1. Experimentation and Causal Reaso

1. Experimentation and Causal Reasoning
1.1 Mill's Methods in Experimental Biology
Causal reasoning approaches try to reconstruct and sometimes justify the rules that allow scientists to infer causal relationships from data, including experimental data. One of the oldest such attempts is due to John Stuart Mill (1996 [1843]), who presented a systematic account of causal inference that consisted of five different so-called “methods”: the Method of Agreement, the Method of Difference, the Joint Method of Agreement and of Difference, the Method of Residues, and the Method Concomitant Variation. While some of these “methods” pertain more to observation, the Method of Difference in particular is widely seen as encapsulating an important principle of scientific reasoning based on experiment. Mill himself characterized it thus: “If an instance in which the phenomenon under investigation occurs, and an instance in which it does not occur, have every circumstance in common save one, that one occurring only in the former; the circumstance in which alone the two instances differ, is the effect, or the cause, or an indispensable part of the cause, of the phenomenon” (Mill 1996 [1843], Ch. 8, §2). Thus, Mill's method of difference asks us to look at two situations: one in which the phenomenon under investigation occurs, and one in which it does not occur. If a factor can be identified that is the only other difference between the two situations, then this factor must be causally relevant.

Mill's method of difference captures an important kind of reasoning that is used frequently in biological experiments. Let's suppose we want to find out if a newly discovered compound is an antibiotic, i.e., inhibits the growth of certain bacteria. We start by dividing a bacterial cell culture into several aliquots (samples of same size derived from a homogeneous solution). Then, we add to one group of aliquots the suspected antibiotic that is dissolved in phosphate buffer (“treatment”). To the other group, we add only the phosphate buffer (“control”). Then we record bacterial growth in all the samples (e.g., by measuring the increase in optical density as the culture medium clouds up due to the bacteria). This experimental setup makes sure that the treatment and control samples differ only in the presence or absence of the antibiotic, thus ruling out that any observed difference in growth between the treatment and control aliquots is caused not by the suspected antibiotic but by the buffer solution. Let us denote the antibiotic as “A” and the growth inhibition as “W”. Biologists would thus infer from this experiment that A is an antibiotic if W is observed in the samples containing A but not in the samples not containing A.

Mill construed this “method” in terms of a principle of inductive inference that can be justified pragmatically. However, it is interesting to note that the principle can also be viewed as instantiating a form of deductive inference.

To this end, of course, the Method of Difference must be strengthened with additional premises. Here is one way how this can be done (adapted from Hofmann and Baumgartner 2011):

Kết quả (Việt) 1:

1. thí nghiệm và quan hệ nhân quả lý luận1.1 Mill phương pháp thử nghiệm sinh họcPhương pháp tiếp cận quan hệ nhân quả lý luận cố gắng để tái tạo lại và đôi khi biện minh cho các quy tắc cho phép các nhà khoa học để suy luận mối quan hệ nhân quả từ dữ liệu, bao gồm dữ liệu thực nghiệm. Một trong những lâu đời nhất nỗ lực như vậy là do John Stuart Mill (1996 [1843]), người trình bày một tài khoản có hệ thống quan hệ nhân quả suy luận bao gồm năm khác nhau cái gọi là "phương pháp": phương thức thỏa thuận, phương pháp khác nhau, phương thức thỏa thuận chung và khác biệt, phương pháp dư lượng và phương pháp đồng thời biến thể. Trong khi một số trong những phương pháp này"" liên quan nhiều hơn đến quan sát, phương pháp khác biệt đặc biệt được rộng rãi coi là đóng gói một nguyên tắc quan trọng của khoa học lý luận dựa trên thử nghiệm. Mill mình đặc trưng nó như vậy: "nếu một trường hợp trong đó xảy ra hiện tượng điều tra, và một trường hợp mà trong đó nó không xảy ra, có mỗi hoàn cảnh chung lưu, cái này xảy ra chỉ ở cũ; trường hợp trong đó một mình hai trường hợp khác nhau, là các hiệu ứng, hoặc nguyên nhân gây ra, hoặc một phần không thể thiếu trong các nguyên nhân của hiện tượng"(Mill 1996 [1843], Ch. 8, §2). Vì vậy, Mill của phương pháp của sự khác biệt yêu cầu chúng tôi để xem xét hai tình huống: một hiện tượng điều tra xảy ra, và một trong đó nó không xảy ra. Nếu một yếu tố có thể xác định đó là sự chỉ khác biệt khác giữa hai tình huống, thì yếu tố này phải có liên quan nào.Mill của phương pháp của sự khác biệt bắt một loại quan trọng của lý luận rằng được sử dụng thường xuyên trong các thí nghiệm sinh học. Chúng ta hãy giả sử chúng ta muốn tìm ra nếu một hợp chất mới được phát hiện là một kháng sinh, tức là, ức chế sự phát triển của một số vi khuẩn. Chúng tôi bắt đầu bằng cách chia một nền văn hóa tế bào vi khuẩn vào một vài aliquots (mẫu của cùng một kích thước có nguồn gốc từ một giải pháp đồng nhất). Sau đó, chúng tôi thêm vào một nhóm các aliquots kháng sinh nghi ngờ bị giải thể trong vùng đệm phosphate ("xử lý"). Nhóm khác, chúng tôi thêm chỉ phosphat đệm ("điều khiển"). Sau đó, chúng tôi ghi lại vi khuẩn phát triển trong tất cả các mẫu (ví dụ, bằng cách đo lường sự gia tăng trong các mật độ quang như những đám mây văn hóa vừa lên do các vi khuẩn). Thiết lập thử nghiệm này đảm bảo rằng các điều trị và kiểm soát các mẫu khác nhau chỉ trong sự có mặt hay vắng mặt của các kháng sinh, do đó loại trừ bất kỳ sự khác biệt quan sát trong tăng trưởng khoảng aliquots điều trị và kiểm soát được gây ra không phải bằng thuốc kháng sinh nếu có nghi ngờ, nhưng do các giải pháp đệm. Hãy cho chúng tôi biểu thị các kháng sinh như "A" và ức chế sự tăng trưởng như "W". Nhà sinh học nào do đó suy ra từ thử nghiệm này A là một kháng sinh nếu W được quan sát thấy trong các mẫu có chứa A nhưng không có trong các mẫu không chứa A.Mill hiểu "phương pháp này" về nguyên tắc suy luận quy nạp có thể được chứng minh pragmatically. Tuy nhiên, nó là thú vị để lưu ý rằng các nguyên tắc cũng có thể được xem như là instantiating một hình thức suy luận suy diễn.Cuối cùng, tất nhiên, phương pháp khác biệt phải được tăng cường với bổ sung cơ sở. Dưới đây là một trong những cách làm thế nào điều này có thể được thực hiện (chuyển từ Hofmann và Baumgartner 2011):

Kết quả (Việt) 2:

1. Thí nghiệm và quan hệ nhân quả lý luận
1.1 Phương pháp Mill trong Sinh học thực nghiệm
phương pháp nhân quả lý luận cố gắng tái tạo lại và đôi khi biện minh cho nguyên tắc cho phép các nhà khoa học để suy ra các mối quan hệ nhân quả từ dữ liệu, bao gồm cả dữ liệu thực nghiệm. Một trong những nỗ lực lâu đời nhất như vậy là do John Stuart Mill (1996 [1843]), người đã trình bày một hệ thống về suy luận nhân quả đó bao gồm năm cái gọi là "phương pháp" khác nhau: Phương pháp của Hiệp định, các phương pháp của sự khác biệt, các phần Phương pháp của Hiệp định và các khác biệt, phương pháp của Phế liệu, và phương pháp đồng thời Biến thể. Trong khi một số trong những "phương pháp" liên quan hơn để quan sát, phương pháp của sự khác biệt trong đặc biệt được nhiều người coi là đóng gói một nguyên tắc quan trọng của lý luận khoa học dựa trên thí nghiệm. Mill mình mô tả nó như sau: "Nếu một ví dụ trong đó các hiện tượng bị điều tra xảy ra, và một ví dụ trong đó nó không xảy ra, có mỗi hoàn cảnh chung tiết kiệm một, một mà chỉ xảy ra trong các cựu; các tình huống trong đó một mình hai trường hợp khác nhau, là hiệu quả, hoặc các nguyên nhân, hoặc một phần không thể thiếu trong những nguyên nhân, của hiện tượng "(Mill 1996 [1843], Ch. 8, §2). Do đó, phương pháp của sự khác biệt Mill đòi hỏi chúng ta phải nhìn vào hai tình huống: một là hiện tượng bị điều tra xảy ra, và một trong đó không xảy ra. Nếu một yếu tố có thể được xác định đó là sự khác biệt khác duy nhất giữa hai tình huống, sau đó yếu tố này phải là quan hệ nhân quả có liên quan.

Phương pháp khác biệt Mill đã lấy được một loại quan trọng của lý luận được sử dụng thường xuyên trong các thí nghiệm sinh học. Giả sử chúng ta muốn tìm hiểu xem một hợp chất mới được phát hiện là một loại kháng sinh, tức là, ức chế sự tăng trưởng của một số vi khuẩn. Chúng tôi bắt đầu bằng cách chia một nền văn hóa tế bào vi khuẩn thành nhiều phân ước (mẫu của cùng một kích thước có nguồn gốc từ một dung dịch đồng nhất). Sau đó, chúng ta thêm vào một nhóm các dung dòch kháng sinh nghi ngờ rằng được hòa tan trong đệm phosphate ( "điều trị"). Đối với nhóm khác, chúng tôi thêm chỉ bộ đệm phosphate ( "điều khiển"). Sau đó, chúng tôi ghi lại vi khuẩn phát triển trong tất cả các mẫu (ví dụ, bằng cách đo sự gia tăng mật độ quang học như những đám mây môi trường nuôi cấy lên do các vi khuẩn). Thiết lập thí nghiệm này để chắc chắn rằng các mẫu điều trị và kiểm soát chỉ khác nhau về sự hiện diện hay vắng mặt của các kháng sinh, do đó làm ra rằng bất kỳ sự khác biệt quan sát được trong tăng trưởng giữa các phân ước điều trị và kiểm soát được gây ra chứ không phải do các giải pháp nghi ngờ kháng sinh mà bởi bộ đệm. Chúng ta hãy biểu các kháng sinh như "A" và sự ức chế tăng trưởng là "W". Các nhà sinh học do đó sẽ suy ra từ thí nghiệm này rằng A là một loại kháng sinh nếu W được quan sát thấy trong các mẫu có chứa A nhưng không phải trong các mẫu không chứa A.

Mill hiểu "phương pháp" này trong điều khoản của một nguyên tắc suy luận quy nạp có thể được biện minh một cách thực dụng. Tuy nhiên, nó là thú vị để lưu ý rằng nguyên tắc cũng có thể được xem như là instantiating một hình thức suy luận suy diễn.

Để kết thúc này, tất nhiên, các phương pháp của sự khác biệt phải được tăng cường với các cơ sở bổ sung. Dưới đây là một cách làm thế nào điều này có thể được thực hiện (chuyển thể từ Hofmann và Baumgartner 2011):