新论文解答因果难题

在《皇家学会哲学汇刊 A》特刊上发表的一篇新论文中 ，SFI 教授杰西卡·弗拉克 (Jessica Flack) 为进化生物学中最重要、最令人困惑的问题之一——更高层次的组织能否驱动行为提供了实用的答案低级组件?

称为向下因果关系，这种想法的一个例子是高级人类社会系统，例如政府，制定法律或多或少地迫使较低级别的个人以某些方式行事 - 例如，在停车标志处停下来。从细胞到社会，在生物和社会科学中可以找到许多类似的口语化例子。然而，只要花一点时间考虑这种因果关系如何运作，麻烦就会出现。

总结一场长期而令人费解的辩论，向下因果关系受到批评，即较高级别的组织“只是”时空模式，是较低级别动态的结果。作为模式，它们没有代理，因此不能被视为原因。

在新论文中，Flack 建议，为了解决这个问题，我们需要退后一步，考虑是什么使自适应系统与物理系统不同。

物理学由压力、温度和熵等概念主导。这些通过简单的集体互动出现，并提供对物理宇宙行为的深入洞察。

处理适应性系统的生物学和社会科学利用可比较的集体概念，包括新陈代谢、冲突管理和稳健性，但与物理学相比，这些是“功能”属性。物理学通过最小化能量产生秩序，而自适应系统通过增加信息处理产生秩序和新功能。

“为什么自适应系统有这个额外的步骤，以及它是否使它们从根本上变得主观，这是一个很大的开放性问题，”弗拉克解释说。她说，基本的主观性可能意味着适应性系统对于预测其行为或通过普遍规律表征其行为的科学尝试来说是难以处理的。

为了在这些问题上取得进展，Flack 认为我们必须首先了解自适应系统如何找到可行的解决方案来应对环境带来的挑战，这将要求它们克服主观性。

“考虑到每个个体的身体、每个大脑，都由多个嘈杂的组件组成——细胞、神经元等，处理嘈杂的数据，”她说。“当我们以这种方式自下而上地看待世界时，问题就变成了所有组件决策如何结合以产生功能性输出或问题的解决方案。我们可以将这个过程视为集体计算。”

Flack、David Krakauer 和他们的同事在他们关于神经和社会系统的工作中发现，集体计算可以产生“层”或水平，这些“层”或水平通过系统组件的集体粗粒度过程而出现，其中无关紧要的信息被丢弃一层到下一层。微观层面或环境中的行为变化被压缩或粗粒度化以产生下一个级别，然后这些规律“反馈”到下面的层以减少差异或为较低级别的决策提供信息。层的合并或加强本质上创造了 Flack 在 Phil Trans 论文中所说的“有效的向下因果关系”

“这种迭代粗粒度和方差减少似乎允许系统组件共同收敛或就世界上的规律性达成一致，这减少了不确定性，使它们能够更好地适应并更好地提取能量来做工作，”弗拉克写道。“有时这个过程会捕捉到一个关于世界的基本事实，有时它会导致组件集体计算——本质上是创造——他们的宏观世界。这种思维方式的更广泛影响有可能是巨大的。如果这种观点是正确的，法律运作来自微观过程的通用量也可能支配生物系统。

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