Рам Ибсорат, личел (ibsorath) wrote,
Рам Ибсорат, личел
ibsorath

Нейронаука Обломов

Интересная статья о том, как происходит научное исследование, и как взаимодействуют эксперимент и теория. Как можно заключить из статьи, огромное количество экспериментов, проводимых в лабораториях, не особо согласуется с теоретическими ожиданиями. Обычно это списывается на ошибки, шум, и т.п. (Я не знаю, насколько это соответствует истине, но помню, на лабораторных по физике, электротехнике и электронике в моём ВУЗе практически ни один эксперимент не давал нужного результата).

Авторы приводят замечательную историю о двух астрономах Арно Пензиасе и Роберте Вудро Вильсоне, которые в 1964 году собирались с помощью сверхчувствительного радиотелескопа исследовать космическое пространство. Они наткнулись на нехилый постоянный шум в установке, который явно никак не согласовывался с их теоретическими ожиданиями. Покрутили установку так и этак, понаправляли на разные участки, собрали-разобрали - толку ноль. нашли голубиное дерьмо в антенне, вычистили - толку ноль.

Сделали хитрый апгрейд, но шум всё равно никуда не делся, так что эксперимент признали неудачным.

И лишь спустя долгое время один из учёных поделился своей историей с коллегой-специалистом по ядерной физике. Тот, в сущности, офигел, потому что сообразил, что это никакая не неудача, а наоборот. И в итоге товарищи получили Нобелевку за открытие "реликтового излучения".

Мораль проста: так называемые "ошибки эксперимента" зачастую вовсе не ошибки, а самые натуральные результаты. Но, так как они не соответствуют ожиданиям, их за таковые и не признают.

Под катом - сокращённый перевод статьи, с интересными экскурсами в области нейрологии (о том, как мозг "редактирует реальность", подстраивая под ожидания) и философии науки (автор при этом помнит саркастическое замечание Фейнмана, что мол "философия науки учёным столь же полезна, сколь орнитология - птицам).

Там есть над чем задуматься, и у меня лично возникли кое-какие сомнения и вопросы. Предлагаю и вам почитать и подумать.



http://www.wired.com/magazine/2009/12/fail_accept_defeat/all/1

ПОРАЖЕНИЕ ПРИНЯТО: НЕЙРОНАУКА ОБЛОМОВ





Кевин Дунбар (Kevin Dunbar) – исследователь, изучающий то, как учёные изучают вещи – как они достигают успеха и терпят неудачи В начале 1990х годов он приступил к осуществлению проекта по наблюдению четырёх биохимических лабораторий в Стэнфордском университете.

Он потратил четыре года на анализ полученных данных, и в результате своих изысканий пришёл к выводу: наука представляет собой погоню за "истиной" сквозь постоянные разочарования. Хотя исследователи, как правило, используют хорошие техники, более половины их данных оказываются неожиданными. В некоторых лабораториях эта величина достигала 75 процентов. «У исследователей есть все эти продвинутые теории о том, что предполагается ожидать. Но результаты постоянно противоречат теориям. И вовсе не редкость ситуация, когда месяц тратится на подготовку проекта, а потом все данные признаются негодными, потому как производят впечатление чепухи». Например, ожидают найти какой-то конкретный протеин, а его нет. Или образец ДНК демонстрирует наличие "левого" гена. Детали могут различаться, но в общих чертах история каждый раз одна и та же: Учёные ждали X, а нашли Y.

Дунбар был поражён такой статистикой. Научный процесс, в конце концов, предположительно является упорядоченным поиском истины, полным элегантных гипотез и экспериментов. Однако, когда эксперименты были изучены более пристально – и Дунбар проинтервьюировал учёных насчёт самых незначительных деталей – эта идеализированная версия лабораторной жизни рассыпалась в пыль, сменившись картиной бесконечного появления неприятных сюрпризов. Были модели, которые не работали, и данные, которые не воспроизводились, и простые эксперименты, полные загадочных аномалий. «О каком-то убожестве или кустарности и речи нет, все эти люди работали в лучших лабораториях мира. Но эксперименты редко говорили нам то, что мы хотели от них получить»

Как исследователи поступают со всеми этими неожиданными данными? Как они управляются с таким количеством провалов? Дунбар понял, что подавляющее большинство людей в лабораториях следует одной и той же базовой стратегии. Сначала они подвергнут критике метод. Удивительная находка классифицировалась часто как всего лишь ошибка; возможно, аппарат неправильно работает, или энзим успел разложиться. «Учёные пытались оправдать то, что не могли понять» - говорит Дунбар. «Так, как будто они просто не хотели этому верить»

Далее, эксперимент мог быть тщательно повторён. Иногда странные аномалии пропадали, и в этом случае проблема была решена. Но часто странности и аномалии никуда не девались.

Тут начинается самое интересное. Согласно Дунбару, даже после того, как учёный сталкивался со своей «ошибкой» множество раз – то есть имела место «последовательная непоследовательность» - он часто не мог пойти до конца. «При таком количестве неожиданных данных становится просто невозможным следовать намеченному курсу» - говорит Дунбар. «Люди должны выбрать то, что интересно, и отбраковать то, что не представляет важности, но они часто делают плохой выбор». И эти результаты остаются за бортом, где-нибудь на страницах скоро позабытого блокнота. Учёные нашли новый факт, но назвали его провалом, неудачей, ошибкой.

Причина того, почему мы столь сопротивляемся аномальной информации – действительная причина, по которой исследователи автоматически принимают, что каждый неожиданный результат просто глупая ошибка – коренится в механизмах работы человеческого мозга. В последние несколько десятилетий психологи разрушили миф объективности. Факт в том, что мы тщательно редактируем нашу реальность, выискивая доказательства, подтверждающие то, во что мы уже верим. И хотя мы делаем вид, что мы эмпирики – якобы, наши взгляды диктуются ничем, кроме голых фактов – мы, на самом деле, зашоренны, особенно тогда, когда имеем дело с информацией, противоречащей нашим теориям. Проблема в науке не в том, что большинство экспериментов оказываются неудачными – а в том, что большинство неудач игнорируются.

Попытавшись разобраться в том, как люди поступают с противоречивыми данными, Дунбар провёл несколько собственных экспериментов. В одном из исследований 2003 года, он предлагал студентам Дартмутского Колледжа посмотреть пару коротких видеофильмов, запечатлевших падение двух шаров разного размера. Первый отрывок показывал два шара падающими с одинаковой скоростью. На втором отрывке больший по размеру шар падал быстрее. Эта съёмка была реконструкцией знаменитого (и вероятно, апокрифического) опыта Галилея, когда он якобы бросал ядра разного размера с Пизанской башни. Шары Галилея падали на землю в одно и то же время – в противовес утверждениям Аристотеля, считавшего, что более тяжёлые объекты падают быстрее.

Показывая студентам съёмки, Дунбар просил их выбрать то, которое точнее показывает действие силы тяжести. Неудивительно, что студенты без физического образования были не согласны с Галилеем (интуитивно мы все согласны с Аристотелем). Они нашли изображение разных шаров, падающих с одинаковой скоростью, совершенно нереалистичным, хотя именно так на самом деле ведут себя объекты. Затем, когда Дунбар обследовал испытуемых на аппарате функциональной магнитной резонансной томографии, он обнаружил, что демонстрация физически необразованным студентам корректного видео запускала определённый паттерн активности мозга. А именно, возникал выброс крови в область передней поясной (лимбической) извилины (anterior cingulated cortex, ППИ), тканевого сгустка в центре мозга. ППИ обычно связывают с восприятием ошибок и противоречий – нейрологи часто называют её частью "контура «вот чёрт!»" - так, что представляется осмысленным то, что она может вовлекаться в работу, когда мы смотрим видеозапись чего-то, кажущегося нелепым.

Пока всё очевидно: большинство студентов физически безграмотны. Но Дунбар проделал и эксперимент со студентами, специализирующимися в области физики. Как и ожидалось, их образование позволило им увидеть ошибку, и в их случае именно неправильное видео запускало работу ППИ.

Но есть и ещё один регион мозга, который может активизироваться, когда мы готовы редактировать реальность. Он называется «верхняя лобная извилина» (dorsolateral prefrontal cortex, ВЛИ). Находится этот участок сразу за лбом, и представляет собой один из отделов мозга, развивающихся позже всего. Он играет критическую роль в подавлении так называемых нежелательных впечатлений, и избавлении от тех мыслей, которые не соответствуют нашим предубеждениям. Для учёных это проблема.

Когда студенты-физики видели «аристотелевское» видео, с шарами, летящими с разной скоростью, их ВЛИ начинала работу, и эта картинка быстро исчезала из сознания. В большинстве случаев подобный акт редактирования – существенный когнитивный навык. (Когда ВЛИ повреждена, люди часто лишь крайним усилием воли могут на чём-то сосредоточиться, поскольку они не могут отсеивать посторонние стимулы). Однако, когда речь заходит о том, чтобы замечать аномалии, эффективная работа ВЛИ может превращаться в серьёзное препятствие. ВЛИ постоянно цензурирует картину мира, отбрасывая факты из нашего опыта. Если ППИ это контур «вот, чёрт!», то ВЛИ – это кнопка «delete». Когда ППИ и ВЛИ «включаются в работу совместно, люди просто не замечают, что что-то идёт не так. Они просто подавляют эту информацию» - говорит Дунбар.

Урок в том, что вовсе не все данные создаются в нашем разуме одинаково. Когда речь идёт об интерпретации наших экспериментов, мы видим то, что хотим видеть, и обесцениваем всё остальное. Студенты-физики, к примеру, не стали, просматривая видео, думать, не мог ли Галилей ошибаться. Вместо этого они делают свою теорию предметом веры, отключая всё, что она не в состоянии объяснить. Иными словами, вера есть разновидность слепоты.

Но возникает закономерный вопрос: если людям – и учёным в том числе – свойственно так цепляться за свои убеждения, то почему вообще наука столь успешна? Как вообще получается так, что наши теории меняются со временем? Как мы можем пересмотреть неудачу и увидеть верный ответ?

Современная наука наводнена экспертами, узко-образованными специалистами. Исследователями, которые изучали одни и те же тома, и в результате мир фактов кажется им весьма стабильным. Философ науки Томас Кун приходил к заключению, что единственным типом учёного, способным распознавать аномалии, и менять парадигмы, оказывается «или очень молодой, или новичок в определённой области». Другими словами, речь идёт о классических аутсайдерах. Они не защищены от того, чтобы обратить внимание на неудачу, указывающую путь к новым возможностям.

Однако Дунбар осознал, что эта романтическая картина, изображающая блестящих перспективных новичков, оставляет кое-что за кадром. В конце концов, большей частью научные перемены вовсе не катастрофичны и драматичны, и революции случаются очень редко. Напротив, прозрения в современной науке обычно не очень бросаются в глаза, и часто происходят со стороны исследователей, занявших свою надёжную нишу. «Это не Эйнштейны, приходящие извне. Это парни с грантами NIH» - говорит Дунбар. Как же им удаётся преодолеть слепоту к неудачам?

В то время, как научный процесс обычно изображают одиночным поиском истины – исследователи решают проблемы своими силами и т.п. – Дунбар обнаружил, что большинство новых научных идей возникают на семинарах, еженедельных встречах, где люди обмениваются своими данными. Самая важная часть этих семинаров – вовсе не презентация, а последующие дебаты. Дунбар обнаружил, что сомнительные и горячие вопросы, поднимаемые в групповых сессиях, часто оказываются «прорывными», и учёные бывают вынуждены пересмотреть свою оценку данных, которые они раньше игнорировали. Новая гипотеза оказывается продуктом спонтанного собеседования, и одного вопроса бывает достаточно, чтобы превратить учёных во временных аутсайдеров, способных взглянуть по-новому на собственную работу.

Однако не все семинары одинаково эффективны. Дунбар рассказывает о двух лабораториях, работавших над одной и той же практической задачей. Протеины, которые должны были быть подвергнуты измерительным процедурам, прилипали к фильтру, делая анализ данных невозможным. «В одной лаборатории было много людей с различным образованием», говорит Дунбар. «Биохимики, молекулярные биологи, генетики, студенты медицинских ВУЗов». Другую команду составляли в основном специалисты по E.coli. «Они знали о E.coli более, чем кто-нибудь ещё, но это было всё, что они знали». Дунбар наблюдал за тем, как обе группы подошли к «протеиновой задаче». Специалисты по E.coli взяли на вооружение метод «грубой силы», несколько недель кряду пробуя различные «лобовые» средства. «Это было крайне неэффективно», говорит Дунбар. «Они в итоге решили задачу, но потеряли массу драгоценного времени».

Другая команда обсуждала проблему на семинаре. Никто не был экспертом по протеином, так что началась широкоформатная дискуссия о возможных подходах к решению. Поначалу беседа казалась весьма бестолковой, но затем, когда химики и биологи обменялись идеями, начали появляться потенциальные решения. «Прошло ещё 10 минут – и проблема была решена», говорит Дунбар. «Она показалась весьма простой».

Изучив протоколы этого семинара, Дунбар обнаружил, что такая интеллектуальная смесь порождала определённый тип взаимодействия, при котором учёные были вынуждены полагаться на метафоры и аналогии, чтобы высказать свои мысли. (Причиной было то, что, в отличие от группы специалистов по E.coli, вторая команда не имела специализированного языка, понятного всем). Эти абстракции оказались необходимыми для решения проблемы, поскольку побуждали учёных пересматривать свои ожидания и предположения. Необходимость объяснить задачу кому-то другому заставляла их мыслить, пусть и всего минуту, подобно интеллектуалу-маргиналу, исполненному скептицизма.

Вот почему другие люди так полезны. Они вытряхивают нас из наших когнитивных ящиков. «Я всё время наблюдал это», говорит Дунбар. «Специалист пытается объяснить свой подход, на какое-то время может занять оборонительную позицию, а потом вдруг у него на лице появляется это выражение, когда он понимает нечто важное»

То важное, что становится понятным – это и есть неожиданный результат, например, ошибка эксперимента, принимаемая за неудачу. Ответ всегда был перед глазами – просто он наблюдался с помощью неподходящей теории, становился невидимым благодаря нашим узколобым мозгам. И так до тех пор, пока мы не заговорим с коллегами, попытавшись перевести свою идею в язык аналогий, и вдруг поймём истинное значение своей ошибки. Другими словами, прав был Боб Дилан: «Нет большего успеха, чем неудача» (There’s no success quite like failure).



PS Обязательно потом пройдите вот сюда: http://ivanov-petrov.livejournal.com/1332510.html
Tags: наука, нейрология, перевод, психология, эпистемология
  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

  • 8 comments