中尺度的重要性

武夷山

复杂性研究的重镇——美国圣菲研究所的网站2023年8月4日介绍了该所研究人员参与的一项研究。

从最小的微观尺度到大的宏观尺度，许多系统的运行都可以在不同层次上加以理解。越来越多的证据表明，当试图构建本体（或曰对系统的完整理解）的时候，将微观尺度和宏观尺度两个极端联系到一起的中尺度（mesoscale）是个很好的出发点。在今年2月线上发表的Philosophy of Science（科学哲学）杂志上，美国肯塔基大学哲学系副教授Julia Bursten女士和圣菲研究所的复杂性研究博士后、亚利桑那州立大学科学史和科学哲学博士Kelle Dhein合著了一篇文章，Multiscale Modeling in Neuroethology: The Significance of the Mesoscale of a system（神经行为学的多尺度建模：系统之中尺度的重要性）。两位作者以昆虫行为的多尺度建模为例展开了论证。原文见以下链接：

https://www.cambridge.org/core/journals/philosophy-of-science/article/multiscale-modeling-in-neuroethology-the-significance-of-the-mesoscale/593383A6ADA2AFC393413B91B91D004B

   研究昆虫认知的多数研究人员都认可昆虫行为的宏观尺度和微观尺度模型，它们描述了昆虫的神经元和脑结构（微观尺度）以及昆虫的行为和飞行路径（宏观尺度）。不过，Dhein在今年早些时候发表的另一篇论文中指出，昆虫认知领域的学者几十年来对于中尺度上的昆虫行为（例如，昆虫如何将环境刺激和记忆转化为行为）却是意见纷纭。两位作者说，这种分歧“最好理解为中尺度分歧”。辩论的一方主张“认知图”模型，认为昆虫是一边探索和觅食，一边学习和储存知识的。该模型说，昆虫构建了关于所处环境的复杂表征，据以回答“我在何处”的问题，以便自如地巡航。另一方主张“工具箱”模型，认为昆虫能对一组组随独立任务而异的指令加以整理对照，从而就下一步飞往何处做出决策，无需知道自己的准确位置。

   两位作者做出的以下发现是新颖的，非同寻常的：关于多尺度系统的模型居然在微观尺度和宏观尺度两头相通，却在中尺度上发生分歧。Dhein说，“在物理学和材料科学领域，你不会碰到这样的情况：人们在微观和宏观尺度上意见一致，却在中尺度发生分歧”。“而在昆虫认知辩论中发生的正是这样的情况”。将这样的纷争视为中尺度分歧，其实就提供了一个新颖的视角，该视角有利于揭示两种学派的思想根源：一个学派是美国的实验心理学，另一个学派是德国的动物行为学。关于中尺度动力学的假定是至关重要的，因为这些假定决定着科研人员会提出什么样的跟进问题，如何开展新实验，如何解释实验结果。

   Dhein说，“在科学中有很多个决策点，有试图解答问题的很多种方式”。考虑到中尺度的重要性，考虑到不同尺度呈现出不同特征之事实，那么要想构建一个系统的本体，“中间”也许正是合适的地方。