11.6.2011 von cagent.

1. Die Überlegungen vom 20.2.2011 ‘Jenseits des Wärmetods’ stehen weiter im Raum. Auf mehreren Ebenen ist seitdem viel passiert. Ein ‘track’ ist die andauernde Analyse, wie Wissen in künstlichen Systemen entstehen kann, das ‘nützlich’ ist. Ich untersuche dazu weiterhin beispielhaft und modellhaft sogenannte genetische Algorithmen (GA) und Lernende Classifier Systeme (LCS).

2. Genetische Algorithmen ‘leben davon’, dass es eine sogenannte ‘Fitness Funktion’ gibt, die die Aktionen eines genetischen Systems in einer Welt ‘kommentiert’. Ohne diese Kommentare ist ein genetisches System ‘blind’. Solange ein genetisches System ‘lebt’ kann es interessante Informationen über die umgebende Welt ansammeln (was tatsächlich noch von vielen wichtigen Details abhängt).

3. Fitness Funktionen stellen aber letztlich selbst eine bestimmte Form von Wissen dar, in dem bestimmten Eigenschaften der umgebenden Welt Wertungen zugeordnet werden, anhand denen sich ein genetisches System ‘orientieren’ kann.

4. Im Falle ‘technischer’ genetischer Systeme sind es die Ingenieure, die ihr Wissen in Fitnessfunktionen ‘verpacken’ und damit genetische Systeme ermöglichen.

5. Im Fall ‘natürlicher’ Systeme gibt es keine Ingenieure. Man muss sich fragen, wie hier eine Fitnessfunktion zustande kommt.

6. Die primäre Fitnessfunktion ist bei natürlichen Systemen das ‘Überleben’ einer Population (= das genetische System), deren Mitglieder genügend ‘Nachkommen’ erzeugen, die wiederum bestehen. Dies bedeutet, im Faktum des Überlebens einer Population (die einzelnen Mitglieder sterben, aber die Population überlebt!) manifestiert sich, dass die jeweiligen Mitglieder alle diejenigen ‘Aufgaben’, die die Welt stellt, ‘hinreichend lösen’ konnten.

7. Was so einfach klingt ‘eine Population überlebt’ stellt bei näherer Betrachtung eine gedankliche Provokation ersten Ranges dar. Wenn man voraussetzt, dass es natürliche Systeme gibt, die ‘leben können’, erscheint die Aussage ‘trivial’. Das Problem beginnt aber vorher: wie konnte es dazu kommen, dass sich komplexe natürliche Systeme bilden konnten, ohne dass es ein Team von Ingenieuren gab, die den Molekülen gesagt haben, wie sie sich ‘anordnen’ sollten (ganz abgesehen von der Frage, wie es zur Bildung jener Moleküle aus Atomen kommen konnte, die heute als grundlegend für die Bildung von natürlichen Systemen angesehen werden. Bislang gibt es dazu noch keine vollständige Antwort!).

8. Wie wir heute wissen, ist schon eine einzige Zelle von extremer Komplexität. Die Komplexität der aktiven Moleküle ist mathematisch nahezu nicht ausdrückbar. Sowohl zu ihrer Bildung wie auch zu ihrem ‘Erhalt’ benötigt es beständig Energie. Zur ‘Vererbung’ all dieser Komplexität werden Molekülstrukturen benutzt, die nicht nur ‘Inhalte’ kodieren, sondern auch ‘Prozesse’, wie diese ‘Inhalte unter ‘Verwendung’ von Molekülen ‘erzeugt werden sollen/ können. Es ist mir nicht bekannt, dass die Wissenschaft heute auch nur ansatzweise eine Vorstellung davon hat, wie es zur Ausbildung dieses komplexen Informationsweitergabelmodells kommen konnte.

9. Bekanntlich bestehen die meisten Pflanzen und Tiere heute nicht aus einer solchen komplexen Zelle, sondern aus vielen hundert Millionen, vielen hundert Milliarden Zellen, die miteinander ‘kooperieren’ und ‘kommunizieren’, ohne dass irgendein Ingenieur dafür auch nur den kleinsten Finger bewegt hat bzw. bewegt.

10. Ferner besteht das Leben auf der Erde nicht aus nur einem solchen hyperkomplexen Organismus sondern aus vielen Milliarden von ganz unterschiedlichem Zuschnitt, deren Zusammenwirken die Biosphäre ausmacht.

11. Lernende Classifier Systeme sind einfache Modelle, wie man u.a. die Reaktion eines einzelnen Systems auf die Welt modellieren kann. WENN das System etwas Bestimmtes ‘wahrnimmt’, DANN soll es in einer bestimmten Weise reagieren. Unter Zuhilfenahme einer Fitnessfunktion kann man auch dieses Wissen ‘dynamisch’ gestalten und es sich ‘verändern’ lassen entlang dem ‘Gradienten’ zum ‘Besseren’. Auch hier gilt –wie oben –, dass die Fitnessfunktion selbst eine Form von ‘Wissen’ darstellt, das letztlich die Richtung der möglichen Entwicklung festlegt. Auch hier kann man wieder die Frage stellen, wo dieses Wissen herkommt.

12. Im Fall von natürlichen Systemen wissen wir, dass diese ab einem bestimmten Punkt der Komplexität ‘intern’ Bewertungsmechanismen ausgebildet haben, die es ihnen erlauben, bis zu einem gewissen Grad auch schon in der Zeit ‘vor dem Tod’ erlebbare Situationen zu ’sortieren’ in solche, die ‘nützlich’ sind und solche, die es ‘nicht’ sind.

13. Es stellt sich die Frage, wie es möglich ist, dass natürliche Systeme ihre eigenen Strukturen in einer so markanten Weise ‘umbauen’ können, dass die schon von Anfang an komplexe Strukturen ihre Strukturen ‘weiter ausdehnen’/ ‘erweitern’, und zwar nicht ‘chaotisch’, sondern so ‘geordnet’, dass diese erweiterten Strukturen im Rahmen der gesamten Überlebensaufgabe eine ’sinnvolle Teilaufgabe’ übernehmen können.

14. An dieser Stelle auf die bekannten genetischen Mechanismen zu verweisen, würde genau an der eigentlichen Problemstellung vorbei gehen. Abgesehen davon, dass die Entstehung der genetischen Mechanismen selbst mehr oder weniger unklar ist geht es ja um die ‘mittels der genetischen Mechanismen’ transportierten Informationen über potentielle Prozesse von Wachstum und Selbstorganisation.

15. Wer jemals selbst versucht hat, künstliche formale Systeme so zu programmieren, dass diese sich in einem analogen Sinne ‘weiter entwickeln’, und zwar ’sinnvoll’, dem ist klar, dass die reale Vorgabe der natürlichen Systeme ‘ein Komplexitätsspiel spielt’, für das uns bislang brauchbare Vorstellungen fehlen.

16. (Anmerkung: die aktuell bekanntgewordene Forschungsprojekte, in denen man für viel Geld Milliarden von künstlichen Neuronen zusammenschmelzen will und dann – wie von Zauberhand — auf die Entstehung sinnvoller Strukturen hofft, erscheinen mir grotesk und lächerlich. Dass es für diese Projekte keine wirklichen Begründungen gibt, ist verständlich, machen die Projekte dadurch aber nur noch grotesker. Voodoo besitzt mehr Rationalität als diese sogenannte Forschungen.).

Geschrieben in Artificial Intelligence, Kommunikation, Kodierung, Leben, Moleküle, DNA-Molekül, Organismus, Atome, Materie, Fitnesswert, Externe Welt, Wissensaneignung, Wissen, Gehirn, Genetisches Programm, Emergenz, Genetik, Vererbung, Allgemein | Drucken | Keine Kommentare »

3.10.2010 von cagent.

In der letzten Woche hatte ich Gelegenheit, das Buch ‘Information Theory and Evolution’ von John Avery zu lesen. Eigentlich interessierte mich die Frage, ob und wie man das Verhältnis zwischen der offensichtlichen  ‘Konzentration von Energie’ im Falle biologischer Systeme mit dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik  plausibel machen kann (eine gute intuitive Formulierung des zweiten Hauptsatzes von Claudius findet sich bei  Enrico Fermi (1937, repr. 1956, S.30): ‘A transformation whose only final result is to transfer heat from a body at a given temperature to a body at a higher temperature is impossible.’). Die eigentliche Frage konnte ich für mich noch nicht befriedigend beantworten  (siehe meine kurze Buchbesprechung hier: Buchbesprechung Avery), aber das Buch war –und ist– äußerst informativ und anregend. So ergaben sich interessante Hinweise auf eine Reihe von Themen, die im Blog schon öfters angesprochen wurden (siehe auch das beigefügte Diagramm).

(1) Eine intensiv diskutierte Frage seit Jahrhunderten ist die Frage nach der Bedeutung und der Rolle des Selbstbewusstseins.

(2) Von den verschiedenen Analysestandpunkten (introspektiv (1st person), verhaltensbasiert (3rd person), physiologisch (3rd person)) aus ergeben sich unterschiedliche Zugänge.

(3) Avery zieht in seinem Buch eine lange Linie quer durch die gesamte Evolution, die zeigt, daß und und wie sich auf allen Ebenen Informationsprozesse identifizieren lassen, die strukturverändernd wirken, vom Molekül bis hin zur menschlichen Kultur.

(4) Allerdings verwendet Avery für diese verschiedenen Ausprägungen von Kommunikation kein einheitliches theoretisches Modell. Dies verwundert ein wenig, da er im Anhang B auf 2.25 Seiten die Semiotik mit Schwerpunkt Biosemiotik kurz erwähnt. Die Semiotik könnte zumindest eine Variante eines Modells anbieten, das von der ersten Zelle bis hin zu komplexen kulturellen Kommunikationsprozessen in der Lage ist, die entscheidenden Mechanismen zu beschreiben.

(5) Benutzt man das semiotische Zeichenmodell (siehe z.B. Peirce, Morris oder Saussure), dann hat man immer die drei Elemente (i) Zeichenmaterial, (ii) Bezeichnetes sowie (iii) Bedeutungsstiftende Beziehung durch einen Zeichenbenutzer. Der Zeichenbenutzer ist ein ‘System’, das bei vorhandener Bedeutungsbeziehung beim Auftreten eines Zeichenmaterials das Bezeichnete ‘generiert’; die ‘Herstellung’ einer Bedeutungsbeziehung geschieht entweder ’strukturell’ durch ‘Wachstum’ oder aber ‘adaptiv’ durch Lernen. Sofern Bedeutungsbeziehungen vorliegen sind diese mehr oder weniger ‘determiniert’.

(6)Während der ‘Entwicklungsweg’ von der Organisationsebene der Atome (die selbst komplex sind) bis hin zu den ersten Zellen im Detail noch immer vielfältigen Forschungen unterliegt ist aber so viel klar, dass die heute auf der Erde bekannten Lebensformen dort beginnen, wo die Fähigkeit zur Selbstreproduktion beginnt. Diese Struktur der Selbstreproduktion kann man als (Primäres) Semiotisches System (PSS) bezeichnen: Als Zeichenmaterial dient die mRNA; dieses wird durch einen ‘geeigneten’ Molekülkomplex (Zeichenbenutzer) anhand vorgegebener Rahmenbedingungen (Bedeutungsbeziehung) ‘übersetzt’ in andere ‘geeignete’ Molekülstrukturen (Bezeichnetes Objekt), die dann zur Bildung jener Strukturen führen, die wiederum reproduktionsfähig sind.

(7) Man könnte diese Art von Zeichenbenutzer ‘primäre’ semiotische Systeme nennen, doch ist dies ein bischen willkürlich. Denn wenn sich bei einem Vererbungsprozess zwei Molekülketten zu einem neuen Molekül verbinden, könnte man auch sagen, dass der umgebende ‘Molekülraum’ der Zeichenbenutzer ist, der bei Vorliegen gewisser Randbedingungen (Zeichenmaterial) eine vorgegebene Bedeutungsbeziehung in Form eines definierten chemischen Prozesses aktiviert, der die Randbedingungen in das durch diese Bedeutungsbeziehung definierte Bezeichnete (das neue vereinte Molekül) überführt/ übersetzt/ transformiert. Wandert man auf dem Gradienten des Organisationsniveaus immer weiter ‘nach unten’, dann kann man den Übergang von Atomen zu Molekülen ebenfalls als semiotischen Prozess modellieren. Dann wird der umgebende Raum aller Atome zum Zeichenbenutzer, dessen Bedeutungsbeziehung ansatzweise durch die sogenannten ‘Naturgesetze’ beschrieben wird. Und noch weiter ‘nach unten’ lässt sich dann auch der Übergang von den subatomaren Teilchen zu den Atomen als semiotischer Prozess modellieren: die subatomaren Teilchen bilden jenes Zeichenmaterial, das der umgebende Raum aller verfügbaren Teilchen als Zeichenbenutzer nach vorgegebenen Zuordnungen zu unterschiedlichen Atomen (das jeweils durch die Zeichenbeziehung Bezeichnete)  ‘formt’/ ‘generiert’…

(8) Diese universelle Anwendbarkeit des semiotischen Modells ist schon ein wenig verblüffend. Es fragt sich aber, ob uns dies irgendwie weiterhilft?

(9) Folgt man dem Gradienten des Organisationsniveaus ‘von unten nach oben’, dann lässt sich feststellen, dass der Zeichenbenutzer sich von einem ‘Raum von wirkenden Regeln auf der Basis seiner Bestandteile’ immer mehr hin entwickelt zu konkret fassbaren Strukturen, die sich als ‘materielle Input-Output-Systeme’ abgrenzen lassen von ihrer ‘Umgebung’; dies beinhaltet die Konkretisierung der ‘Oberfläche’ des Systems mit einer zusätzlichen Spezialisierung hin zu rein ’stützenden’, ’sensitiven’ und ‘aktiven’ Komponenten. Bei dieser zunehmenden ‘Konkretisierung’ einer Organisationsstruktur bleiben  alle anderen semiotischen Ebenen erhalten. Im Falle von Pflanzen und dann insbesondere bei den Tieren kann man dann beobachten, wie die ’strukturellen’ Zeichenbenutzer zusätzliche Teilstrukturen ausbilden (Nervensystem, explizite Signalsysteme), die die Bindung an eine biologische Struktur überschreiten und die Möglichkeit schaffen, zeichenbasierte Kommunikation auszubilden, bei denen sowohl das Zeichenmaterial wie auch das Bezeichnete bis zum gewissen Grade ‘frei wählbar’ ist und deren Bedeutungsbeziehungen weitgehend ‘frei definierbar’ sind. Vielleicht bietet sich hier an, die Unterscheidung einzuführen zwischen einer ’strukturbedingten’ Semiotik und einer ’strukturfreien’ Semiotik. Die  ‘Freiheit’ innerhalb der ’strukturfreien’ Semiotik ist natürlich nicht im absoluten Sinne zu nehmen, da die körperlichen Randbedingungen klare Grenzen setzen. Mit der Genetik und dem Aufkommen der Informationstechnologie werden diese körperbedingten Randbedingunen aber ’schwimmend’. Umgekehrt ist die ‘Bedingung’ in der ’strukturbedingten’ Semiotik nicht völlig starr, sondern –wie man am Beispiel der genetischen Vererbung sehen kann– umfasst kombinatorische Räume, deren Nutzung unterschiedliche Ergebnisse zulässt.

(10) Ein anderer Gradient neben dem Organisationsniveau ist sicher die ‘Koordinierung’. Vom subatomaren zum Atomaren, vom Atom zu Molekül, vom Molekül zu Molekülstrukturen hin zu reproduzierenden Strukturen, zu Zellen, zu Vielzellern, usw. besteht die Notwendigkeit, die ‘Bestandteile’ der jeweils größeren Einheit so zu ‘koordinieren’, dass die ‘übergeordnete’ Einheit funktional werden kann (in diesem Zusammenhang gehört vielleicht auch das Reden von der ‘Emergenz’).  Koordinierung kann aber nur funktionieren, wenn die interagierenden Bestandteile in irgendeiner Weise ‘Austauschprozesse’ organisieren können, deren unterscheidbaren Bestandteile als Zeichenmaterial funktionieren können, das mithilfe vorhandener Bedeutungsbeziehungen in entsprechende ‘intendierte’ Veränderungen (das jeweils Bezeichnete) überführt werden können. M.a.W. ‘Koordinierung’ impliziert ’semiotische’ Prozesse, die eine hinreichende ‘Kommunikation’ ermöglichen. Beliebte Beispiele solcher Kommunikation, die Koordinierung ermöglicht, stammen aus dem Bereich der Ameisen und Bienen oder aus dem Jagdverhalten von in Rudeln jagenden Raubtieren. Tatsächlich liegt solch eine Koordinierung ermöglichende Kommunikation aber als ermöglichender Faktor auf allen Organisationsebenen vor. Am komplexesten vielleicht ausgeprägt im Bereich der menschlichen Kultur, die sich seit ca. 12.000 Jahren immer rasanter entwickelt.

(11) Ein weiterer wichtiger Gradient kann die ‘Vorausberechenbarkeit (Planbarkeit)’ des ‘eigenen’ Zustands bzw. des Zustands ‘aller beteiligten Systeme’ sein: um z.B. die verfügbaren begrenzten Ressourcen ‘besser nutzen’ zu können, wäre es hilfreich, wenn man die möglichen ‘Folgezustände’ sowohl des eigenen Körpers (Müdigkeit, Hunger, Durst,….) wie auch der jeweiligen Umgebungen weitmöglichst voraus berechnen könnte. Dies setzt voraus, dass sich sowohl Körper- wie auch Umgebungszustände ‘modellhaft’ innerhalb des agierenden Systems ‘generieren’ lassen, so dass man mittels dieser ‘Modelle’ dann deren mögliches ‘Verhalten in der Zukunft’ ‘ablesen’ könnte. Je besser diese Modelle wären, um so größer der ‘Vorteil’ in der Nutzung der knappen Ressourcen.

(12) Vor dem Hintergrund der Vorausberechenbarkeit stellen Nervensysteme, die sowohl die Zustände des eigenen Körpers wie auch wichtige Aspekte der jeweiligen Umgebung ‘modellieren’ können, eine extreme Verbesserung dar. Dazu gehört auch die Art und Weise der Modelle selbst: welche Aspekte der Umgebung werden wie repräsentiert und wie sind diese Modelle geeignet, das ‘eigene’ Verhalten bzgl. des eigenen Körpers und der jeweiligen Umwelt so zu ‘leiten’, dass ‘passende’ Aktionen erfolgen können, die dem System ‘tatsächlich nützen’. Vor diesem Hintergrund ist das Phänomen des ‘Selbstbewusstseins’ möglicherweise interpretierbar als jene Modellierungsleistung des Nervensystems, die dem System ein –notgedrungen stark vereinfachendes–  ‘Modell seiner selbst’ zur Verfügung stellt. Dies ist eng verknüpft mit einem ‘Modell der Aussenwelt’ (von dem wir heute auch wissen, dass es nur Teilaspekte der messbaren Umgebung abbildet und diese z.T. stark idealisierend oder gar verzerrt). Nichtsdestotrotz bildet dieses Phänomen der systemimmanenten ‘Modellierung’ des Systems mit seiner Umgebung einen ungeheuerlichen Schritt dar. Damit können z.B. menschliche Systeme ihre Planungen durch Kommunikation in einer Weise koordinieren, die in wenigen tausend Jahren zu einer absoluten biologischen Explosion auf der Erde geführt hat, die durch die Verfügbarkeit von Computern viele körperbedingte Beschränkungen in der Modellierung weit hinter sich lassen kann. Mit der zusätzlich verfügbar werdenden Gentechnik können parallel auch die heute vorgegebenen körperlichen Begrenzungen in der Zukunft eventuell ‘weiter ausgedehnt’ werden.

(13) Das ‘Staunen’ der klassischen Philosophie über das Phänomen des Selbstbewusstseins und die Projizierung der hier vorfindlichen Objekte und Strukturen hinein in ‘metaphysische’ Modelle von Mensch, Welt und Geist müssen angesichts der sich hier neu eröffnenden Perspektiven einer weitgehenden Revision unterzogen werden. Dies läuft  nach meiner Einschätzung nicht hinaus auf eine ‘Verabschiedung’ des ‘Geistes’ sondern auf ein weit umfassenderes und radikaleres Verständnis als je zuvor. Jenseits der unseligen Trennung von ‘klassischen Geist’ und ‘klassischer Materie’ gibt es nur noch ‘Geist.Materie’ , oder wie immer man dieses vielschillernde Etwas nennen will, aus dem sich alles ‘herausentwickelt’, was wir heute kennen, einschliesslich unserer menschlichen ‘Geistigkeit’.

(14) Es gibt –wie immer– sehr viele Autoren, die man hier an den einzelnen Stellen zitieren könnte und müßte. Aber, wie schon mehrfach gesagt, es geht hier um meinen persönlichen Versuch, viele Einzelteile und Versatzstücke für mich selbst zu ‘ordnen’ um mein eigenes Denken zu ‘orientieren’, ohne dass ich irgendwie den Anspruch auf Originalität erhebe. In der Regel ist jeder Gedanke irgendwann immer schon mal von einem anderen gedacht worden. In den offiziellen Publikationen versuche ich mich denn auch an die üblichen Zitierregeln zu halten. Dies hier ist eine private ‘Spielwiese’ für Gedanken…..

Geschrieben in Kommunikation, Bedeutung, Erlebnisstruktur, Modell, Phänomene, Verstehen, Denkmaschinerie, Leben, RNA-Molekül, DNA-Molekül, Körper, Atome, Moleküle, Kodierung, Materie, Genetisches Programm, Vererbung, Gehirn, Externe Welt, Wissensaneignung, Genetik, Population, Fitnesswert, Geist, Emmanation, Emergenz, Entropie, Allgemein | Drucken | 1 Kommentar »