Критерии полноты и верности теории

Определения

Любая теория представляет собой результат обобщения некоторого количества данных исследования какого-то явления.

Явление - условно выделенная вниманием часть объективной реальности, которая демонстрирует целостность своих основных качеств в разных условиях. Мы называем что-то яблоком потому, что этот объект нашего внимания во всех известных нам случаях демонстрирует определенную совокупность свойств. Именно для данных известных условий (граничных условий определения) мы называем этот объект яблоком. Подробнее про условность субъективного выделения объектов внимания см. в главе книги "Мировоззрение".

Обобщение - система представлений о взаимовлиянии отдельных компонентов явления с исключением того, что оказывается не принципиальным для данного явления, того, что не определяет суть взаимодействий во всех сходных явлениях в различных условиях образования и существования явлений этого класса. В обобщении отсеивается все второстепенное и выявляется система взаимодействий компонентов, вызывающая наблюдаемые проявления основных свойств. Такая система представлений первоначально формируется в голове как субъективная модель и затем формализуется в виде доступной для понимания специалистами теории, см. Системное мышление и формализация.

Таким образом, обобщение - субъективное образование системы взаимосвязанных предположений, нуждающихся в формализации и экспериментальной проверке истинности - верификации.

Верификация любых субъективных предположений необходима потому, что все они, как правило, на начальном этапе формирования содержат множество разного рода ошибок, и существуют определенные методики их выявления. Но верификация отдельных предположений теории и верификация самой теории - совершенно разные вещи. Так, если нужно собрать пазл из квадратиков с частями общего рисунка, то при уверенности, что в наборе рисунков содержатся все нужные для общего, мы можем собрать их так неудачно, что общего рисунка не получится. О верификации - подробнее.

В статье будут показаны критерии верности собранного пазла теории при условии, что отдельные используемые исходные предположения уже надежно выверены.

Для этого, прежде всего, самое общее предположение делается о причастности наблюдаемого явления к определенному уже известному классу. Необходимости определить новый класс обычно не возникает потому, всегда есть уже некие базовые представления о явлении на основе жизненного опыта и возникает задачи только строго уточнить и определить это.

Класс явления - понятие, введенное в этой статье для того, чтобы определять формальные признаки для условной классификации явлений, как принадлежащих к одной системе взаимодействий ее компонентов. И это ключевое понятие сейчас будет раскрыто до уровня очевидности представлений.

У программистов есть представление о классах, которыми характеризуются объекты различных динамичных структур в реализации программы: классы - это условные описания свойств (характеристик) и поведения (функций, методов) любых объектов в задуманной программе. На основе базового класса можно строить более частные случаи проявления объектов, добавляя новые свойства и функции, расширяя явление в нужную сторону описания.

Главное в классе - взаимосвязанная совокупность отдельных функций и свойств, по которой можно отнести явление к тому или иному классу (яблоко или груша). Эту совокупность называют системой.

В объективных явлениях все совершается за счет причинно-следственных процессов, обладающих своими свойствами и функциональными возможностями взаимодействий с другими процессами. Каждый их таких процессов - тоже класс, имеющий специфические свойства, свои механизмы реализации причин и следствий, до уровня самых фундаментальных физических взаимодействий, которые еще можно описывать в рамках пространства и времени (вне пространства и времени уже нет понятия причин и следствий, а нужны какие-то другие, более глубокие понятия).

Для нашего восприятия доступны самые общие явления, которые состоят из нескольких взаимовлияющих более простых классов объектов нашего внимания. И если мы сфокусировали внимание на яблоке, то для описания системы, поддерживающей этот объект в совокупности обозначенных нами свойств, мы можем ограничиться даже не самыми фундаментальными процессами, а более укрупненными их образованиями: процессами созревания, увядания, измельчения зубами и т.п.

Каркас явления можно легко выделить в любом известном классе явления в виде самых основных (ключевых) его свойств и функций. Каркас - конструкция для дополнения класса новыми свойствами и функциями при углублении описания модели системы взаимодействий. С углублением изучения явления появляются более частные свойства и функции составляющих класса. Если мы легко распознаем яблоко по его свойствам и функциям его взаимодействия с нашими зубами и другими явлениями, то как именно организованы отдельные свойства и функции мы можем не догадываться потому, что это еще не было исследовано. Но для таких частных исследований уже есть общий каркас класса, который ограничивает наши предположения своим более общим контекстом. Мы знаем, что исследуем процессы созревания яблока, а не чего-то другого. И этот каркас дает уверенность в том, что частные элементы общего пазла должны соответствовать именно яблоку. Это - самый общий, базовый критерий верификации более частных свойств и функций системы: в общей картине пазла всегда должно вырисовываться яблоко.

Поэтому при любом системном (а не хаотично-беспорядочном исследовании методом тыка), в первую очередь необходимо описать каркас уже известного базового класса явления в виде ключевых составляющих элементов.

Если не учитывать этого критерия, то нет границ для любых предположений, например, что в яблоке сидит какой-то гомункулус-художник, раскрашивающий яблоко в процессе созревания. Но если нам иногда попадаются червяки, то они явно не художники. Этот критерий может показаться очевидным, и не восприниматься как важный, но в реальных исследованиях более сложных процессов известных явлений часто возникают ошибки предположений именно такого уровня. И эти моменты будут рассмотрены ниже на примере теорий об организации системы процессов мозга.

Критерии

При изучении объекта, исследователь нарабатывает отдельные данные, которые относятся именно к этому явлению, а не к другим так, что есть уверенность, что появляются картинки общего пазла явления, возможно, с ошибками и иллюзиями, что может корректироваться вполне уверенно по известным методам. В результате могут оказаться недостающими некоторые картинки, но то, что они относятся к данному явлению, нет сомнений.

Кроме избавления от иллюзий и ошибок останется убедиться в том, что на этих картинках нет лишнего, что рисунок виден без "грязи", второстепенных случайных элементов, а в нем только то, что оказывается частью данного объекта в любых условиях, где объект сохраняет целостность свойств.

Понятно, что если в пазле не хватает элементов, которые описывают известный каркас более общего класса, то говорить о целостности, о полноте теории не приходится: вся совокупность более частных элементов описания яблока должна приводить к общей картинке уже известных свойств и функций яблока без "белых пятен". И такие пробелы могут иногда заполнятся так же, как это случилось с классификацией элементов у Менделеева, когда он нашел систему, по которой все элементы выстраиваются в определенном порядке своих свойств. При этом он обнаружил белые дыры в таблице системной классификации, где должны были быть пока еще не обнаруженные элементы. Кроме того, отдельные элементы явно не вписывались в такую систему и оказалось, что и в самом деле, свойства этих элементов были определены неверно. Так общий каркас найденной системы служит критерием для верификации верности ее отдельных составных частей. И это - очень сильный критерий, на который можно полагаться. В основе такой уверенности лежат вероятностные представления в их эвристической форме: вероятность того, что в верифицированной системе из некоторого числа элементов ошибочность отдельного элемента, во всем оказавшегося согласованным с другими элементами, чрезвычайно мала, хотя и не нулевая (что имеет смысл всегда иметь в виду).

Получается совершенно очевидный критерий на основе уже описанного: данный уровень описания (детализации) элементов каркаса теории, в целом должен приводить к полному перекрытию свойств и функций уже известного каркаса, без белых пятен, лишь с незначительной корректировкой отдельных из них, приводящей к более точному и выверенному описанию каркаса. И такая картина является очень сильным критерием верности теории.

Полнота и гармоничность взаимной упорядоченности элементов пазла вызывает эстетическое чувство гармонии. Это - эвристическое выражение жизненного опыта применения упомянутой статистики вероятности верного в зависимости от числа согласованных элементов.

Контекст уже имеющейся упорядоченности чрезвычайно эффективно отсеивает второстепенное и иллюзорное. Без этого может возникать бесконечное число предположений, каждое из которых может быть очень корректно само по себе (без учета остального), но не имеющих шанса быть верифицированными в составе общей системы. Об этом писал А. Пуанкаре: "Из различных элементов, которыми мы располагаем, мы можем создать миллионы разнообразных комбинаций; но какая-нибудь одна такая комбинация, сама по себе, абсолютно лишена значения; нам могло стоить большого труда создать ее, но это ничему не служит, разве что может быть предложено в качестве школьного упражнения. Другое будет дело, когда эта комбинация займет место в ряду аналогичных ей комбинаций, и когда мы подметим эту аналогию, перед нами будет уже не факт, а закон. И в этот день истинным творцом-изобретателем окажется не тот рядовой работник, который старательно построил некоторые из этих комбинаций, а тот, кто обнаружил между ними родственную связь. Первый видел один лишь голый факт, и только второй познал душу факта.

...

Новый результат мы ценим в том случае, если, связывая воедино элементы давно известные, но до тех пор рассеянные и казавшиеся чуждыми друг другу, он внезапно вводит порядок там, где до тех пор царил, по-видимому, хаос. Такой результат позволяет нам видеть одновременно каждый из этих элементов и место, занимаемое им в общем комплексе.

...

Что, в самом деле, вызывает в нас чувство изящного в каком-нибудь решении или доказательстве? Гармония отдельных частей, их симметрия, их счастливое равновесие, - одним словом, все то, что вносит туда порядок, все то, что сообщает этим частям единство, то, что позволяет нам ясно их различать и понимать целое в одно время с деталями. Но ведь именно эти же свойства сообщают решению большую продуктивность; действительно, чем яснее мы будем видеть этот комплекс в его целом, чем лучше будем уметь обозревать его одним взглядом, тем лучше мы будем различать его аналогии с другими, смежными объектами, тем скорее мы сможем рассчитывать на открытие возможных обобщений".

Практическое приложение

Теперь все это попробуем применить к проблеме теоретического описания системы организации процессов мозга.

Первым делом необходимо составить описание каркаса класса явления, что позволит эффективно контролировать более частные описания. Само по себе это - почти немыслимая работа потому, что свойств и функций у человечьего мозга необыкновенно много. Зато у бабочки мозг настолько примитивен, что обладает буквально несколькими простыми управляющими функциями как устройство типа стимул-реакция.

Насколько возможно принять мозг простейшего насекомого как базовый класс? В биологии прослеживается несколько общих принципов, которые дают ответ на этот вопрос.

Прежде всего, любой мозг выполняет функцию управления, представляя собой промежуточное образование между рецепторами внешних и внутренних условий и эффекторами ответных действий.

Другой принцип, на который нужно опереться - то, что, фактически установлено, что наиболее эффективные наработки в эволюции остаются впредь в неизменном виде основных своих принципов: с появлением генетического способа передачи наследственной информации, этот принцип используется во всех последующих образованиях. С появлением клетки, то же самое, все последующие образования сохраняют этот высокоэффективный принцип организации. С появлением ассоциаций нескольких клеток, возникают многоклеточные образования со специализацией отдельных клеток по назначению, но, главный принцип многоклеточной интеграции сохраняется.

Это - несколько утрированные, но достаточно верные описания. Поэтому эти принципы можно посчитать основой теорий эволюции биосистем. Эта теория аксиоматично описательная и констатирует факт преемственности основных принципов организации био-организмов в их эволюции.

Обоснуем и третий базовый принцип. Современное представление об эволюции декларирует, что все формы живых существ (а в своей самой общей форме теории - вообще всех выделяемых объектов, живых или неживых) сохраняют условно выделенную совокупность своих свойств благодаря приспособлению к новым условиям. Если эта совокупность свойств, по которым мы определяем данный объект, изменилась настолько, что мы уже не можем отнести нового состояние как продолжение существования этого объекта, мы говорим о конце его существования. Таким образом, любые новообразования в составе объекта, обеспечивающее его существование, являются результатом адаптации его к новым условиям, без чего существование в таких условиях стало бы затруднительно или вообще невозможно.

Отсюда возникает очень важный для общего каркаса теории мозга вывод: все изменения и дополнения в организации функций управления мозга имеют адаптационную основу.

Вот как это реализуется в эволюции мозга.

В качестве универсального элемента построения управляющих функций в мозге эволюция остановилась на принципе организации свойств нейрона - как специализированной на управлении клетки.

Нет никаких оснований подозревать, что главная функциональность нейронов у бабочки и у человека в любом месте мозга различается. Для таких подозрений нет никаких научных данных. Есть множество различий в форме, условий возбуждения, длин отростков у разных нейронов, особенностей метаболизма и связи к другим клеточным окружением, но важно отсеять все не входящее в систему принципов универсального элемента управления мозга. Что у виноградной улитки, что у бабочки, что у любого простейшего организма, нервная система которых изучена достаточно подробно, совершенно ясна одна функциональность любых нейронов: функция распознавания профиля входного возбуждения по принципу однослойного персептрона, но очень упрощенного по числу градаций весов каждого входа (см. Базовая функция нейрона). Мало того, в такой функциональности не важен материал нейрона и то, в виде клетки ли организован или в виде искусственного нейроэлемента. Важно не учитывать все второстепенное в принципе его функциональности.

Такой подход приводит к большой уверенности в том, что все нейроны мозга, хоть бабочки, хоть человека не меняют свою базовую функциональность, и это является основой свойств базового класса мозга. Нет никаких данных о какой-то другой базовой функциональности нейронов как в случае "вставочных" нейронов с предельно вырожденной функцией распознавания, так и у самых сложных и разветвленных из них: все срабатывают, когда на его мембране будет превышен порог срабатывания (хотя в этом процессе бывает немало особенностей, к примеру, отставание развитие возбуждения вплоть до его досрочного прекращения из-за деполяризации на более удаленных участках его тела). Любой нейрон выдает по своему аксону электрическую активность при определенном соотношении активных возбуждающих и тормозных входах.

Если это принять и учесть как элемент каркаса теории любого мозга, то такой контекст отсекает множество имеющихся теорий в работе мозга, противоречащих принципу последовательной, слой за слоем, организации распознавателей, имеющих различное информационное значение для организма.

Например, делается вывод, что такая организация является сугубо децентрализованной на уровне первичных распознавателей профилей сочетаний сигналов рецепторов, хотя в конечном итоге все может приходить и к централизованно влияющим на такую систему функциональным участкам. Это позволяет параллельно обрабатывать сигналы всем элементам мозга и не требует для этого никакой синхронизации, как это совершенно необходимо в цифровых устройствах управления. Синхронизирующими оказывается сами входные сигналы. Все же последующие возбуждения оказываются следствиями первичных возбуждений и вызванной ими их последующей сколь угодно сложной активности. В частности, проявлений произвольности, когда в ответ на стимулы и последовавшие активности, неким централизованным механизмом слежения изменяется возможности учета незначимой активности для лучшего слежения за наиболее актуальным. Но не стоит сейчас погружаться в детали.

Другим примером является то, что искусственно построенные сети "глубокого обучения" никак не отражают принципы организации локально независимых нейросетей мозга (1, 2) и оказываются несовместимыми с базовым каркасом теории природного мозга так, что это направление грозит созданием совершенно новых моделей организации связей между рецепторами и эффекторами.

Итак, организация мозга самых простых организмов может приниматься как основа каркаса базового класса теории мозга любой сложности, с учетом того, что все последующие дополнения и усложнения не меняют базовые принципы, а являются необходимым адаптационным приспособлением. Последовательность качественно различающихся уровней таких приспособлений прослеживается в эволюции все более сложных организмов вплоть до человека, у которого эта организация оказывается схожей на качественном уровне с организацией всех высших животных, см. Адаптология.

То, что организмы не управляются какой-то внешней программой или задатчиками правил поведения (как это неизбежно для современных искусственных нейросетей), обеспечивается внутренним распознаванием того, что оказывается полезным и что вредным для организма так, что вредные последствия реакций избегаются, а полезные остаются впредь для использования. Это - универсальный принцип направленности реагирования, и он предполагает систему распознавания того, что для организма хорошо, а что - плохо: внутреннюю систему значимости. Это очевидно поскольку без этого просто невозможно автономное реагирование. В теориях условных рефлексов это называется подкреплением, но выходит далеко за рамки условных рефлексов, вплоть до организации произвольности.

Теперь можно конкретизировать важнейшие элементы базовой модели, которая станет контекстом всех остальных усложнений и ограничит предположения в отношении их свойств и функций.

1. Функцией любого мозга является промежуточное управление между сигналами рецепторов (внешних и внутренних) и эффекторами ответных реакций.

2. Универсальным элементом организации цепей управления является нейрон, проявляющий свою базовую функцию распознавателя.

3. Все управление осуществляется по необходимости, в зависимости от распознавания значимости входных сигналов для организма, что определяет направленность всех реакций.

4. Все усложнения и дополнительные функции мозга являются механизмами адаптации к новому качеству условий, но, по организационному принципу эволюции живых существ, остаются в силе и действуют те более простые механизмы мозга, что обеспечивают адаптивность в соответствующих им условиях.

Все теории, которые выходят за рамки этого базового контекста, требуют особенно пристального скептического, настораживающего внимания.

В таком заданном общем контексте, при учете тех важнейших особенностей функционирования мозга, которые выявлены при его изучении, остается перечислить те сопутствующие явления, которые оказываются неизменными для мозга высших животных и человека. Они есть, у них есть свои адаптационные функции, и они должны иметь свое описание в общей модели мозга данного уровня сложности и данного уровня детализации (уровня описания наиболее общих качеств адаптационных механизмов).

Теория функциональности мозга высших животных обязательно должна конкретизировать на уровне описания механизмов элементы организации мозга в их взаимодействии, наличие которых надежно выявлено исследователями.

Вот список основных элементов теории, которые должны быть раскрыты до уровня возможности механизмов реализации, т.е. до уровня эмпирической верификации как их самих, так и системы взаимодействия со всеми другими:

·       наиболее общая, базовая, функциональность нейрона,

·       наиболее универсальные условия образования связи между ними,

·       суть и функции последовательностей развития слоев мозга (критические периоды развития),

·       система значимости для определения направленности реагирования,

·       механизм удержания образов, когда стимул временно пропадает из восприятия,

·       функциональность сна в отношении удерживаемых за день образов,

·       функциональность набора базовых стилей поведения, основанных на балансе нейромедиаторов в мозге и гормонов в теле,

·       организация контекстного реагирования,

·       распознавание и функциональная роль новизны ситуации,

·       организация канала осознанного внимания для отслеживания наиболее актуального,

·       функциональность сна в отношении актуальностей, оставшихся активными за день (информационные функции сновидений),

·       принципы фокусировки осознанного внимания,

·       организация субъективных моделей понимания объективных взаимосвязей наблюдаемых причин и следствий,

·       субъективный смысл воспринимаемого, организация произвольной оценки результата реакции, в отличие от базового распознавания значимости,

·       организация прогноза и экстраполяции возможных последствий,

·       принципы нахождения новых вариантов в условиях, когда старый вариант приводит к нежелательному,

·       суть произвольной замены привычных реакций на новые,

·       отношение автоматизмов и произвольности,

·       функции сознания и уровни его функциональности,

·       доминанта нерешенной проблемы,

·       периоды развития субъективного и их функции (отзеркаливание чужого опыта, игровая инициатива, основы социального поведения),

·       различие механизмов памяти условных рефлексов и осознанных вариантов поведения,

·       суть субъективных переживаний,

·       суть, организация и функции эпизодических воспоминаний осознаваемых переживаний,

·       Суть явления мышления, его функциональность и организация механизмов.

Любая системная и конструктивная теория мозга и психики, претендующая на целостность и верность, должна конкретно описывать взаимосвязи всех перечисленных элементов, их место и роль в общей адаптивности. Только тогда можно считать, что формализована корректная модель системы взаимодействий всех участвующих механизмов. Такая модель, отражающая реальность взаимодействий, обладает предсказательными и экстраполирующими свойствами в отношении любых наблюдаемых проявлений (в частности, психических явлений), стоит только их рассмотреть в контексте модели.

В существующих теориях мозга от выдающихся нейрофизиологов видны множественные несоответствия означенным критериям системности. Это показано в подборках рецензий на доступные книги, отражающие по годам текущие представления о мозге. Главный недостаток таких теорий - отсутствие системного подхода. Другой недостаток - отсутствие достаточного навыка обобщений. Напрашивается предположение - почему это происходит. Все писатели топовых книг про мозг (да и вообще все нейрофизиологи) - практики, а не теоретики. Они были погружены в свои темы исследований и добычи экспериментальных данных, а это - совершенно другие навыки, чем то, что нужно для обобщения. У них просто не было времени, чтобы развить нужные навыки таких обобщений за то время, что они потратили на экспериментальные исследования. И, главное, у них не обнаруживается ключевого контекста мыслить системно.

C учетом перечисленных критериев полноты и верности теории на мировоззренческом сайте Форнит развивалась системная модель организации индивидуальной адаптивности к новому. В ней все элементы списка показаны во взаимосвязи и системных (не зависящих от способа реализации) механизмах реализации на уровне схемотехники.

В качестве дополнительной верификации целостности теории, она естественно (без дополнительных сущностей) описывает все основные проявления психики: Психические явления.

Резюме по критериям полноты и верности

В статье показывается необходимость "системного мышления": подробнее об этом см. Системное мышление.

Самый общий критерий верификации системы и ее компонентов: выявление определенного каркаса уже известного класса явления, который определяет контекст всем остальным представлениям и задает граничные условия, в рамках которых эти представления оказываются верными.

Отсутствие элементов теории, которые в целом описывают каркас явления, является признаком неполноты теории (дырки в общей картине): все элементы должны в целом приводить к полному описанию каркаса явления без "белых пятен".

Гармоничная (непротиворечивая, взаимодополняемая картина) совокупность взаимосогласованных элементов теории, которая в целом приводит к описанию известного каркаса с незначительными его уточнениями, является очень сильным критерием верности системы описания явления на данном уровне представлений (без более детализованных элементов описания).

Продолжение: Метод определений, отражающий организацию субъективной адаптивности