. 이러한 상호 연결된 단위의 가능한 상태는 인과 적 구조를 형성하며, 여기서 국가 간의 전환은 소위 Markov 체인을 사용하여 수학적으로 모델링 할 수 있습니다. 특정 거시적 척도에서 효과적인 정보 피크 :이것은 시스템 상태가 가장 인과 관계가 가장 큰 규모로 미래 상태를 가장 신뢰할 수 있고 효과적인 방식으로 예측합니다. 더 거친 그레인은 시스템의 인과 구조에 대한 중요한 세부 사항을 잃기 시작합니다. Tononi와 동료들은 피크 인과의 규모가 뇌에서 의식적인 결정의 규모에 해당해야한다고 가정합니다. Albantakis는 뇌 영상 연구에 기초하여 약 100 개의 뉴런으로 구성된 뉴런 미세 콜럼의 규모에서 발생할 수 있다고 추측합니다.
Hoel은 인과 적 출현이 가능하다고 설명했다. 간단한 예로서, 그는 각각 10 개의 뉴런의 두 그룹으로 구성된 네트워크를 상상한다고 말했다. 그룹 A의 각 뉴런은 그룹 B의 여러 뉴런과 관련이 있으며, 그룹 A의 뉴런이 화재가 발생하면 일반적으로 B 뉴런 중 하나가 발생합니다. 정확히 어떤 연결된 뉴런 화재가 예측할 수 없는가. 예를 들어, 그룹 A의 상태가 {1,0,0,1,1,1,0,1,1,0} 인 경우, 1s 및 0은 각각 발사하고 발사하지 않는 뉴런을 나타냅니다. 평균적으로, 그룹 B의 6 개의 뉴런은 발사되지만 6 개는 거의 무작위입니다. 마이크로 상태는 절망적으로 결정적입니다. 이제 우리는 시스템을 거친 곡물을 굵게 곡식으로 상상해보십시오. 이번에는 모든 뉴런을 함께 그룹화하고 단순히 총격 을가합니다. 그룹 A의 상태는 {6}입니다. 이 상태는 그룹 B의 상태로 이어질 가능성이 높습니다. 매크로 상태는 더 신뢰할 수 있고 효과적입니다. 계산은 더 효과적인 정보가 있음을 보여줍니다.
실제 예는 요점을 강요합니다. Hoel은“우리의 삶은 매우 시끄 럽습니다. “원자 상태를 주면 미래의 [원자] 상태가 12 시간 안에 어디에 있는지 추측하는 것은 완전히 불가능할 수 있습니다. 앞으로 실행하십시오. 소음이 너무 많아 질 것입니다. 이제 심리적 설명이나 생리 학적 설명을 제공하십시오. 12 시간 안에 어디에있을 건가요?” 그는 말했다 (정오였다). “잠들게 될 것입니다. 따라서 이러한 높은 수준의 관계는 신뢰할 수있는 것입니다. 그것은 인과 적 출현의 매우 간단한 예일 것입니다.”
주어진 시스템의 경우 효과적인 정보는 가장 크고 가장 신뢰할 수있는 인과 관계 구조로 규모로 피크입니다. Hoel은 의식적인 요원 외에도 이것이 바위, 쓰나미, 행성 및 우리가 일반적으로 주목하는 다른 모든 물건의 자연스런 비늘을 골라 내고 있다고 말합니다. Hoel은“그리고 우리가 진화론 적으로 그들에게 조정 된 이유는 신뢰할 수 있고 효과적이기 때문일 수 있지만, 그것은 또한 인과 적으로 출현한다는 것을 의미합니다.”라고 Hoel은 말했습니다.
Hoel이 Columbia Neuroscientist Rafael Yuste의 실험실에 합류 한 Madison과 New York에서 뇌-이미징 실험이 계획되고 있습니다. 두 그룹 모두 미래를 가장 인과 적으로 통제 할 수있는 시공간 척도를 집으로 가져 가기 위해 모델 유기체의 뇌를 조사 할 것입니다. 이 척도에서의 뇌 활동은 미래의 활동을 가장 확실하게 예측해야합니다. Hoel이 말했듯이,“뇌의 인과 적 구조는 어디에서 튀어 나오나요?” 데이터가 그들의 가설을 뒷받침한다면, 결과를보다 일반적인 사실의 증거로 볼 수 있습니다. 위스콘신 그룹의 박사후 연구원 인 윌리엄 마샬 (William Marshall)은“대행사 또는 의식은이 아이디어가 가장 분명해집니다. "그러나 인과 적 출현이 일어나고 있다는 사실을 알게되면, 감소 주의적 가정은 재평가되어야하며, 그것은 광범위하게 적용되어야 할 것입니다."
.새로운 철학적 사고
생명의 기원을 연구하는 애리조나 주립 대학의 물리학 자이자 우주 생물학자인 사라 워커 (Sara Walker)는 효과적인 정보와 통합 정보와 같은 조치가 그녀가 비 생명과 생명 사이의 회색 규모 (바이러스와 세포 주기로) 사이의 회색 규모로 보는 것을 정의하는 데 도움이되기를 희망합니다. Walker는 실제 및 인공 세포주기에 대한 연구에 대해 Tononi 팀과 협력하고 있으며, 통합 정보가 살아있는 것과 관련이있을 수있는 예비 표시와 함께.
.다른 최근 연구에서, Madison Group은 단일 뉴런과 같은 것에 효과가 있다고 말하는 "블랙 박스"라는 인과 적 출현을 측정하는 방법을 개발했습니다. 뉴런은 단순히 성분 원자의 평균이 아니므로 거친 곡물에 적합하지 않습니다. 블랙 박스는 내부 작업에 대한 내용을 가정하는 대신 뉴런 주위에 상자를 넣고 상자의 전체 입력 및 출력을 측정하는 것과 같습니다. Tononi는 이메일에서“블랙 박스는 진정한 인과 적 출현의 일반적인 형태이며 생물학적 및 엔지니어링 시스템에 특히 중요합니다.
Walker는 또한 정보 이론과 Shannon의 시끄러운 채널 정리의 기초에 효과적인 정보를 추적하고 인과 적 출현을 추적하는 Hoel의 새로운 작업의 팬입니다. "우리는 깊은 개념적 영역에 있으며 어느 방향으로 갈지 명확하지 않습니다."라고 그녀는 말했습니다.“저는이 일반 영역의 분기가 좋고 건설적이라고 생각합니다.”
.Wheaton College의 철학자이자 물리학자인 Robert Bishop은“EI에 대한 나의 테이크” - 효과적인 정보 -“그것이 유용한 출현 척도가 될 수 있지만 아마도 유일한 것은 아닐 것입니다.”라고 말했습니다. Hoel의 측정은 신뢰성과 인과 관계의 수를 반영하는 단순한 매력을 가지고 있지만 주교에 따르면 다른 상황에서 적용되는 원인의 몇 가지 프록시 중 하나 일 수 있습니다.
.Hoel의 아이디어는 Austin의 Texas University의 이론적 컴퓨터 과학자 Scott Aaronson에게 깊은 인상을주지 않습니다. 그는 인과 적 출현이 기본 전제에서 급진적이지 않다고 말합니다. Aaronson은 Hoel의 최근 기본 질문 연구소 인“위의 Atom of Atom”(로미오와 줄리엣을 특징으로 한)에 대한 최근 에세이를 읽은 후“세계에서 가장 정통적인 감소 주의자가 동의하지 않을 것이라는 에세이에서 무엇이든 찾기가 어려웠습니다. 그렇습니다. 물론 예측을하고 예측 된 인과 관계 이야기를하기 위해 더 높은 추상화 층으로 전달하고 싶습니다. 에세이는 그 이유 중 일부를 설명합니다.”
.배제 논쟁이 더 높은 수준의 인과 관계를 처리하려는 노력을 기울인 방법을 감안할 때 다른 사람들에게는 그렇게 분명하지 않은 것 같습니다. Hoel은 그의 주장이 Aaronson이 인정하는 것보다 더 나아가고 있다고 말합니다. 어려운 일이며 대부분의 축소 주의적 사고와는 정반대입니다.”
.더욱이, 인과 적 출현은 Aaronson이 제안한 것처럼 세상에 대한 우리의 설명이나“인과 관계”에 대한 주장 일뿐 만 아니라 Hoel과 그의 공동 작업자는 상환 및 기타 거시적 사물뿐만 아니라 더 높은 수준의 원인이 존재한다는 것을 보여 주려고합니다. 이 차이는 철학자 데이비드 찰머스가 의식에 대해 만드는 것과 관련이 있습니다. 신경 회로가 어떻게 복잡한 행동을 일으키는 지에 대한“쉬운 문제”와“어려운 문제”가 생명이없는 오토 마톤과 의식적인 존재를 구별하는 것을 묻는“어려운 문제”가 있습니다. "EI는 우리가 행동하고 있다고 느끼는 종류의 인과 적 힘을 측정하고 있습니까? 뉴욕 대학교의 철학자이자 Chalmers의 제자 인 Hedda Hassel Mørch는 말했다. 그녀는 효과적인 정보가“실제 존재 론적 출현을 추적 할 수 있지만 법, 권력의 본질 및 관련 방식에 대한 새로운 철학적 사고가 필요할 수 있다고 말합니다.”
.Hoel과 Albantakis를 때리는 비판은 가장 어려운 사람은 때때로 아이디어를 들었을 때 때때로 한 물리학자가 다음과 같습니다. 그들은 인과 적 출현의 원동력 인 소음이 실제로 존재하지 않는다고 주장합니다. 소음은 물리학 자들이 모델이 벗어난 모든 것을 부르는 것입니다. Albantakis는“이것은 전형적인 물리학 적 관점입니다.”라고 말했습니다. 만약 당신이 전체 우주의 정확한 미세한 상태를 알고 있다면, 나는 시간이 끝날 때까지 어떤 일이 일어나는지 예측할 수 있으며 원인 증가력과 같은 것에 대해 이야기 할 이유가 없습니다. "
.한 가지 기쁨은 원칙적으로도 우주에 대한 완벽한 지식이 불가능하다는 것입니다. 그러나 우주가 자율적으로 진화하는 단일 단위로 생각할 수 있다고 해도이 그림은 유익하지 않습니다. Albantakis는“남은 것은 존재하는 것 - 존재하는 것들을 식별하는 것입니다. 원인은“실제로 우주 의이 전체 상태에서 어디에 있는지 식별하는 데 필요한 측정 또는 수량입니까? … 원인은 우주에 구조를주는 데 필요한 것입니다.” 원인을 실제로 취급하는 것은 세상을 이해하는 데 필요한 도구입니다.
어쩌면 우리는 Aaronson이 주장하는 것처럼 더 높은 규모가 낮은 척도에서 제어를 촉진한다는 것을 알고있을 것입니다. 그러나이 과학자들이 옳다면, 인과 적 출현은 수학적으로 그것이 작동하는 방식 일 수 있습니다. Hoel은“우리가 문을 열어 놓은 것과 같습니다. “실제로 그 문이 약간 열린다는 것을 증명하는 것은 매우 중요합니다. 누구든지 손을 웨이브하고 말할 수 있기 때문입니다. 그러나 이제``여기에 [이러한 높은 수준의 인과 적 사건이있는 시스템]이 있습니다. 내가 잘못 증명하십시오. '””
수정 :이 기사는 2017 년 6 월 1 일에 개정되어 Erik Hoel이 통합 정보 이론에 대한 Giulio Tononi의 첫 번째 공동 작업자가 아니며 Tononi, Hoel 및 Larissa Albantakis가 공식화되었지만 고안은 인과 적 출현을 평가하는 데 사용된다는 것을 분명히 밝혔습니다.
