Christopher Cherniak - Christopher Cherniak

Christopher Cherniak Amerikalı sinirbilimci, bir üye Maryland Üniversitesi Felsefe Bölümü. Cherniak’ın araştırma yörüngesi bilgi teorisinde başladı ve hesaplamalı nöroanatomi ve genomiğe yol açtı. Alanlar arasındaki temel bağlantı, temsilcinin modelleriyle ilgilidir: Çalışma, daha gerçekçi, sınırlı kaynaklı rasyonalite modelleriyle başladı. Bu epistemolojiden, yapısalcı bir yaklaşım olan küresel beyin ve genom anatomisinin optimum bağlantı modellerine ilişkin bir araştırma programı ortaya çıktı.

Minimal Ajanlar

Cherniak'ın monografisi Minimal Akılcılık şunu belirtir[1] [2] belki de en temel psikolojik yasa, insanların sonlu varlıklar olmasıdır. Temsilcinin sınırlı kaynak modelleri, insan akılcılığını hiç ve mükemmellik arasına düşmek olarak nitelendirir. Rasyonalite eleştirilerini motive eden apercu, standart idealleştirmelerin bazı tümdengelimli her şeyi bilme - örneğin, tümdengelimli bilimlerin bölümlerinin önemsizliği - gerektirdiğinin farkına varılmasıyla aktarılır. Böylesi ideal aracı / mantıkçılar, eğer hesaplamalıysa, ihlal etmek zorunda kalacaklardı. Kilise Teoremi birinci dereceden mantığın karar verilemezliği üzerine. Bu içgörü, sırayla şunu gösterir: NP-tamlık paralel ilgi konusudur: kozmos tüketen bir ölçeğin hesaplama inatçılığı, geleneksel mutlak hesaplanamazlığın pratik bir karşılığıdır - idealizasyonlar için başka bir imkansızlık katmanı.[3]Bu, hesaplama karmaşıklığının felsefi öneminin bir parçasıdır. [4][5]

Bu araştırma programı, felsefe ve bilimin farklı olduğu ancak ayrılmaz bir şekilde birbiriyle bağlantılı olduğu bölümlere ayrılmış değil bütünsel bir bakış açısıyla ilerler. Örneğin, anlambilimin klasik paradoksları (ör. Yalancı Paradoksu ) ve küme teorisi (ör. Russell'ın Paradoksu ) patoloji olarak değil, "hızlı ve kirli buluşsal yöntemler" kullanımının işaretleri olarak yeniden incelenebilir - yani fizibilite için doğruluk hız-güvenilirlik ödünleri. Üç farklı alan böylece birleşir: (a) hesaplama karmaşıklığı teorisi, (b) hızlı ve kirli sezgisellerin ampirik psikolojisi, (c) sınırlı kaynak rasyonalitesinin felsefi teorisi. Bu şekilde, sınırlı rasyonalite modelleri mevcut "davranışsal ekonomi ”.

Beyin Kablolama Optimizasyonu

Buna ek olarak, sınırlı kaynak yaklaşımını bu hatlar boyunca rasyonaliteden beyin tesisatı donanım düzeyine genişletmek belki de doğaldır. Özellikle, uzun menzilli bağlantı, verimli bir şekilde kullanmak için güçlü evrimsel baskıya sahip, kritik olarak kısıtlanmış bir sinirsel kaynaktır. Bağlantı minimizasyonu beynin birinci yasası gibi görünüyor traktografi nöroanatomiyi yönlendiren düzenleyici bir ilke.[6]

Bu nedenle Cherniak laboratuvarı, bilgisayar mikroçip tasarımından gelen kablolama optimizasyon fikirlerinin beyin yapısına ne kadar iyi uygulandığını ölçüyor. "Kabloyu kurtarın" güçlü bir öngörü modeli olarak ortaya çıkıyor. Kablolama minimizasyonu birden fazla seviyede tespit edilebilir (örneğin, tüm beynin yerleşimi, gangliyon ve / veya korteks alanlarının yerleşimi, dendrit çardaklarının hücre altı mimarisi, vb.). Bu biyolojik yapının çoğu "ücretsiz olarak, doğrudan fizikten" ortaya çıkıyor gibi görünüyor.

Bir anahtar spesifik kablolama sorunu, bileşen yerleştirme optimizasyonudur: Birbirine bağlı bileşen kümesi göz önüne alındığında, toplam bağlantı maliyetlerini (örneğin, kablo uzunluğu) en aza indiren bileşenlerin konumlandırmaları nelerdir? Bu kavram, nöroanatominin çeşitli hiyerarşik düzeylerdeki yönlerini oldukça kesin bir şekilde açıklıyor gibi görünüyor. Örneğin yuvarlak solucanın sinir sistemi Caenorhabditis elegans 11 tane olan on bir ganglionik bileşeni içerir! (~ 40.000.000) alternatif olası ön-arka sıralamalar. Aslında buradaki gerçek ideal, çünkü gerçek düzen minimum toplam kablo uzunluğunu gerektiriyor.[7] tahmine dayalı bir başarı öyküsü. Ancak, bu tür sorunlar NP-tamamlandı; kesin çözümler genellikle katlanarak patlayan maliyetlerle birlikte bruteforce aramaları gerektiriyor gibi görünmektedir. Lokal minimum tuzaklara rağmen, bu nöroanatomi optimizasyonu "yay ağı" enerji minimizasyon mekanizmaları ile iyi bir şekilde tahmin edilebilir.[8] (Aşağıdaki "genomik darboğaz" tartışmasına bakın.)

Birbirine bağlı fonksiyonel alanların yerleştirilmesine karşılık gelen bir yaklaşım uygulanabilir. beyin zarı. İlk strateji, daha basit bir bağlantı maliyeti ölçüsü kullanmaktır, bir korteks düzeninin kablo tasarrufu sağlayan Bitişik Buluşsal Yöntemine uygunluğu: Bileşenler bağlanırsa, birbirlerine bitişik yerleştirilirler. En iyilerini doğrulamak için tüm olası düzenlerin örneklenmesi hala gereklidir. Makak korteksinin 17 temel görsel alanı için, bu alt sistemin gerçek düzeni ilk 10'da yer almaktadır.−7 bitişik maliyetlerini en aza indiren düzenler.[9] Benzer yüksek optimallik sıralaması, kedi korteksinin temel görsel alanları ve ayrıca fare koku alma korteksi ve amigdalası için de geçerlidir.

Ek olarak, bu tür yerel-küresel ödünleşimlere sahip sistemler için bir "Boyut Yasası" geçerli görünmektedir: Eğer tam bir sistem gerçekten mükemmel bir şekilde optimize edilmişse, o zaman kendi başına değerlendirilen alt kümesi ne kadar küçükse, optimizasyon o kadar zayıf görünme eğilimindedir. (Bu, teolojide görülen ilgili bakış açısına bağlı bir fikrin genellemesidir. kötülük sorunu - Her şeye gücü yeten, yardımsever bir tanrı ile Evrendeki belirgin kusurlar.) Boyut Yasası, yukarıdaki korteks sistemlerinin her biri için ve başka yerlerde (örneğin, mikroçip tasarımı için) iyi bir şekilde geçerlidir.

Böyle bir ağ optimizasyon çerçevesi ile, bu "Telden tasarruf et" sonuçları, fMRI aracılığıyla tüm canlı insan serebrumu için genişletildi ve çoğaltıldı,[10] başka bir tahmin başarısı.

Nöron dendrit ve akson çardakları da önemli ölçüde minimum maliyetli Steiner ağaçlarına yaklaşıyor gibi görünmektedir.[11] Bu yapılar akışkanlar dinamiği ile türetilebilir. Bu, şu anda basit (DNA olmayan) fiziksel süreçlerden elde edilebilen en karmaşık biyolojik yapılardan bazılarını oluşturuyor gibi görünüyor. Biyolojik morfogenezin böyle bir "Fizik yeterli" açıklaması, bir "Nongenomik Doğuştan" oluşur. Biyotiğin bu şekilde yayılmasını ön biyotik olmanın bir mantığı, "genomik darboğaz" ile baş etmektir: Diğer organizma sistemleri gibi, genomun kapasitesi sınırlıdır. Yani “doğrudan fizikten ücretsiz” ne kadar fazla nöroanatomi olursa, genom bilgi taşıma yükü o kadar az olur.

Başka bir soru ortaya çıkıyor: Sinirsel kablolama minimizasyonu elbette değerlidir, ancak neden bu kadar yüksek bir önceliğe sahip gibi görünsün - bazen görünüşe göre maksimuma yakın? Ultra ince sinir optimizasyonunun önemi açık bir soru olmaya devam ediyor.

Ek bir konu, kasıtlı zihin seviyesinin beynin donanım seviyesi ile nasıl örtüştüğü ile ilgilidir. İlk bakışta, bu ilişki gerilim içinde ortaya çıkar: Bazı yönlerden, beyin bağlantıları neredeyse mükemmel şekilde optimize edilmiş gibi görünür, ancak rasyonalite, onunla mükemmellik arasında imkansızlık katmanlarına sahiptir.[12] Belki de bu, zihnin indirgenemezliğinin bir başka tezahürüdür - iki alanın birbiriyle iyi bilinen kötü uyumu.

NanoBrain olarak genom

Bu araştırma programının bir sonraki bölümü: Hesaplama teorisindeki kavramlar, organizmaların DNA'sının yapısını ve işlevini anlamak için uygulanabilir. Crick-Watson çift ​​sarmal model, Turing'in son çalışması olan Cambridge ile aynı yerde ve zamanda ortaya çıktı, yani 1950 civarında, bu nedenle DNA-Turing-makine-bandı fikri onlarca yıldır ortalıkta dolaşıyor.

Özellikle genom, benzer bağlantı minimizasyon stratejilerinin gen ağlarında da ortaya çıkıp çıkmadığını görmek için bir "nano-beyin" veya piko-bilgisayar gibi ele alınabilir.Yukarıda çizildiği gibi, on yıllardır beyindeki kablolama optimizasyonunun başladığı rapor edilmiştir. sinirbilimdeki en kesin olarak doğrulanmış tahminlerden bazılarına yaklaşın.

Şimdi insan genomu için bir bağlantı minimizasyon fikri araştırılıyor. Bilgi aktarımı, bir hücre, çekirdek veya genom içinde bile maliyetsiz olmayabilir. Örneğin, istatistiksel olarak önemli bir kromozom üstü homunkulus - insan vücudunun küresel bir temsili - çekirdekteki tüm genom boyunca uzanıyor gibi görünüyor.[13] Bu, bağlantı maliyetini en aza indirmeye yönelik bir stratejidir (örneğin, 19. yüzyıldan beri duyusal ve motor kortekste bildirilen vücut haritalarına bakın). Ek olarak, daha ince ölçekli somatotopik haritalamaların bireysel otozomal kromozomlarda meydana geldiği görülmektedir.[14]

Dış bağlantılar

Referanslar

  1. ^ Cherniak, Christopher (1986). Minimum akılcılık. MIT Basın. ISBN  978-0-262-03122-6.
  2. ^ Cherniak, Christopher (2009). Saisho Gorisei. Shibata, M. Keiso Shobo tarafından çevrildi. ISBN  978-4-326-19953-2.
  3. ^ Cherniak, Christopher (1984). "Hesaplamalı karmaşıklık ve mantığın evrensel kabulü". Felsefe Dergisi. 81 (12): 739–758. doi:10.2307/2026030. JSTOR  2026030.
  4. ^ Aaronson, S (2013). "Filozoflar hesaplama karmaşıklığını neden önemsemeli". Copeland, J; Vecize, C; Shagrir, O (ed.). Hesaplanabilirlik: Turing, Gödel, Kilise ve Ötesi. MIT Basın. s. 261–327. ISBN  978-0262527484.
  5. ^ Dean, S W (2016). "Hesaplamalı karmaşıklık teorisi". Zalta, E (ed.). Stanford Felsefe Ansiklopedisi. s. 261–327. ISBN  978-0262527484.
  6. ^ Cherniak, Christopher (1994). "Felsefe ve hesaplamalı nöroanatomi". Felsefi Çalışmalar. 73 (2–3): 89–107. doi:10.1007 / bf01207659. JSTOR  4320464.
  7. ^ Cherniak, Christopher (1994). "Beyinde bileşen yerleştirme optimizasyonu". J. Neurosci. 14 (4): 2418–2427. doi:10.1523 / JNEUROSCI.14-04-02418.1994.
  8. ^ Cherniak, Christopher; Mokhtarzada, Z; Nodelman, U (2002). "Nöroanatominin en uygun kablolama modelleri". Hesaplamalı Nöroanatomi: İlkeler ve Yöntemler. s. 71–82. ISBN  978-1-58829-000-7.
  9. ^ Cherniak, Christopher; Mokhtarzada, Z; Rodriguez-Esteban, R; Changizi, B (2004). "Serebral korteks düzeninin global optimizasyonu". Proc. Natl. Acad. Sci. AMERİKA BİRLEŞİK DEVLETLERİ. 101 (4): 1081–1086. doi:10.1073 / pnas.0305212101. PMC  327154. PMID  14722353.
  10. ^ Lewis, S; Christova, P; Jerde, T; Georgopoulos, A (2012). "Önceden beyazlatılmış dinlenme durumu fMRI zaman serilerinden türetilen kompakt ve gerçekçi bir serebral kortikal düzen: Cherniak'ın bitişik kuralı, boyut yasası ve metamodül gruplaması onaylandı". Ön. Nöroanat. 6: 36. doi:10.3389 / fnana.2012.00036. PMC  3434448. PMID  22973198.
  11. ^ Cherniak, Christopher; Changizi, M; Kang, Du Won (1999). "Nöron çardaklarının büyük ölçekli optimizasyonu". Fiziksel İnceleme E. 59 (5): 6001–6009. doi:10.1103 / physreve.59.6001.
  12. ^ Cherniak, Christopher (2009). "Minimum akılcılık ve optimal beyin bağlantısı". Glymour'da, C; Wei, W; Westerstahl, D (editörler). Mantık, Metodoloji ve Bilim Felsefesi: 13. Uluslararası Kongre Bildirileri. Üniversite Yayınları. sayfa 443–454. ISBN  978-1904987451.
  13. ^ Cherniak, Christopher; Rodriguez-Esteban, Raul (2013). "İnsan genomunun vücut haritaları". Mol. Cytogenet. 6 (1): 61. doi:10.1186/1755-8166-6-61. PMC  3905923. PMID  24354739.
  14. ^ Cherniak, Christopher; Rodriguez-Esteban, Raul (2015). "İnsan kromozomları üzerinde vücut haritaları". UMIACS Teknik Raporu: 2015–04. doi:10.13016 / M2MM73. hdl:1903/17177.