Many kinds of complex systems exhibit characteristic patterns of temporal correlations that emerge as the result of functional interactions within a structured network. One such complex system is the brain, composed of numerous neuronal units linked by synaptic connections. The activity of these neuronal units gives rise to dynamic states that are characterized by specific patterns of neuronal activation and co-activation. These patterns, called functional connectivity, are possible neural correlates of perceptual and cognitive processes. Which functional connectivity patterns arise depends (...) on the anatomical structure of the underlying network, which in turn is modified by a broad range of activity-dependent processes. Given this intricate relationship between structure and function, the question of how patterns of anatomical connectivity constrain or determine dynamical patterns is of considerable theoretical importance. The present study develops computational tools to analyze networks in terms of their structure and dynamics. We identify different classes of network, including networks that are characterized by high complexity. These highly complex networks have distinct structural characteristics such as clustered connectivity and short wiring length similar to those of large-scale networks of the cerebral cortex. (shrink)

Activity-dependent processes play an active role in shaping the structure of neuronal circuitry and therefore contribute to neural and cognitive development. Neural constructivism claims to be able to account for increases in the complexity of cognitive representations in terms of directed growth of neurons. This claim is overstated, rests on biased nterpretations of the evidence, and is based on serious misapprehensions of the nature of somatic variation and selection.

Cognition and behavior are the result of neural processes occurring at multiple levels of organization. Synthetic computational approaches are capable of bridging the gaps between multiple organizational levels and contribute to our understanding of how neural structures give rise to specific dynamical states. Such approaches are indispensable for formulating the theoretical foundations of cognitive neuroscience.

The brains of higher mammals are extraordinary integrative devices. Signals from large numbers of functionally specialized groups of neurons distributed over many brain regions are integrated to generate a coherent, multimodal scene. Signals from the environment are integrated with ongoing, patterned neural activity that provides them with a meaningful context. We review recent advances in neurophysiology and neuroimaging that are beginning to reveal the neural mechanisms of integration. In addition, we discuss concepts and measures derived from information theory that lend (...) a theoretical basis to the notion of complexity as integration of information and suggest new experimental tests of these concepts. (shrink)

The “father of skyscrapers” and “father of modernist architecture” Louis Henry Sullivan (1856–1924) wrote that “[a]ll things in nature have a shape, … a form, an outward semblance, that tells us what they are, that distinguishes them from ourselves and from each other,” adding “Form follows from function.” But structure shapes function too.The biological world offers a myriad of examples where this is apparent. One such example, perhaps not the most intuitive, is the brain: a network with a complex architecture (...) made of billions of neurons connected by trillions of synapses that shape such functions as movement, perception, imagination, volition, emotion, reasoning, and so on. Olaf Sporns’s Discovering the Human Connectome is an enthusiastic and honest journey through the forms, structures, and network architecture that can ground our understanding of how brains work, and how they produce cognition and behavior.In his previous book, Networks of the Brain, Sporns documented the encounter .. (shrink)

This book covers the overlap between informatics, computer science, philosophy of causation, and causal inference in epidemiology and population health research. Key concepts covered include how data are generated and interpreted, and how and why concepts in health informatics and the philosophy of science should be integrated in a systems-thinking approach. Furthermore, a formal epistemology for the health sciences and public health is suggested. -/- Causation in Population Health Informatics and Data Science provides a detailed guide of the latest thinking (...) on causal inference in population health informatics. It is therefore a critical resource for all informaticians and epidemiologists interested in the potential benefits of utilising a systems-based approach to causal inference in health informatics. (shrink)

Thinking about illness causation has a long and rich history in medicine. After a hiatus in the 1990s, the last one-and-a-half decades have seen a surge of publications on causality in the biomedical sciences. Interestingly, this surge is visible not only in the medical, epidemiological, bioinformatics, and public health literatures, but also among philosophical publications. In this essay, I review and discuss one most recent addition to the literature, "Causality: Philosophical Theory Meets Scientific Practice" written by philosophers Phyllis Illari and (...) Federica Russo about causality in the sciences, and particularly about the health sciences. (shrink)

Cosmological narratives like the creation story in the book of Genesis or the modern Big Bang are popularly understood to be descriptions of how the universe was created. However, cosmologies also say a great deal more. Indeed, the majority of cosmologies, ancient and modern, explore not simply how the world was made but how humans relate to their surrounding environment and the often thin line which separates humans from gods and animals. Combining approaches from classical studies, anthropology, and philosophy, this (...) book studies three competing cosmologies of the early Greek world: Hesiod's Theogony; the Orphic Derveni theogony; and Protagoras' creation myth in Plato's eponymous dialogue. Although all three cosmologies are part of a single mythic tradition and feature a number of similar events and characters, Olaf Almqvist argues they offer very different answers to an ongoing debate on what it is to be human. Engaging closely with the ontological turn in anthropology and in particular with the work of Philippe Descola, this book outlines three key sets of ontological assumptions - analogism, pantheism, and naturalism - found in early Greek literature and explores how these competing ontological assumptions result in contrasting attitudes to rituals such as prayer and sacrifice. (shrink)

Theory of illness causation is an important issue in all biomedical sciences, and solid etiological explanations are needed in order to develop therapeutic approaches in medicine and preventive interventions in public health. Until now, the literature about the theoretical underpinnings of illness causation research has been scarce and fragmented, and lacking a convenient summary. This interdisciplinary book provides a convenient and accessible distillation of the current status of research into this developing field, and adds a personal flavor to the discussion (...) by proposing the etiological stance as a comprehensive approach to identify modifiable causes of illness. (shrink)

Mit rein rationalen Mitteln können wir keine Entscheidung über die transzendenten Sätze der Religion herbeiführen; ob es außerhalb unseres physischen Universums einen Gott gibt oder ob wir nach dem Tod erlöst werden, muss rein naturwissenschaftlich offenbleiben. Daher suche ich nach Zugkräften, die im Leben des religiös Unentschiedenen einen Umschwung bewirken könnten. Wer seine Überzeugungen und Gefühle in eine harmonische Balance bringen will, ist gut beraten, mit bestimmten Erlebnissen (die wir alle kennen) nicht allzu rabiat umzuspringen. Diese Erlebnisse scheinen auf Gott (...) zu verweisen; und statt sie fortzuwischen, könnten wir versuchen auszuprobieren, was mit uns geschieht, wenn wir sie zulassen. Was das heißen kann, springt besonders deutlich bei unserem Umgang mit großer religiöser Musik ins Ohr. Während dem hartgesottenen Atheisten der Zugang zu wichtigen Schichten dieser Musik (etwa der Matthäuspassion) versperrt bleibt, könnte darin für den religiös Unentschiedenen mehr stecken, als man gemeinhin denkt. (shrink)

In vielen Debatten werden spezifische Vorstellungen über die Geschichte, Kultur oder Werteordnung ›Europas‹ für die Erklärung oder Legitimierung politischer Verhältnisse und Projekte herangezogen. Die vorliegende Studie prüft die Berechtigung solcher Konstruktionen, indem sie der Frage nachgeht, seit wann und warum überhaupt von ›Europa‹ gesprochen wird. Die Analyse der historischen Semantik des Europabegriffs muss, um identitätspolitisch motivierte Anachronismen zu vermeiden, seine materiellen, kulturellen und diskursiven Konstitutionsbedingungen einbeziehen. ›Europa‹ verliert dadurch seinen transhistorischen Charakter, den es erhält, wenn man ihm im Bestreben, es (...) als politische und kulturelle Entität auszuzeichnen und fungibel zu machen, eine mythische Geschichte und Struktur zuschreibt. Demgegenüber zeigt die kritische Analyse: Als politische und kulturelle ›Idee‹ wie als gelebte und erfahrene ›Wirklichkeit‹ gründet Europa nicht in Antike oder Mittelalter, sondern ist das Produkt der Entstehung der modernen Welt seit der frühen Neuzeit. (shrink)

In this essay, I argue that Ted Poston's theory of explanatory coherentism is well-suited as a tool for causal explanation in the health sciences, particularly in epidemiology. Coherence has not only played a role in epidemiology for more than half a century as one of Hill's viewpoints, it can also provide background theory for the development of explanatory systems by integrating epidemiologic evidence with a diversity of other error-independent data. I propose that computational formalization of Hill's viewpoints in an explanatory (...) coherentist framework would provide an excellent starting point for a formal epistemological (knowledge-theoretical) project designed to improve causal explanation in the health sciences. As an example, I briefly introduce Paul Thagard's ECHO system and offer my responses to possible objections to my proposal. (shrink)

In this article the authors focus on the emergence, or disappearance, of notions of responsibility in social dynamic processes. Hence, the starting point in this article is concrete behavior within organisational settings. This article presents a systematic overview of mechanisms related to acting upon a sense of moral responsibility. Some of these mechanisms are based on individual characteristics, others are embedded in the social context wherein responsible behaviour emerges or disappears. In this article, various mechanisms are identified and labelled in (...) order to analyse what types of processes are behind the mechanisms. In this way, the article yields important understandings for the conscious use of these mechanisms to strengthen responsible behavior within organisations. (shrink)

Microphotography was one of the earliest applications of photography in science: The first monograph on tissue organization illustrated with microphotographs was published in 1845. In the 1860s, a large number of introductions to scientific microphotography were published by anatomists. They argued that microphotography was a means of documenting the results of microscopic analysis, uncontaminated by the subjectivity of the observer. In the early decades of the 19th century, before the general acceptance of cell theory, such a technique was of special (...) importance, as no criteria were available to distinguish between important and superficial characters in the description of tissue microstructures. Microphotography was praised as the method of choice for documenting the scientific observations of microscopic material. Some of the microphotographic practices described in these early manuals, however, did not conform with the idea of a purely mechanical process of documentation. The authors of these manuals saw photography not as a technique which produced artifacts, but as a complete and reliable substitute for the original preparations. Thus, according to these authors, the artificial world of photography was seen as the actual representation of the microworld. Consequently, they tried to understand the microcosm by analyzing photographs instead of the microscopic preparation themselves. Such attitudes discredited the use of microphotography in the sciences. Consequently, the definitive breakthrough of scientific microphotography was delayed until the 1880s and was largely due to the efforts of Robert Koch, who made microphotography a central tool of bacteriology. (shrink)

Models of illness causation play a crucial role in medicine and public health. In their recent paper on this topic, Michael Kelly, Rachel Kelly, and Federica Russo state that the integration of social, biological, and behavioral causes in one and the same etiologic mechanism remains to be clarified. In particular, they think that current models of illness causation do not appreciate "the truly integrated nature of bio-social-behavioral pathogenesis". In brief, Kelly, Kelly, and Russo suggest that two levels of explanation are (...) at work in medicine and public health, biological and social; that integration is difficult because of resistance to including social determinants of disease in both the... (shrink)

Two decades after the publication of Clifford and Marcus' volume Writing Culture, this collection provides a fresh and diverse reassessment of the debates that ...

Anders als oft behauptet wird, hat Goethe in seinen optischen Experimenten sehr präzise nachgemessen. So stellt seine fünfte Tafel eine ganze experimentelle Serie geometrisch akkurat dar, und zwar in einem cartesischen Koordinaten-System, dessen Maßstab sich recht genau rekontruieren lässt. Indem Goethe seine Versuchsergebnisse idealisierte und von störenden Nebeneffekten bereinigte, folgte er einer gängigen Praxis damaliger und heutiger Naturwissenschaft. Er idealisierte anders als Newton, verstieß dadurch aber nicht gegen die Regeln der Experimentierkunst.

Analytische Sätze, die kraft Definition wahr sein sollen, schaden der Naturwissenschaft oder trivialisieren ihren Fortschritt: So lautet einer der Kritikpunkte, die Quine in seinem Feldzug gegen die Unterscheidung zwischen synthetischen und analytischen Sätzen vorgebracht hat. Sie schaden, so Quine, weil sie nicht revidiert werden dürfen und damit die Wahlfreiheit beim Theorienwandel über Gebühr einschränken. (Hätte sich z.B. Einstein vom analytischen Status der newtonischen Impulsdefinition beeindrucken lassen, so hätte er die Relativitätstheorie nicht formulieren können). Oder sie trivialisieren den Fortschritt, weil sich (...) durch Preisgabe analytischer Sätze bloß die Sprache ändert – und wie soll uns eine Änderung der Begriffe vorwärtsbringen? Um dieser Herausforderung zu begegnen, müssen wir Sprach- und Theorienwandel auseinanderdividieren. Im Falle einer wissenschaftlichen Revolution findet beides gleichzeitig statt. Trotzdem kann man die Beobachtungskonsequenzen der neuen Theorie (mithilfe des Ramsey-Satzes) mit denen der alten vergleichen; und mithilfe des Carnap-Satzes kann man den jeweiligen analytischen Anteil der beiden Theorien extrahieren. Es war Carnaps Fehler, diesen Schachzug zur Definition des Begriffs vom analytischen Satz heranzuziehen. Umgekehrt wird ein Schuh draus: Mithilfe einer holismustauglichen Definition von "analytisch" lässt sich zeigen, dass die Carnap-Sätze analytisch sind. Hier die Grundidee der fraglichen Definition: Ein Satz ist analytisch, wenn sich der empirische Gehalt keiner Gesamttheorie dadurch ändert, dass man ihr den Satz einpflanzt. (shrink)

Spätestens seit es in der Kunst außer Mode kam, das Wort Schönheit einzusetzen, begannen die Physiker, ihre Arbeitsergebnisse schön zu nennen. Sie sagen z.B.: Wenn eine Theorie schön ist, so spricht das für die Wahrheit der Theorie. Und sie streben nach schönen Experimenten. Was ist damit gemeint? Definieren lässt sich dieser Begriff genauso wenig wie für Kunstwerke. Daher erläutere ich ihn anhand optischer Experimente Newtons, Goethes und aus neuerer Zeit. Man kann z.B. zeigen, dass die Weißsynthese des Desaguliers schöner ist (...) als Newtons Weißsynthese und dass den vielfältigen Farbsynthesen des Wiener Malers und Farbexperimentators Ingo Nussbaumer noch höherer ästhetischer Wert zukommt. Aus alledem ergibt sich eine tentative Liste von Kriterien (die sich freilich nicht in einen idiotensicheren Bewertungs-Algorithmus einspeisen lassen, sondern Urteilskraft verlangen): Sauberkeit, Einfachheit, intellektuelle Klarheit und Symmetrie sind Merkmale schöner Experimente – und diese Merkmale sind z.B. auch bei der ästhetischen Beurteilung mancher (wenn auch nicht aller) Musikstücke relevant. Daher liegt es nahe zu vermuten, dass sich unsere ästhetische Urteilskraft – in so verschiedenen Bereichen wie Optik und Musik – verwandter begrifflicher Werkzeuge bedient. (shrink)

Als Goethe in seiner monumentalen Farbenlehre (1810) versuchte, Newtons Theorie des Lichts und der Farben anzugreifen, setzte er eine Methode ein, die er als Vermannigfachung der Erfahrungen bezeichnete: Er variierte verschiedene Parameter der newtonischen Experimente, um neuen Spielraum für Alternativen zur Theorie Newtons zu gewinnen. Dabei erzielte er durchaus Erfolge. U.a. entdeckte er das Komplement zum newtonischen Spektrum (das aussieht wie dessen Farbnegativ und durch Vertauschung der Rollen von Licht und Finsternis entsteht). Ingo Nussbaumer hat Goethes Methode kongenial fortgeführt. Dabei (...) hat er sechs weitere Farbspektren entdeckt. Sie entstehen, wenn man anstelle des Hell/Dunkel-Kontrasts (in Newtons und Goethes Experimenten) mit Paaren von Komplementärfarben arbeitet. Die neuen Farbspektren sehen genauso differenziert aus wie Newtons und Goethes Spektrum; doch anders als diese enthalten sie die unbunten "Farben" Schwarz und Weiss. Die vielfältigen Ordnungsbeziehungen und Symmetrien, die Ingo Nussbaumer in der Farbenwelt der insgesamt acht Spektren ausgemacht hat, verhelfen uns vielleicht zu einem tieferen Verständnis der Prinzipien menschlicher Farbwahrnehmung. Abgesehen davon haben sie einen hohen ästhetischen Reiz. Und sie regen dazu an, über kontrafaktische Verläufe der Wissenschaftsgeschichte zu spekulieren: Wie gut hätte sich Newtons Theorie des Lichts und der Farben in den Jahren nach ihrer Veröffentlichung (1672) durchsetzen können, wenn damals das newtonische Spektrum zusammen mit seinen sieben Gegenstücken bekannt geworden und daher nicht das einzige Spektrum gewesen wäre, mit dem die Theorie hätte fertigwerden müssen? (shrink)

Newton fächert einen weißen Lichtstrahl durch prismatische Brechung (Refraktion) auf und entdeckt dadurch sein Vollspektrum, das die größte Farbenvielfalt zeigt und aus Lichtstrahlen unterschiedlicher Refrangibilität besteht (1672). Laut Newtons Theorie müsste sich die Farbvielfalt seines Vollspektrums steigern lassen, wenn man den Auffangschirm immer weiter vom brechenden Prisma entfernt; denn dadurch müssten zuvor noch vermischte Lichtbündel ähnlicher Farbe schließlich doch auseinanderstreben. Diese Prognose ist empirisch falsch, wie Goethe in seiner Farbenlehre (1810) herausstreicht: Das Endspektrum enthält weniger Farben, insbesondere fehlt dort das (...) Gelb. Das ist eine Anomalie (à la Kuhn) der newtonischen Theorie. Wie lässt sich diese Anomalie erklären? Der Gelbverlust im Endspektrum muss irgendetwas mit der Licht- und Farbempfindlichkeit des menschlichen Auges zu tun haben. Aber was? Der Bezold/Brücke-Effekt bietet offenbar keine befriedigende Erklärung des Phänomens, wie ich mit Matthias Rangs experimenteller Hilfe empirisch zeige. Ein zweiter Erklärungsansatz beruft sich auf die rot/grüne spektrale Umgebung, die das Gelb offenbar in den Hintergrund treten lässt. Die Farbwahrnehmung einer farbigen Figur hat ja immer auch mit der Umgebungsfarbe zu tun, wie zum Beispiel beim Simultankontrast. Das zeigt sich im Experiment: Man kann das Gelb im Endspektrum zurückgewinnen, wenn man die anderen Farben des Spektrums abdeckt. Woran das wiederum liegt, ist bis heute ungeklärt. Es lässt sich jedenfalls nicht als Spezialfall des Simultankontrasts verstehen. (shrink)

The search for causes of perinatal brain damage needs a solid theoretical foundation. Current theory apparently does not offer a unanimously accepted view of what constitutes a cause, and how it can be identified. We discuss nine potential theoretical misconceptions: (1) too narrow a view of what is a cause (causal production vs. facilitation), (2) extrapolating from possibility to fact (potential vs. factual causation), (3) if X, then invariably Y (determinism vs. probabilism), (4) co-occurrence in individuals vs. association in populations, (...) (5) one cause is all that is needed (single cause attribution vs. multicausal constellations), (6) drawing causal inferences from very small numbers of observations (the tendency to generalize), (7) unstated causal inferences, (8) ignoring heterogeneity, and (9) failing to consider alternative explanations for what is observed. We hope that our critical discussion will contribute to fruitful research and help reduce the burden of perinatal brain damage. (shrink)

Die deutsche Beteiligung am Krieg in Afghanistan zielte erstens darauf ab, in Afghanistan für Demokratie und Menschenrechte zu sorgen; zweitens darauf, an Ort und Stelle für Sicherheit zu sorgen (ohne die kein wirtschaftlicher und gesellschaftlicher Aufbau möglich ist); und drittens darauf, unsere eigene Sicherheit (etwa vor terroristischen Angriffen) zu erhöhen. Diese Ziele sind erstrebenswert – aber es ist mehr als fraglich, ob jemals realistische Aussicht bestand, diese Ziele zu erreichen. Wir haben in Afghanistan nach der optimalen Mischung aus zivilen und (...) militärischen Maßnahmen gesucht – und haben sie nicht gefunden. War die Intervention zum Scheitern verurteilt? Nein; aber zu keinem Zeitpunkt verfügten wir über das für Erfolg erforderliche Wissen. Wir haben versucht, in ein chaotisches System einzugreifen, das sich während der Intervention immer wieder änderte. Wir haben zu langsam dazugelernt, und wir hätten auch kaum schneller lernen können, denn dieser Krieg ist Chaos, also unkontrollierbar (so wie viele andere Kriege auch). Das bedeutet, dass sich die Kriegsbefürworter und -planer maßlos überschätzt haben – technisch, militärisch, politisch, erkenntnistheoretisch und ethisch. Nicht die Pazifisten waren Traumtänzer in der Debatte über den Afghanistan-Krieg. Diese Thesen begründe ich angesichts des Stands der Dinge vom Winter 2010/1. Ich plädiere für einen sofortigen Abzug aus Afghanistan – und für noble Gesten gegenüber den Afghanen, die an unserer Seite Kopf & Kragen riskiert haben. (shrink)

It is shown that the method of operationaldefinition of theoretical terms applied inphysics may well support constructivist ideasin cognitive sciences when extended toobservational terms. This leads to unexpectedresults for the notion of reality, inductionand for the problem why mathematics is sosuccessful in physics.A theory of cognitive operators is proposedwhich are implemented somewhere in our brainand which transform certain states of oursensory apparatus into what we call perceptionsin the same sense as measurement devicestransform the interaction with the object intomeasurement results. Then, (...) perceivedregularities, as well as the laws of nature wewould derive from them can be seen asinvariants of the cognitive operators concernedand are by this human specific constructsrather than ontologically independent elements.. So, reality in so far it isrepresented by the laws of nature has no longeran independent ontological status. This isopposed to Campbell's `natural selectionepistemology'. From this it is shown that thereholds an incompleteness theorem for physicallaws similar to Gödels incompletenesstheorem for mathematical axioms, i.e., there isno definitive or object `theory of everything'.This constructivist approaches to cognitionwill allow a coherent and consistent model ofboth cognitive and organic evolution. Whereasthe classical view sees the two evolutionrather dichotomously. (shrink)

Bradford Hill (1965) highlighted nine aspects of the complex evidential situation a medical researcher faces when determining whether a causal relation exists between a disease and various conditions associated with it. These aspects are widely cited in the literature on epidemiological inference as justifying an inference to a causal claim, but the epistemological basis of the Hill aspects is not understood. We offer an explanatory coherentist interpretation, explicated by Thagard's ECHO model of explanatory coherence. The ECHO model captures the complexity (...) of epidemiological inference and provides a tractable model for inferring disease causation. We apply this model to three cases: the inference of a causal connection between the Zika virus and birth defects, the classic inference that smoking causes cancer, and John Snow’s inference about the cause of cholera. (shrink)

The intention of the article is to offer stakeholders affected by mergers a criterion from which moral arguments may be generated for the organization of each individual case. The criterion: "Any operation causing legitimate interests to suffer vital infringement should be avoided in a merger process." A vital infringement of these interests is assumed when the merger undermines unique positive opportunities or considerable impairment in the future, impossible to overcome for the person affected without an unacceptable level of difficulty. Therefore, (...) we mainly concentrate on implicit contracts – which should be based on the principle pacta sunt servanda as well. These contracts are mandatory to run an economy that produces increasingly more knowledge-based goods. (shrink)