Kausaliteetti, kausaalinen determinismi ja syyn käsite tieteidenvälisessä kontekstissa Syiden löytäminen ja hyödyntäminen

Transkriptio

1 Helsingin yliopisto Kausaliteetti, kausaalinen determinismi ja syyn käsite tieteidenvälisessä kontekstissa Syiden löytäminen ja hyödyntäminen Lääketieteen filosofiaa syventäen. Etiologia. Samuli Salmi 11. lokakuuta 2017

2 Sisältö 1 Johdanto Kausaliteetti ja sen merkitys Tieteellisen tiedon rakentuminen Teoriat ja teoreettiset käsitteet

3 Kausaliteetin historiaa 2 Shallow men believe in luck or in circumstance. Strong men believe in cause and effect. Ralph Waldo Emerson

4 Kausaliteetin historiaa 3 Syyn ja kausaation tai kausaliteetin käsitteillä on tieteenfilosofisessa perinteessä kunnianarvoisa asema. Antiikin kreikkalaisten ajattelusta asti tieteitä koskevaan teoreettiseen keskusteluun on olennaisesti kytkeytynyt kysymys olioiden, luonnonilmiöiden ja tapahtumien välisistä syysuhteista. Vrt. esim. Aristoteleen nelijakoinen syiden luokittelu:

5 Kausaliteetin historiaa 4

6 Kausaliteetin historiaa 5 Kausaliteetin käsitteen juuret ovat kuitenkin paljon kauempana inhimillisen ajattelun historiassa ja voidaankin sanoa, että sikäli kuin tiedämme, kausaalisuus ei ollut alunperin mikään ongelma. Jumala: [... ] Etkö syönyt siitä puusta, josta minä kielsin sinua syömästä? Mies vastasi: Vaimo, jonka annoit olemaan minun kanssani, antoi minulle siitä puusta, ja minä söin. Niin Herra Jumala sanoi vaimolle: Mitäs olet tehnyt? Vaimo vastasi: Käärme petti minut, ja minä söin.

7 Kausaliteetin historiaa 6 Tarina ei kerro, miksi Aatami katsoi parhaaksi antaa vastaukseksi kausaalisen selityksen, häneltähän odotettiin vain yksinkertaista vastausta ( kyllä ). Tarinan opetus on kuitenkin selvä: Kausaalinen selitys on inhimillinen keksintö.

8 Kausaliteetin historiaa 7 Luonnontapahtumat eivät kuuluneet kausaation piiriin, koska ne oli predeterminoitu. Tiivistäen: kausaalisten voimien välittäjät olivat muinaisessa maailmassa joko jumalia, jotka saavat asioita aikaan tiettyjä tarkoituksia varten tai ihmisiä ja eläimiä, joilla on vapaa tahto, jonka käytöstä heitä joko palkitaan tai rangaistaan. Joona vastasi: Heittäkää minut mereen, niin meri tyyntyy. Minä olen varma, että tämä hirveä myrsky on minun syytäni.

9 Kausaliteetin historiaa 8 Tämä kausaliteettikäsitys oli naiivi, mutta selvä ja ongelmaton. Kausaliteettia koskevat ongelmat juontuvat alunperin ensisijaisesti insinööritieteiden ja tekniikan kehityksestä antiikissa ja erityisesti keskiajalla.

10 Kausaliteetin historiaa 9 Kun muodostui tarve rakentaa mitä erilaisimpia koneita hyödyllisiin tarkoituksiin, jotka edellyttivät monivaiheisten järjestelmien suunnittelua, tapahtui filosofisesti jotakin merkittävää: Fysikaaliset objektit alkoivat saada kausaalista luonnetta niistä tuli syitä ja vaikutuksia.

11 Kausaliteetin historiaa 10 Aristotelinen syiden luokitus oli kuitenkin keskiajalla edelleen hyvin vaikutusvaltainen; siksi kausaalisuus palveli edelleen kahdessa roolissa: syyt olivat yhtäältä kiitoksen ja moitteen kohteina (ansioiden tai ansiottomuuden mitta) ja toisaalta fysikaalisten prosessien virran hallinnan välineitä.

12 Kausaliteetin historiaa 11 Renessanssin aikana tämä kausaliteettikäsitys joutui käsitteellisiin hankaluuksiin, joiden luonne näkyy parhaiten Recorden kirjan The Castle of Knowledge 1 kansilehden kuvasta. [Sattuman merkityksen muuntuminen: Inhimillinen tieto on erehtyväistä.] 1 Robert Recorde (n ) oli Walesilainen lääkäri ja matemaatikko. Hän keksi yhtäsuuruusmerkin (=) ja esitteli jo aiemmin keksityn "plusmerkin"(+) englanninkielisille lukijoille vuonna Ko. kirja käsitteli pääosin ptolemaiolaista astronomiaa, mutta mainitsi ohimennen myös kopernikaanisen järjestelmän.

13 Kausaliteetin historiaa 12 Galileo Galilei on ratkaiseva hahmo kausaliteetin käsitteen kehityshistoriassa. Kaikessa hiljaisuudessa hän junailee yhden historian syvällisimmistä tieteellisistä vallankumouksista. Tämä vallankumous, jonka keskeiset periaatteet esitellään teoksessa Discorsi 2 (1638), pohjautuu kahteen maksiimiin: 2 Discorsi e Dimostrazioni Matematiche, intorno a due nuove scienze.

14 Kausaliteetin historiaa 13 Yksi: ensin kuvaus, sitten selitys so. kysymys kuinka edeltää kysymystä miksi

15 Kausaliteetin historiaa 13 Yksi: ensin kuvaus, sitten selitys so. kysymys kuinka edeltää kysymystä miksi Kaksi: kuvaus suoritetaan matematiikan kielellä; so. yhtälöillä

16 Kausaliteetin historiaa 14 Kysy, kuinka hyvin pystyt ennustamaan sen ajan, joka kappaleelta kuluu tietyn etäisyyden kulkemiseen, ja kuinka tämä aika vaihtelee kappaleesta toiseen ja kun kappaleen radan lähtökulma vaihtelee. y t 2 x t y x 2

17 Kausaliteetin historiaa 15 Miksi luonto suostuisi puhumaan algebran kieltä?(näin kuitenkin näytti olevan... ) Kokeiden tulosten ennustamista tärkeämpää oli silti toinen algebrallisen kalkyylin ominaisuus: Algebran laskusäännöt tekivät insinööreille ensimmäisen kerran historiassa mahdolliseksi esittää miten -kysymyksiä entä jos -kysymysten lisäksi. [ Minkä muotoiseksi palkki täytyy muotoilla, jotta se kestäisi rasituksen? ]

18 Kausaliteetin historiaa 16 Galileisen vallankumouksen jälkeen fysiikkaan alkoi tulvia empiirisiä lakeja, jotka osoittautuivat erittäin käyttökelpoisiksi. Snellin laki, Hooken laki, Ohmin laki ja Joulen laki ovat kaikki esimerkkejä puhtaasti empiirisistä yleistyksistä, jotka löydettiin ja joita käytettiin kauan ennen niiden selittämistä perustavampien lakien avulla.

19 Kausaliteetin historiaa 17 Galilein ensimmäisestä maksiimista seuraa kuitenkin vakavia filosofisia ongelmia, mikäli se otetaan äärimmäisen vakavasti: David Hume vei tämän maksiimin äärimmäisyyksiin ja argumentoi vakuuttavasti, että miksi-kysymys ei ole ainoastaan alisteinen kuinka-kysymykselle miksi-kysymys on täysin tarpeeton, koska se sisältyy kokonaisuudessaan kuinka-kysymykseen.

20 Kausaliteetin historiaa 18 Kausaaliyhteydet ovat Humen mukaan aistihavaintojen tulosta. Kausaatio on opittu ajattelutapa, puhtaasti psykologinen ilmiö miltei yhtä epätodellinen kuin optinen illuusio ja yhtä ohimenevä kuin Pavlovin ehdollistettu oppiminen.

21 Kausaliteetin historiaa 19 Mitkä kokemuksen säännönmukaisuudet (toistokuviot) oikeuttavat sanomaan jotakin yhteyttä kausaaliseksi? Tämä on kausaation epistemologian keskeinen ongelma.

22 Kausaliteetin historiaa 20 Mitkä kokemuksen säännönmukaisuudet (toistokuviot) saavat ihmiset vakuuttuneiksi siitä, että yhteys on kausaalinen? Tämä on kausaation pragmatiikan keskeinen ongelma.

23 Kausaliteetin historiaa 21 Mikäli kausaalisella informaatiolla on empiiristä merkitystä pelkän ilmiöiden säännönmukaisen seurannon lisäksi, tämän pitäisi näkyä fysiikan lakien muodosta.

24 Kausaliteetin historiaa 22 Mikäli kausaalisella informaatiolla on empiiristä merkitystä pelkän ilmiöiden säännönmukaisen seurannon lisäksi, tämän pitäisi näkyä fysiikan lakien muodosta. Mutta näin ei ole!

25 Kausaliteetin historiaa 23 All philosophers imagine that causation is one of the fundamental axioms of science, yet oddly enough, in advanced sciences, the word cause never occurs... The law of causality, I believe, is a relic of bygone age, surviving, like the monarchy, only because it is erroneously supposed to do no harm. [Russell (1913)]

26 Kausaliteetin historiaa 24 Fysiikan puhdistaminen kausaliteetista? BERTRAND RUSSELL (1913): In advanced sciences the word cause never occurs. Causality is a relic of bygone age. PATRICK SUPPES (1970): Causality is commonly used by physicists. Symmetriaparadoksi: F = m d 2 r, d 2 r dt 2 dt 2 = F/m.

27 Kausaliteetin historiaa 25 Tieteenfilosofi Patrick Suppes on eri mieltä itse asiassa fyysikot käyttävät alituiseen kausaation ja kausaliteetin käsitteitä. Fyysikot eivät juuri kiinnittäneetkään huomiota Russellin paradoksaaliseen lausumaan (paitsi kvanttimekaniikan filosofiassa).

28 Kausaliteetin kuolema ja jälleensyntymä 26 Modernin tieteenfilosofian historian erityisimpänä vaiheena voidaan pitää 1920-lukua, jolloin koko syyn käsite pyrittiin eliminoimaan tieteellisestä ja tieteenfilosofisesta keskustelusta. Tähän olivat vaikuttamassa ajan kaksi suurinta intellektuaalista vallankumousta: kvanttiteoria kvanttiteorian liittyvät tulkinnalliset ongelmat mittausongelma non-lokaalisuus

29 Kausaliteetin kuolema ja jälleensyntymä 26 Modernin tieteenfilosofian historian erityisimpänä vaiheena voidaan pitää 1920-lukua, jolloin koko syyn käsite pyrittiin eliminoimaan tieteellisestä ja tieteenfilosofisesta keskustelusta. Tähän olivat vaikuttamassa ajan kaksi suurinta intellektuaalista vallankumousta: kvanttiteoria kvanttiteorian liittyvät tulkinnalliset ongelmat mittausongelma non-lokaalisuus looginen positivismi kysymys filosofian tieteellisyydestä (Wienin piiri) fysiikan, logiikan ja matematiikan valtava kehitys 1900-luvun vaihteessa

30 Kausaliteetin kuolema ja jälleensyntymä 27 Jännite kausaalisen sanaston edustaman metafyysisen näkökannan ja fysiikan yhtälöihin sisäänrakennetun instrumentalistisen näkökannan välillä ei fysiikan piirissä johtanut kausaliteetin käsitteen uudelleenarviointiin. Ratkaiseva askel otettiin tilastotieteessä.

31 Kausaliteetin kuolema ja jälleensyntymä 28 Vuonna 1888 Francis Galton teki antropometrisiä kokeita mittaamalla koehenkilöiden käsivarren pituuden sekä näiden pään ympärysmitan ja kysyi, missä määrin toinen näistä suureista ennusti toisen suureen arvoa.

32 Kausaliteetin kuolema ja jälleensyntymä 29 Hän teki seuraavan havainnon: jos piirretään suureesta kuvaaja toisen suureen funktiona ja skaalataan molempien akselien mitta-asteikot sopivasti, niin parhaiten sovitetun suoran kulmakertoimella on joitakin mukavia matemaattisia ominaisuuksia. Kulmakerroin on 1 vain silloin, kun toinen suure ennustaa toisen suureen arvon eksaktisti; se on 0, kun ennuste ei ole parempi kuin satunnainen arvaus, ja mikä hämmästyttävintä, kulmakerroin on sama, piirrettiinpä X:n kuvaaja Y :n funktiona tai Y :n kuvaaja X:n funktiona.

33 Kausaliteetin kuolema ja jälleensyntymä 30 Galtonin keksintö huikaisi hänen oppilastaan Karl Pearsonia, jota pidetään nykyään yhtenä modernin tilastotieteen perustajista.

34 Kausaliteetin kuolema ja jälleensyntymä 31 I interpreted... Galton to mean that there was a category broader than causation, namely correlation, of which causation was only the limit, and that this new conception of correlation brought psychology, anthropology, medicine and sociology in large parts into the field of mathematical treatment.

35 Kausaliteetin kuolema ja jälleensyntymä 32 Mitä Pearson ehdottaa arkaaisten syyn ja seurauksen kategorioiden korvikkeeksi?

36 Kausaliteetin kuolema ja jälleensyntymä 33 Mitä Pearson ehdottaa arkaaisten syyn ja seurauksen kategorioiden korvikkeeksi? KONTINGENSSITAULUA! Once the reader realizes the nature of such a table, he will have grasped the essence of the concept of association between cause and effect. Karl Pearson

37 Kausaliteetin kuolema ja jälleensyntymä 34 Pearsonia seuraten valtaosa tilastotieteen merkittävimmistä tutkijoista jätti kausaliteetin ongelman syrjään epätieteellisenä [sic!] ja keskittyi muihin kysymyksiin. Kausaliteetin ongelmasta kiinnostuivat vakavasti pitkän hiljaiselon jälkeen tekoälyn tutkijat 1980-luvulla. Yksi merkittävä tekijä kausaliteetin ongelman vieroksumisessa liittyy tieteelliseen kielenkäyttöön:

38 Kausaliteetin kuolema ja jälleensyntymä 35 mikäli meiltä puuttuu kieli, jossa ilmaista jokin tietty käsite eksplisiittisesti, emme voi odottaa suurta tieteellistä toimeliaisuutta tämän käsitteen ympärillä. 3 3 Kyseessä on siis hyvin konkreettisessa mielessä eksplikaation ongelma.

39 Kausaliteetin kuolema ja jälleensyntymä 36 mikäli meiltä puuttuu kieli, jossa ilmaista jokin tietty käsite eksplisiittisesti, emme voi odottaa suurta tieteellistä toimeliaisuutta tämän käsitteen ympärillä. 4 Käytännön diagnostiikassa kuitenkin nojaudutaan käsitteistöön, jossa taudin aiheuttajan tai syyn selvittäminen on yksi keskeisimmistä päämääristä. Minkälainen syyn käsite on tässä soveltuva vai onko sovellettavia syyn käsitteitä useita? 4 Kyseessä on siis hyvin konkreettisessa mielessä eksplikaation ongelma.

40 Välipähkinä Rintakipupotilaan oireeet ja erotusdiagnostiikka 37 Pohdintatehtävä Oletetaan, että päivystyspoliklinikalle saapuu 60-vuotias mies, jonka oireina ovat rintakipu ja/tai hengenahdistus. Pohtikaa pareittain potilaan rintakipu-/ hengenahdistusoireiden mahdollisia syitä ja niiden lajeja. Kuinka luokittelisitte eri syitä? Onko syiden etsiminen aina mielekästä?

41 Välipähkinä Rintakipupotilaan oireeet ja erotusdiagnostiikka 38 Mahdollisia syitä ( Worsts First ) Kardiovaskulaariset Akuutti koronaarisyndrooma Aortan aneurysma Perikardiitti Vaikea aorttastenoosi Myokardiitti Pleuropulmonaariset Akuutti keuhkoembolia Pneumoniitti Paineilmarinta Gastrointestinaaliset Rupturoitunut ruokatorvi jne.

42 Etiologian ala 39 Etiologia Etiologialla tarkoitetaan sen selvittämistä, miten kliiniset oireet/tapahtumat liittyvät muihin tapahtumiin. Jotta voidaan identifioida kausaalisesti toisiinsa liittyvien tapahtumien joukko, on määriteltävä, mitä kausaalinen assosiaatio tarkoittaa. (Tämä ei ole yksinkertainen tehtävä.)

43 Etiologian ala 40 Etiologia Etiologisen selvityksen joka koskee kliinistä tapahtumaa E esimerkiksi sydäninfarkti päämääränä on niiden kausaalisten rakenteiden identifiointi, joissa E esiintyy vaikutuksena. Lääketieteessä mielekäs syyn käsite on kolmipaikkainen relaatio aiheuttaa(a, B, X).

44 Kausaliteetti modernista näkökulmasta 41 Kantin ja Humen vaikutuksesta historiallisesti suuntautuneilla tieteenfilosofeilla on ollut taipumus pitää kausaliteettia monoliittisena käsitteenä. Tämä on kuitenkin virhe. Ongelmana ei ole se, että ei ole olemassa kausaalisia lakeja; maailma on niitä pullollaan. Ongelmana on pikemminkin se, että näillä kausaalisilla laeilla ei ole mitään yhtä erityistä piirrettä, joka olisi yhteinen niille kaikille, so. jotakin, joka tekee niistä kausaalisia lakeja. Tiivistäen:

45 Kausaliteetti modernista näkökulmasta 42 Kantin ja Humen vaikutuksesta historiallisesti suuntautuneilla tieteenfilosofeilla on ollut taipumus pitää kausaliteettia monoliittisena käsitteenä. Tämä on kuitenkin virhe. Ongelmana ei ole se, että ei ole olemassa kausaalisia lakeja; maailma on niitä pullollaan. Ongelmana on pikemminkin se, että näillä kausaalisilla laeilla ei ole mitään yhtä erityistä piirrettä, joka olisi yhteinen niille kaikille, so. jotakin, joka tekee niistä kausaalisia lakeja. Tiivistäen: On olemassa joukko erilaisia kausaalisia lakeja, jotka toimivat monilla eri tavoilla erilaisissa konteksteissa, ja joista voimmme esittää monia erilaisia kausaalisia kysymyksiä.

46 Kausaliteetti modernista näkökulmasta 42 Kantin ja Humen vaikutuksesta historiallisesti suuntautuneilla tieteenfilosofeilla on ollut taipumus pitää kausaliteettia monoliittisena käsitteenä. Tämä on kuitenkin virhe. Ongelmana ei ole se, että ei ole olemassa kausaalisia lakeja; maailma on niitä pullollaan. Ongelmana on pikemminkin se, että näillä kausaalisilla laeilla ei ole mitään yhtä erityistä piirrettä, joka olisi yhteinen niille kaikille, so. jotakin, joka tekee niistä kausaalisia lakeja. Tiivistäen: On olemassa joukko erilaisia kausaalisia lakeja, jotka toimivat monilla eri tavoilla erilaisissa konteksteissa, ja joista voimmme esittää monia erilaisia kausaalisia kysymyksiä. Jokaisella näistä voi olla oma luonteenomainen piirteensä, joka identifioi ko. lain, mutta laeilla ei ole mitään yhteisiä mielenkiintoisia piirteitä. [Nancy Cartwright]

47 Kausaliteetti modernista näkökulmasta Kausaliteettiteoriat 43 Kausaalinen struktuuri (Esimerkki formaalista määritelmästä) Jos Ω, E, p, T, A t1, B t2, X on potentiaalinen kausaalinen struktuuri, niin se on (aito) kausaalinen struktuuri jos ja vain jos ei ole (mahdollista löytää) sellaista t T eikä sellaista X : n ositusta π t E, että jokaiselle tapahtumalle C t π t on voimassa: 1. t < t 1 2. p(b t2 X A t1 C t ) = p(b t2 X C t )

48 Kausaliteetti modernista näkökulmasta Kausaliteettiteoriat 44 Kausaliteettiteorioita : probabilistisen kausaliteetin teoria (Patrick Suppes) ja sen perilliset Bayes-verkkoteoriat (Wolfgang Spohn, Judea Pearl, Clark Glymour) Granger-kausaliteetti (taloustieteilijä Clive Granger)

49 Kausaliteetti modernista näkökulmasta Kausaliteettiteoriat 44 Kausaliteettiteorioita : probabilistisen kausaliteetin teoria (Patrick Suppes) ja sen perilliset Bayes-verkkoteoriat (Wolfgang Spohn, Judea Pearl, Clark Glymour) Granger-kausaliteetti (taloustieteilijä Clive Granger) modulaariset teoriat (Pearl, James Woodward, taloustieteilijä Stephen LeRoy)

50 Kausaliteetti modernista näkökulmasta Kausaliteettiteoriat 44 Kausaliteettiteorioita : probabilistisen kausaliteetin teoria (Patrick Suppes) ja sen perilliset Bayes-verkkoteoriat (Wolfgang Spohn, Judea Pearl, Clark Glymour) Granger-kausaliteetti (taloustieteilijä Clive Granger) modulaariset teoriat (Pearl, James Woodward, taloustieteilijä Stephen LeRoy) manipulatiiviset teoriat (Peter Menzies, Huw Price)

51 Kausaliteetti modernista näkökulmasta Kausaliteettiteoriat 44 Kausaliteettiteorioita : probabilistisen kausaliteetin teoria (Patrick Suppes) ja sen perilliset Bayes-verkkoteoriat (Wolfgang Spohn, Judea Pearl, Clark Glymour) Granger-kausaliteetti (taloustieteilijä Clive Granger) modulaariset teoriat (Pearl, James Woodward, taloustieteilijä Stephen LeRoy) manipulatiiviset teoriat (Peter Menzies, Huw Price) invarianssiteoriat (Woodward, taloustieteilijä Kevin Hoover, taloustieteilijä David Hendry)

52 Kausaliteetti modernista näkökulmasta Kausaliteettiteoriat 44 Kausaliteettiteorioita : probabilistisen kausaliteetin teoria (Patrick Suppes) ja sen perilliset Bayes-verkkoteoriat (Wolfgang Spohn, Judea Pearl, Clark Glymour) Granger-kausaliteetti (taloustieteilijä Clive Granger) modulaariset teoriat (Pearl, James Woodward, taloustieteilijä Stephen LeRoy) manipulatiiviset teoriat (Peter Menzies, Huw Price) invarianssiteoriat (Woodward, taloustieteilijä Kevin Hoover, taloustieteilijä David Hendry) luonnolliset eksperimentit (Herbert Simon)

53 Kausaliteetti modernista näkökulmasta Kausaliteettiteoriat 44 Kausaliteettiteorioita : probabilistisen kausaliteetin teoria (Patrick Suppes) ja sen perilliset Bayes-verkkoteoriat (Wolfgang Spohn, Judea Pearl, Clark Glymour) Granger-kausaliteetti (taloustieteilijä Clive Granger) modulaariset teoriat (Pearl, James Woodward, taloustieteilijä Stephen LeRoy) manipulatiiviset teoriat (Peter Menzies, Huw Price) invarianssiteoriat (Woodward, taloustieteilijä Kevin Hoover, taloustieteilijä David Hendry) luonnolliset eksperimentit (Herbert Simon) kausaaliprosessiteoriat (Wesley Salmon, Philip Dowe)

54 Kausaliteetti modernista näkökulmasta Kausaliteettiteoriat 44 Kausaliteettiteorioita : probabilistisen kausaliteetin teoria (Patrick Suppes) ja sen perilliset Bayes-verkkoteoriat (Wolfgang Spohn, Judea Pearl, Clark Glymour) Granger-kausaliteetti (taloustieteilijä Clive Granger) modulaariset teoriat (Pearl, James Woodward, taloustieteilijä Stephen LeRoy) manipulatiiviset teoriat (Peter Menzies, Huw Price) invarianssiteoriat (Woodward, taloustieteilijä Kevin Hoover, taloustieteilijä David Hendry) luonnolliset eksperimentit (Herbert Simon) kausaaliprosessiteoriat (Wesley Salmon, Philip Dowe) tehokkuuteen pohjaavat teoriat (Kevin Hoover)

55 Kausaliteetti modernista näkökulmasta Kausaliteettiteoriat 44 Kausaliteettiteorioita : probabilistisen kausaliteetin teoria (Patrick Suppes) ja sen perilliset Bayes-verkkoteoriat (Wolfgang Spohn, Judea Pearl, Clark Glymour) Granger-kausaliteetti (taloustieteilijä Clive Granger) modulaariset teoriat (Pearl, James Woodward, taloustieteilijä Stephen LeRoy) manipulatiiviset teoriat (Peter Menzies, Huw Price) invarianssiteoriat (Woodward, taloustieteilijä Kevin Hoover, taloustieteilijä David Hendry) luonnolliset eksperimentit (Herbert Simon) kausaaliprosessiteoriat (Wesley Salmon, Philip Dowe) tehokkuuteen pohjaavat teoriat (Kevin Hoover) kontrafaktuaaliset teoriat (David Lewis, Hendry, yhteiskuntatieteilijät Paul Holland ja Donald Rubin)

56 Kausaliteetti modernista näkökulmasta 45 Voimme (jälleen) kysyä: So what? Kyse ei ole ainoastaan filosofisen ymmärryksen saavuttamisesta kausaliteetin ongelmaan nähden (vaikka tätäkin kieltämättä tarvitaan). Tavoitteena on tarjota konkreeettisia malleja todellisten tieteellisten ongelmien ratkaisemiseksi.

57 Kausaliteetti modernista näkökulmasta Esimerkki: Bayes-verkkoteorian lähtökohta. Interventioiden algebra. 46 Kertolaskun algebra Käytettävissä: yhteenlaskun algebra a + b = c + d a + (b + c) = (a + b) + c Uusi operaatio: a b Merkitys: lisää a itseensä b kertaa. Uudet säännöt: a b = b a Analogisesti Käytettävissä: näkemisen (havaitsemisen) algebra P(x y) = P(x, y) P(y) Uusi operaatio: do(z) Merkitys: interventio (surgery) + sijoitus Uudet säännöt: P(x y, do(z)) =? a (b c) = (a b) c a (b + c) = a b + a c

58 Kausaliteetti modernista näkökulmasta 47 Judea Pearl konstruoi toimivan matemaattisen kalkyylin kausaalisten verkkojen analysointiin.

59 Tieteellisen tiedon rakentuminen Teoriat ja teoreettiset käsitteet 48 Yleisiä huomioita tieteen teoretisoitumisesta : samalla kun tieteen käytännölliset tekniset sovellukset ovat lisääntyneet, itse tieteellisen tutkimuksen tulokset on formuloitu entistä abstraktimpina, arkipäiväisen kokemuksen ylittävinä teorioina

60 Tieteellisen tiedon rakentuminen Teoriat ja teoreettiset käsitteet 48 Yleisiä huomioita tieteen teoretisoitumisesta : samalla kun tieteen käytännölliset tekniset sovellukset ovat lisääntyneet, itse tieteellisen tutkimuksen tulokset on formuloitu entistä abstraktimpina, arkipäiväisen kokemuksen ylittävinä teorioina luonnontieteelliset teoriat sisältävät paitsi monia matemaattisia idealisointeja, myös termejä ja oletuksia, jotka viittaavat havainnoilta kätkettyyn todellisuuden tasoon (alkeishiukkaset, mikromaailma; vrt. myös biologian teoriapitoiset käsitteet (DNA, RNA, geeni, jne.))

61 Tieteellisen tiedon rakentuminen Teoriat ja teoreettiset käsitteet 48 Yleisiä huomioita tieteen teoretisoitumisesta : samalla kun tieteen käytännölliset tekniset sovellukset ovat lisääntyneet, itse tieteellisen tutkimuksen tulokset on formuloitu entistä abstraktimpina, arkipäiväisen kokemuksen ylittävinä teorioina luonnontieteelliset teoriat sisältävät paitsi monia matemaattisia idealisointeja, myös termejä ja oletuksia, jotka viittaavat havainnoilta kätkettyyn todellisuuden tasoon (alkeishiukkaset, mikromaailma; vrt. myös biologian teoriapitoiset käsitteet (DNA, RNA, geeni, jne.)) tieteen päämäärien saavuttamisessa näyttää keskeinen sija olevan teorioilla, jotka tekevät mahdolliseksi toisaalta ilmiöiden selittämisen ja ymmärtämisen, ja toisaalta niiden ennustamisen ja manipuloinnin

62 Tieteellisen tiedon rakentuminen Teoriat ja teoreettiset käsitteet 49 Carl G. Hempel on kiteyttänyt tämän modernia tiedettä luonnehtivan piirteen seuraavasti: Teoriat otetaan tavallisesti käyttöön silloin, kun aikaisempi tutkimus on paljastanut jossain ilmiöluokassa joukon säännönmukaisuuksia, jotka voidaan ilmaista empiiristen lakien muodossa. Teoriat pyrkivät selittämään nämä säännönmukaisuudet ja yleensä antamaan tarkemman ymmärryksen ko. ilmiöistä. Tätä tarkoitusta varten teoria konstruoi nämä ilmiöt niiden takana tai alla olevien entiteettien ja prosessien ilmentyminä. Näiden oletetaan olevan karakterististen teoreettisten lakien tai periaatteiden hallitsemia, joiden avulla teoria selittää aikaisemmin keksityt empiiriset säännönmukaisuudet; yleensä teoria myös ennustaa uusia samantapaisia säännönmukaisuuksia. [Hempel (1966), 70]

63 Tieteellisen tiedon rakentuminen Teoriat ja teoreettiset käsitteet 50 HUOM. Tämä käsitys teorioiden rakentumisesta lakien varaan ei ole yleispätevä vaikka se ei sovellu sellaisenaan kunnolla edes teoreettiseen fysiikkaan, ajautuu se erityisiin vaikeuksiin biologian ja lääketieteen osalta.

64 Tieteellisen tiedon rakentuminen Teoriat ja teoreettiset käsitteet 51 HUOM. Tämä käsitys teorioiden rakentumisesta lakien varaan ei ole yleispätevä vaikka se ei sovellu sellaisenaan kunnolla edes teoreettiseen fysiikkaan, ajautuu se erityisiin vaikeuksiin biologian ja lääketieteen osalta. Biologisissa järjestelmissä ja erityisesti ihmisen kohdalla on aina muistettava, että tarkasteltava järjestelmä on päätynyt nykyiseen tilaansa jotakin ajallis-paikallista polkua pitkin. Tämä polku on aina kontingentti. Toisin sanoen:

65 Tieteellisen tiedon rakentuminen Teoriat ja teoreettiset käsitteet 52 HUOM. Tämä käsitys teorioiden rakentumisesta lakien varaan ei ole yleispätevä vaikka se ei sovellu sellaisenaan kunnolla edes teoreettiseen fysiikkaan, ajautuu se erityisiin vaikeuksiin biologian ja lääketieteen osalta. Biologisissa järjestelmissä ja erityisesti ihmisen kohdalla on aina muistettava, että tarkasteltava järjestelmä on päätynyt nykyiseen tilaansa jotakin ajallis-paikallista polkua pitkin. Tämä polku on aina kontingentti. Toisin sanoen: BIOLOGISILLA JÄRJESTELMILLÄ ON HISTORIA, JOTEN NIIDEN SÄÄNNÖNMUKAISUUKSIEN SELITYKSETKIN OVAT VÄISTÄMÄTTÄ HISTORIALLISIA.

66 Tieteellisen tiedon rakentuminen Lääketieteellisen tiedon erityispiirteitä 53 Lääketieteellinen tieto on harvoin formuloitu niin, että sen looginen rakenne ilmenisi selvästi propositioiden (lauseiden) muodosta. Esimerkiksi autoimmuunisairauksien tai skitsofrenian kohdalla kukaan ei tunnu tietävän, miltä näiden tauti-ilmiöiden teoriat näyttävät, tai mitkä lauseet kuuluvat tai ovat kuulumatta sellaisiin teorioihin.

67 Tieteellisen tiedon rakentuminen Lääketieteellisen tiedon erityispiirteitä 54 Syynä on se, että lääketieteen kieli lääketieteellisen tiedon ilmaisun ja muotoilun väline on vain luonnollisen kielen jonkinasteinen laajennos, ja kärsii näin samantyyppisestä epämääräisyydestä, sillä kun ei ole täsmällisesti määriteltyä syntaksia eikä semantiikkaa.

68 Tieteellisen tiedon rakentuminen Lääketieteellisen tiedon erityispiirteitä 55 Syynä on se, että lääketieteen kieli lääketieteellisen tiedon ilmaisun ja muotoilun väline on vain luonnollisen kielen jonkinasteinen laajennos, ja kärsii näin samantyyppisestä epämääräisyydestä, sillä kun ei ole täsmällisesti määriteltyä syntaksia eikä semantiikkaa. Tarkastellaan esimerkkiä:

69 Tieteellisen tiedon rakentuminen Lääketieteellisen tiedon erityispiirteitä 56 Angina pectoris johtuu tavallisesti ateroskleroottisesta sydänsairaudesta. Angina pectoris is usually due to atheroscleotic heart disease. [Tierney et al. (2004), 329] Mitä tämä lause tarkoittaa?

70 Tieteellisen tiedon rakentuminen Lääketieteellisen tiedon erityispiirteitä 57 Muodostetaan (ehdotuksenomaisesti) muutamia rekonstruktioita ko. lauseelle. Mikä seuraavista on sen piilotettu syntaktinen rakenne? a. Tavallisesti angina pectoris ilmenee, kun potilaalla on ateroskleroottinen sydänsairaus. Nämä lienevät (suopeasti tulkittuina) lauseita, joilla on eri merkitys. Tämä nähdään suoraan, jos ko. lauseet formalisoidaan seuraavasti (α potilaalla on ateroskleroottinen sydänsairaus ; β angina pectoris ilmenee ; ja on sumea operaattori tavallisesti ):

71 Tieteellisen tiedon rakentuminen Lääketieteellisen tiedon erityispiirteitä 57 Muodostetaan (ehdotuksenomaisesti) muutamia rekonstruktioita ko. lauseelle. Mikä seuraavista on sen piilotettu syntaktinen rakenne? a. Tavallisesti angina pectoris ilmenee, kun potilaalla on ateroskleroottinen sydänsairaus. b. Tavallisesti potilaalla on ateroskleroottinen sydänsairaus, kun angina pectoris ilmenee. Nämä lienevät (suopeasti tulkittuina) lauseita, joilla on eri merkitys. Tämä nähdään suoraan, jos ko. lauseet formalisoidaan seuraavasti (α potilaalla on ateroskleroottinen sydänsairaus ; β angina pectoris ilmenee ; ja on sumea operaattori tavallisesti ):

72 Tieteellisen tiedon rakentuminen Lääketieteellisen tiedon erityispiirteitä 57 Muodostetaan (ehdotuksenomaisesti) muutamia rekonstruktioita ko. lauseelle. Mikä seuraavista on sen piilotettu syntaktinen rakenne? a. Tavallisesti angina pectoris ilmenee, kun potilaalla on ateroskleroottinen sydänsairaus. b. Tavallisesti potilaalla on ateroskleroottinen sydänsairaus, kun angina pectoris ilmenee. c. Jos potilaalla on ateroskleroottinen sydänsairaus, niin tavallisesti angina pectoris ilmenee. Nämä lienevät (suopeasti tulkittuina) lauseita, joilla on eri merkitys. Tämä nähdään suoraan, jos ko. lauseet formalisoidaan seuraavasti (α potilaalla on ateroskleroottinen sydänsairaus ; β angina pectoris ilmenee ; ja on sumea operaattori tavallisesti ):

73 Tieteellisen tiedon rakentuminen Lääketieteellisen tiedon erityispiirteitä 57 Muodostetaan (ehdotuksenomaisesti) muutamia rekonstruktioita ko. lauseelle. Mikä seuraavista on sen piilotettu syntaktinen rakenne? a. Tavallisesti angina pectoris ilmenee, kun potilaalla on ateroskleroottinen sydänsairaus. b. Tavallisesti potilaalla on ateroskleroottinen sydänsairaus, kun angina pectoris ilmenee. c. Jos potilaalla on ateroskleroottinen sydänsairaus, niin tavallisesti angina pectoris ilmenee. d. Jos angina pectoris ilmenee, niin tavallisesti potilaalla on ateroskleroottinen sydänsairaus. Nämä lienevät (suopeasti tulkittuina) lauseita, joilla on eri merkitys. Tämä nähdään suoraan, jos ko. lauseet formalisoidaan seuraavasti (α potilaalla on ateroskleroottinen sydänsairaus ; β angina pectoris ilmenee ; ja on sumea operaattori tavallisesti ):

74 Tieteellisen tiedon rakentuminen Lääketieteellisen tiedon erityispiirteitä 58 (α β) (β α) α β β α. Samanlaisia vaikeuksia ilmenee muidenkin modaliteettien ( mahdollisesti, välttämättä, todennäköisesti, tyypillisesti jne.) suhteen. Tämä esimerkki riittänee osoittamaan, että lääketieteellisen teorianmuodostuksen ja käytännön diagnostiikan täytyy nojata huolelliseen kielen analyysiin.

75 Kiitos!