30 Kasım 2014 Pazar

Bayes'ci Beyinler

Gunumuzde bilissel bilimler dalinda sikca adi gecen bir dusunce uzerine yazmak istiyorum. Beynin ana hatlariyla tahmin edici (predictive) ya da cikarimci (inferential) bir makine oldugu uzerine kurulu bu dusunce. Temel olarak beynin, duyusal verileri pasif bir sekilde toplamak yerine surekli aktif ve gelen duyusal uyarilarin sebepleri uzerine surekli tahmin yuruten bir organ oldugunu iddia ediyor bu görus. Sinir sistemleri surekli bir belirsizlik ve muglaklikla bas etmek uzere evrildiklerine gore, bu belirsizligi icsel olarak temsil etmeleri gerektigi iddia ediliyor. Yakin zamanda prestijli bir dergi olan Behaviour and Brain Sciences’ta yazdigi makaleyle bu göruse vurgu yapan Andy Clark, beynin, kendisine ulasan duyumlarin nedenleri uzerine cikarim yaptigini soyluyor ve bu modelin beynin dönguler ve ileri- geri baglantilar iceren mimarisiyle uyustugunu iddia ediyor. Zira memeli beyninin alti katmanli korteks bolgesinde katmanlar arasi noron baglantilari cift yonlu, yani sadece asagi katmanlardaki duyusal girdilerden yukari katmanlara cikmiyor, ayni zamanda yukari katmanlardan asagi katmanlara geri bildirim dönguleri bulunuyor. Iste bu modele gore ust katmanlarin islevi, alt katmanlara ulasan duyusal sinyalleri “tahmin etmek” ve sadece bu tahminlerin otesine gecen, “surpriz” iceren sinyallerin yukari tabakalara gecmesini saglamak. Baska bir deyisle algi (perception), tahmin hatasini (prediction error) en aza indiren bir mekanizma haline geliyor. Tahmin hatasi, tahmin edilen duyusal uyaranlarla gercekte duyumlanan uyaranlar arasindaki farki teskil ediyor. Bu görus, Karl Friston’un ortaya attigi “serbest enerji prensibi” (Free Energy Principle) ile benzerlikler gosteriyor. Bu göruse gore serbest enerji, dunyanin temsili (representation) ile dunyanin kendisi arasindaki fark demek oluyor. Serbest enerji prensibi, biyolojik sistemlerdeki butun degisimlerin serbest enerjiyi azaltmak uzere gerceklestigini iddia ediyor. Algi, hareket, hafiza ve dikkat gibi dallari ortak prensipler dogrultusunda birlestirmeyi amaclayan oldukca iddiali bir görus bu.

Beklentilerimiz ve yargilarimiz sadece duyusal algilari yorumlamakla kalmiyor, bu algilari belirliyor ve degistiriyorlar ayni zamanda. Örnegin bir deneyde insanlar iki gruba ayriliyor ve iki grup da manyetik rezonans makinesine yatip ayni sarabi iciyorlar. Fakat birinci gruba ictikleri sarabin oldukca pahali bir sarap oldugu soyleniyor. Beyin goruntuleri, pahali sarap ictikleri soylenen grup icin beynin haz alma bölgeleri diger gruba oranla daha aktif hale geliyor. Bu da demek oluyor ki haz asla dogrudan gelmiyor, hep inanclardan ve oncul bilgilerden etkileniyor.

Dunyaya her an bir beklentiyle, gecmisin suzgeciyle bakmayi cagristiriyor bu kavram. Beynin algiladigi nesneleri bir kaliba sokma, bir anlam verme durtusu, ve nöral ekonomi icin islenmeye deger yegane verinin bu beklentilerin disina cikan, surpriz veriler oldugu görusune yapilan bir vurgu. Tabi bu haliyle “ficidaki beyin” (brain in a vat) gibi internalist yorumlari kucakladigi da kesin. Bu haliyle asla dis dunyayi dogrudan deneyimleyemiyoruz, tek algiladigimiz beynin en iyi hipotezinden ibaret. Hatta bu gorusun en uc yorumlamasina gore dunyayla olan algisal temas, sadece beynin dis dunyada olan seyle ilgili en iyi tahmini denetlemek ve gerekirse bu tahmini duzeltmekten ibaret!

Tabi burada bir Zizek baglantisi gozden kacmiyor degil. Zizek de ideolojinin gunluk yasamin her alanina yayildigini soylerken biraz bu gorusle uyusmuyor mu? Zizekci ideoloji, Clark’ci on kabullerden, inanclardan, beklentilerden ve cikarimlardan meydana gelmiyor mu? Ideolojinin alanina tam olarak da ondan arindigimizi sandigimiz anda girdigimizi soylerken Zizek, aslinda bu kavramin beynin dogal isleyis mekanizmasina kokten baglanmis oldugunu vurgulamiyor mu? Bu haliyle ideoloji, islevi dunyadan aldigi algisal surprizi azaltmak ve dunyayi ön kabullere ve gecmis bilgiye gore aciklamak olan bir mekanizma olarak degerlendirilebilir mi?

Tabi ki gecmis bilgiden bagimsiz bir algilama, Zen ustalalarinin iddia ettigi kadar kolay degil. Dunyayi yorumlarken, nesneleri siniflandirirken, karsimizda konusan kisiyi anlamaya calisirken hep gecmis bilgiyi kullaniyor ve bu bilgiyle cikarimlar yapiyoruz. Aslinda beyinlerin yaptigi en carpici islerden biri, sinirli sayida bilgiye maruz kalmasina ragmen ogrenmeyi genellestirmesi ve siniflandirmasi. Binlerce yildir filozoflarin aklini kurcalayan, tumevarim skandali (the scandal of induction) dedikleri sey bu. Nasil oluyor da bir cocuk, uc ya da dort tane at resmi gordukten sonra ileride gördugu bambaska atlari “at” kategorisine hemencecik sokuveriyor? Nasil oluyor da azicik bilgiye maruz kalmasina karsin genelleme kusursuz gerceklesiyor? Yine unlu analitik felsefeci W.V. Quine’in “referansin belirsizligi” (indeterminacy of reference) olarak niteledigi durum, beyinlerin bu tumevarim ozelligine vurgu yapiyor. O ana kadar hayatinda hic tavsan gormemis bir cocuk, tarlada kosan bir tavsan goruyor ve babasi “Bak tavsana” diyor. Kritik soru su: Nasil oluyor da bu “tavsan” sozcugu, cocugun o anda gordugu sayisiz farkli duruma (tavsanin kosusu, tavsanin bacagi, kulagi, tavsanin hizi vs.) degil de, bir butun olarak tavsana gonderme yapiyor ve bundan sonra gorulen butun tavsanlara genellenebiliyor?

Burada son zamanlarda bilissel bilimler ve nörobiyolojideki bulgulari birlestirme ve modelleme amaciyla ortaya koyulan Bayes istatistiginden söz etmek gerekiyor. 18. yuzyilda yasamis Ingiliz filozof ve istatistikci Thomas Bayes tarafindan ortaya konan Bayes teoremi, kosullu olasiliklari (conditional probabilities) konu alan cikarimci (inferential) bir istatistik metodudur, ve betimleyici (descriptive) istatistikten ayrildigi nokta da budur. Betimleyici istatistik bir populasyondan alinan bir örneklemi (sample) betimlemeyi amaclarken, cikarimci istatistik, populasyondan alinan bu örneklemden yola cikarak bu populasyonun dogasi hakkinda cikarimlar yapmayi amaclar. Yani cikarimci istatistik, veriden yola cikarak bilinmeyen populasyonun ortalamasini ve standart sapmasini cikarimlamayi hedefler. Ficidaki beynin kendine ulasan duyu verilerinden yola cikarak gercek dunyayi modellemeye calismasi analojisini kurmak pek de zor degil. Zaten bu yuzden Bayes metodu, Bayes beyni (Bayesian brain) adi altinda beyinlerin cikarimci dogasina vurgu yaparak kullaniliyor. Bayes teoreminin nevi sahsina munasir yani, öncul (prior) dagilimlari kullanmasi. Nedir bu öncul dagilimlar? Ölcum aldigimiz populasyon hakkinda önceden bildigimiz dagilim semalari. Hemen bir örnekle aciklayalim: Bir cocuk sikca oksuruyor (ölcumledigimiz veri), ve bir Bayes istatistikcisi olan babasi bu öksurugun sebebini (bu ölcume neden olan sey) bulmaya calisiyor. Elde 2 tane hipotez var:

       1)   Grip
       2)   Akciger kanseri

Simdi hem grip olan, hem de akciger kanserine yakalanan insanlarin sikca oksurdugu bir gercek. Fakat Bayes teoremini guclu kilan sey, kullandigi su öncul önerme: Gribe yakalanma ihtimali, akciger kanserine yakalanma ihtimalinden daha fazladir. Iste bu öncul önerme hesaba katilinca, cocukta görulen öksurugun sebebinin grip olma olasiligi oldukca kuvvet kazaniyor. Bir eczaci cocugu olarak, kendi babamin da farkinda olmasa bile oldukca iyi bir Bayes istatistikcisi oldugunu söyleyebilirim. Semptomlari kullanarak tutarli teshis ortaya koymak, gecmisi ve olasilik dagilimlarini kullanarak Bayes-vari cikarimlar yapmayi gerektiriyor. Iste gecmisin, bilginin, deneyimin önemi de burada devreye giriyor. Beyinler, hep eldeki sinirli sayidaki bilgiyi kullanarak nedensel cikarimlar yapiyorlar. Dogada hep bir neden arama, ve baginti (correlation) ile neden olmayi (causation) surekli birbirine karistirma konusundaki yatkinligimizin sebebi bu olabilir. David Hume, dogada nedenselligin hicbir zaman gözlemlenemedigini, ancak beyinlerimizin bu nedenselligin dis dunyada gözlemlenebildigi yanilsamasina kapildigini soylemisti. Duran bir bilardo topu, baska bir bilardo topunun carpmasi sonucu harekete geciyor. Burada gözlemlenen tek sey, etkilesime gecen ve hareket eden toplardan ibaret. Nedensellik (causation) bu filmin hicbir yerinde, gercek dunyada gözlemlenmiyor. Nedenselligi beyinlerimiz uretiyor, ve hareket eden topun, duran topun harekete gecmesine “neden oldugunu” söyluyor.

Butun bu veriler beyinlerin Bayesci bir cikarim makineleri oldugu tezini kuvvetlendiriyor gibi gorunse de, teorinin kafada biraktigi soru isaretleri de var. Bir kere beden/beyin arasinda cizilen kesin bir ayrim var. Bedensel duyulardan kendisine ulasan verilerle dunya hakkinda cikarimlar yapan bir beyin. Descartes’ci ruh/beden ayrimini cagristiriyor bu beyin/beden ayrimi. Adeta Descartes’in maddesel olmayan ruh kavraminin yikilmasindan sonra onun yerini ficidaki bir beyin aliyor. Bu goruse karsi cikan elestiriler, beyin, beden ve cevre arasindaki dinamik birlige ve etkilesime dikkat cekiyorlar. Beynin surekli dunya hakkinda temsiller kurmasina gerek olmadigini, bu temsiller yerine dunyanin kendisini model olarak kullandigini soyluyorlar. Vucut bulmus zihin yazisinda altini cizdigimiz gorusu destekleyen bir fikir bu: cevre ve bedenin zihinsel modellemesini yapmaya gerek yok, cunku cevre ve beden, aklin (mind) bir parcasi. Robotik ve yapay zeka dalinin son zamanlarda cok vurguladigi bir gorus bu: robotlarin dis dunyanin soyut bir temsilini kodlamak yerine dunyanin kendisini model olarak kullanmalari, dunyayla etkilesim icine girerek ögrenmeleri bekleniyor. Planlama gibi ust duzey bilissel fenomenlerin uygulamasinda bile cevresel verilerin cok yararli oldugu, tamamen soyut bir zihinsel kopus yerine cevresel uyaranlarin manipule edildigi bir gercek. Satranc analojisi yapalim hemen: Buyukustalar satranc oynarken bir tahtaya gerek duymazlar, oyunu kafalarinda rahatlikla oynayabilirler. Fakat tahtabasinda oynarken, tahtanin sundugu cevresel uyarilari kullanarak (gözlerini bos karelerde gezdirerek vs.) cok daha verimli bir sekilde plan kurup daha iyi bir oyun cikarirlar. Dunyanin kendisini model olarak kullanma derken kastedilen iste tam olarak budur: cevrenin ve beynin bir butun olusturmasi, ve zihnin bu birliktelik sonucu ortaya cikan bir surec olmasi.

Dogu felsefecilerinin sordugu temel sorulardan birisi, gecmisin karismadigi, olani filtrelemedigi, saf bir gözlemin mumkun olup olmadigidir. Bayes teoricilerinin bu soruya verdigi yanit, ilk deneyimler disinda negatif. Bir cocuk hayatinda ilk defa bir agaca bakarken belki böylesine saf bir gözlem olabilir. Ama sonrasindaki gözlemler, gecmis ve hafiza tarafindan etkilenecektir. Peki sanat ve estetikte boylesine saf bir gözlemden söz edilemez mi? Guzellik duygusu, bu cikarimci zihin faaliyetinin ötesine gecen bir fenomen degil mi? J. Krishnamurti; guzelligin ortaya cikmasi icin dusuncenin durup saf gözlemin ortaya cikmasi gerektigini söylemisti. Ne dersiniz, beyin kendi Bayes’ci dogasini anladigi anda bunun ötesine gecebilir mi?

Can



Andy Clark, 2013. Whatever next? Predictive brains, situated agents, and the future of the cognitive science.

Karl Friston & Klaas Stephan, 2007. Free-energy and the brain.

David Hume, 1739. Treatise of human nature.


      Varela, F. J., Thompson, E. & Rosch, E, 1991. The embodied mind.
      Tenenbaum et al. 2011. How to Grow a Mind: Statistics, Structure, and Abstraction.
      Froese, T & Ziemke, T, 2009. Enactive artificial intelligence: Investigating the systemic    organization of life and mind.
      https://www.youtube.com/watch?v=AwTJXHNP0bg


12 Kasım 2014 Çarşamba

Eksapte Olmus Emerjans

Immanuel Kant, canlilardaki duzenin, salt hareket gucune sahip olan makinelerden öte, bicimlendirici ve kendini uretici bir nitelige sahip oldugunu, ve bu organizasyonun salt mekanik hareket ilkeleriyle aciklanamayacagini soylemisti. Aradan gecen iki yuz senenin ardindan bu sözler hala onemini koruyor, cunku bir yandan yasami ve akli tumuyle mekanik yasalarla ve parcalarla aciklamaya calisan indirgemeci gorus ile ote yandan canliligin sahip oldugu kendini örgutleme, kendini yenileme ve kendini uretme yetilerine vurgu yapan emerjans (emergence) kavrami arasindaki gerilim hala devam ediyor.

Burada emerjans kavramini biraz derinlestirmek gerekiyor, cunku kavramin tam olarak neye gönderme yaptigi cok net degil. En genel haliyle butunun, parcalarinin toplamindan daha farkli ve bu parcalara indirgenemeyecek bir birim oldugunu vurguluyor bu kavram. Kendi baslarina oldukca reaktif ve tehlikeli olan sodyum ve klor elementlerinin tepkime sonunda sofra tuzu olusturmalari, butunun parcalarindan farkli davrandigi bir emerjans örnegi olarak yaklasik yuz elli sene once John Stuart Mill tarafindan ortaya konulmustu. Emerjans kavrami ilerleyen yillarda bircok farkli yoruma ve elestiriye maruz kaldi. Elestiriler temel olarak, temel bilimlerin en nihayetinde fizik bilimine indirgenecegini, tum biyolojik ve kimyasal fenomenlerin aslinda temel fiziksel mekanizmalarin sadece biraz daha karmasik gorunguleri oldugunu iddia ediyor. Aslinda temel tartisma, bu yazida uzerinde durmak istedigim daha radikal bir emerjans yorumu etrafinda donuyor: ontolojik emerjans. Ontolojik emerjans, butunun sadece parcalarin fiziksel analizinden öte bir sey oldugunu söylemiyor, bunun ötesine gecerek ust seviyelerde ortaya cikan birimin, bu birimi olusturan parcalarin sahip olmadigi nedensel kuvvete (causal force) sahip oldugunu iddia ediyor. Bircok fizikalizm savunucusunun, asansörde 3. kat dugmesine basip 5. kata cikartildigini iddia ederek elestirdigi bir yorum ontolojik emerjans. Fakat teorik biyolog Stuart Kauffman bu kavrami biyolojik fonksiyon ve secilim perspektifiyle savunuyor. Simdi gelin Kauffman’in tezine bir göz atalim.

Organizmalarin Kant’ci bir butun (Kantian whole) olmalarindan yola cikiyoruz. Butunun parcalari, parcalarin ise butun icin islev gordugu, kendini yenileyen, yeniden ureten bir butun biyolojik organizma. Bu haliyle bu butunu olusturan parcalarin tek basina fiziksel analizi, bu parcanin butun icin oynadigi rol göz onunde bulundurulmadigi surece hep eksik kalacak. Örnegin kalbin islevinin kan pompalamak oldugu bir gercek. Ve bu fonksiyon, dogal secilim sonucunda neden kalbin evrimlestigini de acikliyor. Kalp evrimlesti cunku kan pompalama islevi, kalbin parcasi oldugu organizmaya avantaj sagladi. Kalbin kani nasil pompaladiginin derin bir fiziksel analizini veren indirgemeci yaklasim, kalbin fonksiyonunu aciklayamiyor. Bu aciklama icin ust seviyeye, biyolojik seviyeye cikmamiz gerekiyor. Peki, kalpler kan pompaliyor, fakat bu pompalama islevi sirasinda pompalama sesi de cikartiyorlar. Bu ses de kan pompalamak gibi kalplerin ait oldugu fiziksel sistemin bir parcasi, fakat evrimsel olarak bir islev görmuyor. Iste bu da bizi baska bir onemli kavrama getiriyor: eksaptasyon (exaptation) ya da ön uyum (pre-adaptation). Eksaptasyon kavrami en temel haliyle, hali hazirda biyolojik fonksiyon ve adaptasyon tasimayan bir özelligin, sonradan islevsellik kazanmasi demek oluyor. Örnegin ilk olarak ucmayan dinazorlarda vucut isisini korumak icin evrimlesen tuylerin, sonradan ucma islevinde kullanilmasi, baliklarda evrimlesen hava kesesinin sonrasinda akciger islevi kazanmasi, yine baliklarin cene kemiklerinin, sonrasinda evrimlesen omurgalilarin ic kulak kemiklerinde duymayi yardimci islev kazanmasi tipik eksaptasyon örneklerini olusturuyorlar. Eksaptasyon kavrami, buyuk olcekteki evrimin tahmin edilebilirligi sorusu baglaminda onem tasiyor. Dinazorlarda termoregulasyon islevi icin tuy evrimlestirmeden once, tuy bazli ucus ve kuslarin evrimi tahmin edilebilir miydi? Kauffman’in eksaptasyon kavramini ontolojik emerjans kavramina bagladigi soru su: Yalnizca insan turu icin, onumuzdeki bir milyon yil boyunca olasi tum eksaptasyonlari saptamak mumkun mu? Bu sorunun yaniti tabi ki hayir. Olasilik havuzunu kafada canlandirmak bile mumkun degil. Ayrica adaptasyon, cevreden bagimsiz incelenemeyecegi icin olasi cevre ve nis (niche) havuzunu da önceden hesaplamak imkansiz. Bu demek oluyor ki, indirgemeci fiziksel bilimlerin aksine, ihtimalleri hesaplayacagimiz Newton’cu faz uzayina (phase space) sahip degiliz. Bu da biyolojinin kendine özgu tek yonlu bir zaman yönune (arrow of time) sahip oldugunu vurguluyor. Newtoncu fizik yasalari zamanin yonu konusunda bir ayrim yapmazken durum biyoloji olunca isler degisiyor, tarihsellik devreye giriyor.

Tarihsellik, olabilecek olanin sayisi, gercekte olan sayisinin cok uzerinde oldugu durumlarda devreye girer diyor Stuart Kauffman. 200 amino asitten olusabilecek olasi protein sayisi, evrendeki atom sayisindan daha fazla oldugundan, yeryuzunde var olan ve 200 amino asit iceren proteinlerin, olasilik havuzunun yalnizca kucuk bir parcasini isgal etmesi baglaminda bir tarihsellik kazanmalarindan söz edilebilir. Söz konusu yasam ve evrim oldugunda tarihsellik kavrami neden önemli? Cunku bu kavram, evrimin yonu ve tarihsel rastlantilarin evrimin izledigi yol uzerine olan etkisi gibi konulara isik tutuyor. Stephen Jay Gould’un unlu dusunce deneyi, yasam teybini basa sarip tekrar baslattigimizda yasamin farkli bir yol izleyip izlemeyecegini sorar. Gould’a gore tarihsel rastlantilar, yasamin gidisatinda buyuk olcekli kirilmalara yol acmis, ve yasam tarihinin akisina buyuk etkide bulunmustur. Yasam teybi basa sarilip tekrar oynatilsa, yasamin gidisati ve buyuk olcekli evrim bambaska olurdu.

Emerjans kavrami aslinda gunluk hayata hic yabanci degil. Internet ilk ortaya ciktigi zaman facebook’un veya twitter’in evrimlesecegi tahmin edilebilir miydi? Bir kere facebook ortaya ciktiktan sonra bunun imkan sagladigi fenomenler uzayi tum hatlariyla belirlenebilir mi? Twitter’in imkan sagladigi sosyal örgutlenmenin toplumsal hareketler uzerine olan etkisi yine bir eksaptasyon olarak degerlendirilemez mi? Bir kere twitter ortaya ciktiktan sonra kendi ihtimaller uzayini olusturarak, hizli bilgi akisina ve toplumsal hareketlere imkan taniyor. Burada imkan tanima (enable) ve neden olma (cause) arasindaki ayrim onemli. Isi korunumu icin evrimlesem tuylerin ucmaya imkan tanimasi gibi, arkadaslarla etkilesim icin kurulmus facebook ve twitter gibi platformlar, toplumsal hareketlere imkan taniyorlar.

Burada emerjans ve eksaptasyon kavramlarini bir satranc analojisi ile acmak istiyorum. Bilindigi uzere satrancta olasi oyunlarin sayisi evrendeki atom sayisindan daha fazla, ve bu haliyle her oyun tarihsel bir nitelik kazaniyor. Hamle secimi, bir dogal secilim mekanizmasi olarak degerlendirilebilir. Su andaki durum degerlendirilerek hamleler arasindan dogal secilim yapan bir mekanizma. Eksaptasyon ise surada devreye giriyor: Guclu bir kare kazanmak icin bir kareye yerlestirilen at, on hamle sonra vezir kazandiran bir kombinezonda islev gorebilir. 10 hamle once o at oraya vezir kazandirmak icin koyulmamisti, ama sonraki gelismeler atin bu islevi gormesine imkan tanidi.

Sonuc olarak emerjans kavrami, beraberinde bircok kavram kargasasi getirmekle beraber ust duzey fenomenleri aciklamak icin kullanilmaya devam ediyor. Ama belki de bu kavram kargasasinin sebebi, Terrence Deacon’un dedigi gibi dunyayi statik parca/butun ayrimi olarak görme konusundaki yatkinligimiz olabilir. Konu yasama ve zihine geldigi zaman, statik beyin durumlarindan ziyade dinamik sureclere vurgu yapan kelime dagarcigindan yoksunuz ne yazik ki. Yasami ve beraberinde getirdigi gorunguleri bir surec (process) olarak görmeye basladigimiz zaman belki de bu konu hakkinda daha farkli dusunmeye baslayabiliriz. Biraz Heraclitus’cu bir görus bu, ayni derede iki kere yikanilamayacagina gönderme yapiyor. Surekli bir akis, bir degisim, bir devinim mevcut. Bir girdabi meydana getiren molekuller surekli degismesine ragmen girdap formunun korunmasi, ya da bir organizmayi meydana getiren hucreler surekli ölup yeniden yapilirken organizmal formun korunmasi gibi… Konuyu cok uzatmadan noktalama vakti: Stephen Hawking’in öngörusune gore gelecek yuzyil karmasiklik (complexity) cagi olacak. Yasami, zihni ve dunyayi anlamak icin ihtiyacimiz olan, butun-parca dinamizminin ve organizma-cevre eslesmesinin girift yapisini hesaba katan ve bu iliskiler agini dogru seviyede incelemeye imkan taniyan bir paradigma degisimi gibi görunuyor.


Can