[ Pauline Sargent (1996), “On the Use of Visualizations in the Practice of Science”, Philosophy of Science 63, pp. S230-S238. ]
1. Introduction
2. An Hypothesis
3. The Visualizations
4. Conclusion
1. Introduction
■ [p. S230]
- 신경과학에서 그림이나 시각화(visualization)의 중요성은 어떠한 신경과학 교과서나 학술지에서도 분명히 나타남.
- 저자의 질문: 이러한 시각화는 신경과학의 실행에서 어떻게 사용되는가?
• 신경과학을 하는 맥락에서 이러한 시각화가 표상하는 것은 무엇인가?
• 신경과학자와 그의 사례를 보는 사람에게, 특정한 이미지의 유의미한 표상적 힘은 무엇인가?
• 이러한 시각화를 사용하는 데 어떤 종류의 판단이 포함되는가?
- 이러한 질문의 결과로서 가설을 발전시킬 것.
2. An Hypothesis
■ [pp. S230-]
- 표상에 관한 질문(무엇이 무엇을 표상하는가?)는 두 가지 직교하는 차원들(two orthogonal dimentions)을 가지는 것으로 볼 수 있음.
• 수직적 차원: 다이어그램에서 “이론이 표상하는 것은 무엇인가?”
• 수평적 차원: 다이어그램에서 “시각화가 표상하는 것은 무엇인가?”
- 시각화가 표상하는 것에 따라 신경과학에서 사용되는 시각화를 분류할 수 있음.
• (A) 실제, 구체적인 것들 (범주 #1와 #2)
• (B) 신경과학자의 머릿속과 신경과학 교과서에 있는 이론적 모형들 (범주 #4)
• (C) 둘의 어떠한 통합 (범주 #3)
- 사전트의 가설은, 모형이 표상하고자 의도하는 이론적 모형과 실제 대상 사이의 “작동하는 적합도”(working fit)의 적절성을 평가하기 위해 시각화들의 수직 축(#1에서 #4로, #4에서 #1로)을 따라 일련의 전이들(transitions)에 대한 평가가 사용된다는 것.
■ [p. S231]
- 사전트가 제시하는 시각적 연쇄(visual chain)의 분석의 사례
- 제인 메인샤인(Jane Maienschein)은 에드먼드 비처 윌슨(Edmund Beecher Wilson)이 세포 발달(cell development)을 설명하며 그린 그림을 분석함.
• 메인샤인은 윌슨의 작업을 일련의 시각화라고 주장함.
• 사진에서 특정한 다이어그램적 그림들을 단순화하기 위한 향상된 사진으로의 움직임
• 이는 “자료를 표현하는 것으로부터 이론을 표상하는 것으로” 이동하는 것
- 메인샤인은 이러한 움직임(표현 -> 표상)과 윌슨이 자신의 해석에 대한 자신감이 증가한 것을 관련지음.
• 이론에 대한 모형-이론적 관점에서 보면, 이러한 진전은 (1) 윌슨의 이론적 모형과 (2) 실제 세포에서 일어나는 현상 사이의 적합도에 대한 윌슨의 자신감에서 따라나옴.
- 사전트의 비판: 메인샤인은 그림과 사진 사이의 양방향의 연속적인 전이를 보지 못함.
• 이론의 표상으로부터 데이터의 나타남의 연쇄의 역방향
- 더 좋은 과학으로 나아가는 움직임은 단순히 실제 대상(real stuff)의 “잡음”(noisiness)에서 “추상적 단순성”으로 나아가는 것 아니라, 실재의 완전성의 표현(presentation)과 좋은 이론적 모형의 표상(representation) 사이 오가며 지속적으로 나아가는 것임.
[pp. S231-S232]
- 이 논문의 가설은, 뇌의 이론적 모형의 과학적 가치를 평가하는 작업을 하는 데 시각화들이 사용되는 특수한 방식이 있다는 것
• 이러한 사용은 비-명제적이고 시각적인 평가, 그리고 다른 시각화들 사이에서의 비교를 포함함.
• 여기서 비교는 이론적 모형과 실제 대상(real thing) 사이의 비교가 아니라 실제 대상의 시각적 표상과 이론적 모형의 시각적 표상 사이 비교임.
- 신경과학에서 시각화의 사용은 실제 대상의 좋은 시각적 표상에 대한 창조, 이론적 모형의 좋은 시각적 표상에 대한 창조, 이론과 실재를 통합하는 좋은 시각적 표상에 대한 창조, 그리고 좋은 통합에 대한 시각적 평가 또는 이론과 실재 사이의 좋은 부합을 가리키는 것으로서 표상의 이러한 축을 따르는 일련의 전이에 대한 간접적이고 수직적인 노력을 포함함.
3. The Visualizations
■ [pp. SS232
- 사전트의 가설을 시험하는 첫 단계는, 뇌의 시각화에 대한 특정한 집합을 찾고, 그것을 실제 대상에서 이론적 모형까지 표상의 축을 따라, 네 범주로 분류하는 것.(다이어그램을 볼 것)
- 사전트의 예는 패트리샤 스미스 처칠랜드가 사용한 시각화 자료들 분석에서 가져옴.
■ [pp. S233-S234]
- 범주 #1: 뇌 그 자체에 대한 표현들
- 그리세머(Griesemer)는 표본(좋은 사례로써 수집된 실제 대상)은 “물질적 대상의 개입된 체계가 이론적 모형들로서 기능하는, 생물학에서의 물질적 모형 제작(material model-building)”으로 통합될 수 있다고 주장함.
- 그러나 대상 자체(예를 들어 새 표본)는 새에 대한 이론이 표상하는 것보다는 실제 새를 표상하기 위해 사용됨.
- 실제 대상에 대한 표현을 실재 그 자체와 혼동하면 안 됨.
- 사전트는, 항상 어떠한 인지적 구조를 부여함.
• 과학의 실행에서 그러한 표현의 사용은 실재를 표상하는 것임.
• 그러나 우리는 특정한 표현이 이러한 표상적 임무에 더 좋거나 나쁜지를 판단함.
• 과학적 실행에서 어떤 것이 직접적으로 관찰한 실재라고 생각하는 것은 간단하지 않음.
■ 범주 #2 [pp. S234-S235]
- 범주 #2: 사진이나 전자 현미경 이미지 같은 기술적으로 발전된 관찰 기술 의해 만들어진 이미지들
- 사례: 뇌의 시상 영역(sagittal section) 사진
• 뇌 조직은 “하얀 물질(미엘린)을 어둡게 보이게 하고 회색 부분(세포 부분)을 밝게 보이도록 염색”됨.
• 이론에서 특정하고 한정된 부분이 우리의 관찰에 의해 확인됨.
• 그러나 실행에서, 이론의 이러한 응용가능성이 우리의 관찰력만 향상시키는 것은 희망에 불과함.
• 염색이 다른 구역을 칠하거나, 중요하지 않은 구역을 중요하게 보이게 하거나, 다른 방식으로 실재를 왜곡할 수 있음.
• 그러나 이러한 가능성의 인식하는 하에서, 사진의 사용은 실제 대상을 보여주는 것임.
- 사진은 제한되어 표현된 실제 해부학적 특징들을 표상하고 이론 발전에 영감을 불어넣음.
- 사례: 전자 현미경 사진
• 이 사진도 실제 해부학적 특징을 표상하기 위해 이용되지만, 이 기술은 사진보다는 덜 직접적임.
• 일반인이 시냅스 “보기” 위해서는 매우 많은 지도과 훈련이 필요하더라도, 이미지를 사용하는 맥락에서 이미지는 실제 대상을 표상하는 것으로 이용됨.
■ [p. S235]
- 범주 #2/3: 경계선 이미지들
- 사례: 운동 뉴런의 표면의 시냅스 신경종말구(synaptic end bulbs)에 대한 그림(?)
- 이러한 것이 사진에 매우 가깝게 기반하더라도, 확실히 사진보다는 그림에 더 가까움.
• 이미지에 단어들을 배치하는것만 이론 표현에 대한 축을 따라 움직이는 것이 아님.
• 주변 조직들로부터 뉴런을 시각적으로 분리하는 것과 다양한 이름이 붙은 그림들 사이의 구분을 향상시키는 것은 그 이미지를 원래의 사진보다 그 연쇄를 따라 더 움직이게 함.
- 이러한 특징은 사전트가 만든 범주들의 경계가 모호함을 보여줌.
• 사전트의 가설에 따르면 범주들 사이의 겹침이나 섞임은 잘 확립되고 잘 작동하는 이론적 모형을 지시함.
■ [pp. S235-S236]
- 범주 #3: 범주 #1의 관찰들로부터 나온 그림이나 범주 #2의 뇌 사진으로부터의 그림
- 도식적 드로잉과 현미경, 사진 등에 기반한 도식적 드로잉.
- 이는 실제 대상의 표상과 이론의 표상이 통합된 예.
• 윌슨의 드로잉이 이를 잘 보여줌.
- 이러한 그림들은 실제 대상과 잘 정합적인 이론의 표현과 표상의 유사성에 기반하여 평가됨.
■ [pp. S236-S237
- 범주 #3/4: 경계선 이미지
- 사례: 소뇌 피질에 대한 회로 다이어그램
- 처칠랜드: “소뇌에 대한 기초 구조적 지식은 도식적인 배선 다이어그램을 구성하는 것을 가능하게 한다.”
• “소뇌 뉴런들의 ‘배선 다이어그램’은 투입과 산출 사이의 연결을 도식적인 방식으로 기술하는 데 유용하다. 그러나, 다이어그램은 도식적인 한두 개의 뉴런과 연결을 나타내는 반면, 사실은 세포 수천 개가 배열되어 있다. 즉, 네트워크의 광대한 평행적 본성은, 그래픽적 편의를 위해, 억제된다.”
- 주어진 어떠한 “그림”은 그 자체로 시각적 표상들의 연쇄 안에서 간극(gap)을 가지는 것이 아님.
- 그러나 그래픽 제약들(graphic constraints)은 실재이고, 사전트의 가설이 맞다면 과학적 판단은 새로운 종류의 시각화 도구와 가능성을 필요로 함.
■ [pp. S237-S237]
- 범주 #4: 이론적 모형의 다이어그램이나 도표적 그림
- 처칠랜드가 언급한 “뇌 기능에 대한 텐서 네트워크 이론”
• 시각화는 매우 정보적임.
• vector-to-vector transformer로서 신경망에 대한 표현
• 위에서 언급한 그림들과 달리, 실제 대상에 대한 시각화를 시도하지 않음.
• 다이어그램은 이론을 묘사하는 데만 사용됨.
• 이러한 것들의 가치는 잘 정합적인 이론적 모형들의 표현하는 것에 있음.
- 사전트 가설의 관점에서 본다면, 필요한 것은 시각적 다리의 창조임.
• 소뇌의 기능과 구조의 표상의 특정한 간극들에 다리를 놓을 시각화가 필요함.
4. Conclusion
■ [pp. S237-238]
- 사전트가 제시한 두 축을 중심으로 일어나는 시각화들(표상들) 사이의 비교가 특정한 부분의 실재를 표상하는 것으로서의 특정한 이론적 모형의 정당성을 평가하는 과정임.
- 과학적 실행은 시각적 표상과 이것이 표상하고자 하는 실재 사이의 직접적 비교들을 할 수 있는 능력에 의존하는 것이 아님.
- 시각화의 과정은 과학적 실행에 깊숙이 포함되는데, 이러한 과정에서의 유용성은 잘못 이해되고 있음.
- 이는 더 큰 맥락에서 과학에서의 실재론 문제에 함축을 가질 것임.
- 남은 질문은 어떻게 신경과학자들이 유사성을 “보기”를 배우고 시각화에서의 “시각적 전이의 연속성”을 학습했는가임.
(2021.10.25.)
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