Томас С. Рей: Эволюция, тропикалық биология және сананы зерттеуші ғалым

Кіріспе

Америкалық эволюциялық биолог, эколог Томас С. Рей тропикалық биология, цифрлық эволюция және адам миы саласындағы зерттеулерімен белгілі.

Ерте өмір және білім

Рей Флорида мемлекеттік университетінде биология және химия бакалаврлік дипломын алды. Содан кейін ол Гарвард университетіне оқуға түсіп, биологиядан магистр және доктор ғылымдарының дәрежесін алды, өсімдіктердің мінез-құлқы саласында маманданған.

Тропикалық биология

1974 жылдан 1989 жылға дейін Рей тропикалық биолог ретінде жұмыс істеді, жаңбырлы ормандарда мекендейтін әртүрлі организмдердің эволюциясын, экологиясын және табиғи тарихын зерттеді. Оның зерттеулері негізінен Арасея тұқымдасына жататын жүзімдердің азық іздеу әрекеттеріне бағытталған, бірақ құмырсқалар, көбелектер және қоңыздар туралы зерттеулер де қамтылған. Рей өзінің далалық жұмыстарының көп бөлігін Коста-Рикада жүргізді, онда ол солтүстік жазық жаңбырлы ормандарда Финка Эль Бежуко биологиялық станциясын құрды. Ол бұл станцияның иесі және операторы болып табылады және Коста-Рикадағы жаңбырлы ормандарды сақтау ісіне белсенді қатысады.

Жасанды өмір және цифрлық эволюция

1990 жылы Рей өзінің назарын жасанды өмірге бұрды, цифрлық есептеулерде табиғи іріктеу арқылы эволюцияның қылықтарын зерттеді. Бұл жұмыс Tierra жүйесін құрумен басталды, онда өзін-өзі көбейтуге қабілетті машиналық код бағдарламалары табиғи іріктеу арқылы эволюциялайды. Оның осы саладағы еңбегі көптеген БАҚ назарын тартып, кеңінен жарияланды. 2000 жылы ол Карл Симс жасаған Эволюцияланған виртуалды жаратылыстар тұжырымдамасын пайдаланып, «Виртуалды өмір» деп аталатын жаңа жүйені іске қосты. 2003 жылы Рей Иван Таневпен бірлесіп «Виртуалды өмір» жобасын одан әрі жетілдіру үшін жұмыстасты.

Адамның миының құрылымы

Т. С. Рейдің жүргізген зерттеулері адам ақылы, санасы және психоактивті заттардың әсері туралы білімімізге маңызды үлес қосты. Ол адам миының «ақыл-ой мүшелерінен» тұратынын болжады, олар – белгілі бір G протеинімен жұптасқан рецепторды (GPCR) (және басқа метаботроптық рецепторларды) бетінде ұстайтын нейрондардың тобы. Бұл ақыл-ой мүшелерінің ақыл-ой қасиеттерін – қуаныш, сана, ақыл-ой сияқтыларды және GPCR-мен байланысты гендер мен реттеуші элементтер арасында тікелей байланыс жасайды деп есептеледі. Маңыздысы, осы ақыл-ой мүшелерімен байланысты мұрагерлік генетикалық өзгерістер бар, олар уақыт өте келе эволюциялай алады. Рейдің психоделикалық препараттар туралы зерттеулері осы теорияны одан әрі дамытты. Оның зерттеулерінде осы заттардың әртүрлі әсерлері олардың әртүрлі ақыл-ой мүшелерімен өзара әрекеттесуіне байланысты екендігі айтылады. Бұл өзара әрекеттесулердің кеңдігі айтарлықтай, психоактивті заттар рецепторлардың кең ауқымында белсенділік көрсетеді. Бұл өзара әрекеттесу үлгісі осы препараттардың әсерінің әртүрлілігі олардың әртүрлі ақыл-ой мүшелерімен өзара әрекеттесуіне байланысты болуы мүмкін деген пікірді қолдайды, ондаған түрлі рецепторлардың атқаратын рөлін ерекшелейді. Бұл теория МДМА препаратының әсеріне де жаңаша көзқарас ұсынады, ол өзінің ерекше энтактогендік ақыл-ой күйімен танымал. Дәстүрлі көзқарас бойынша, МДМА-ның әсері негізінен нейротрансмиттерлердің, әсіресе серотонинің бөлінуіне байланысты. Алайда, Рей басқаша гипотеза ұсынады: МДМА-ның әсерінен туындайтын ерекше ақыл-ой күйі, белгілі бір ақыл-ой мүшелеріне сәйкес келетін имидазолин 1 (I1) және серотонин 2 (5 HT2) рецепторларының бір мезгілде тікелей белсендірілуінен туындайды. Бұл теорияға сәйкес, ақыл-ой мүшесі екі жағдай орын алса ғана санаға кіре алады: ақыл-ой мүшесі өзінің анықтамалық рецепторында тікелей белсендіріледі және 5 HT2 бір мезгілде белсендіріледі. Осы гипотезаларды тексеру үшін Рей «праймер/зонд» әдісін ұсынды. «Праймер» – белгілі бір серотонин рецепторларын таңдамалы түрде белсендіретін препарат, ал «зонд» – зерттеушілер зерттеу үшін санаға әкелуге ниеттенген ақыл-ой мүшесіне сәйкес келетін серотонин емес рецепторды белсендіретін препарат. Екі праймер мен зондты пайдалану арқылы ақыл-ой мүшесін санаға жүктеуге және осылайша оның санадағы рөлін зерттеуге болады. Жалпы алғанда, бұл зерттеулер адам ақылы, санасы және психоактивті заттардың әсерін түсіну үшін жаңаша көзқарас ұсынады, бұл ақыл-ой қасиеттері, нейрондық құрылымдар мен генетикалық компоненттер арасындағы тікелей байланысты көрсетеді.

The research conducted by T. S. Ray has substantially contributed to our understanding of the human mind, consciousness, and the effects of psychoactive substances. He has hypothesized that the human mind is composed of "mental organs," which are populations of neurons bearing a specific G protein coupled receptor (GPCR) (and other metabotropic receptors) on their surface. These mental organs are thought to provide a direct link between mental properties—such as joy, consciousness, and reason—and the genes and regulatory elements associated with GPCR. Importantly, because there is heritable genetic variation associated with these mental organs, they can evolve over time. Ray's studies on psychedelic drugs have further elaborated on this theory. His research posits that the diverse effects of these substances can be attributed to their interactions with different mental organs. The breadth of these interactions is significant, with psychoactive substances showing activity across a wide range of receptor sites. This interaction pattern supports the idea that the diversity in effects of these drugs is likely due to their diverse interactions with different mental organs, emphasizing the roles of dozens of different receptors. The theory also offers a fresh perspective on the effects of MDMA, a drug that is known for its unique entactogenic mental state. Traditional views suggest that MDMA's effects are primarily due to neurotransmitter release, especially serotonin. However, Ray proposes an alternative hypothesis: the distinctive mental state caused by MDMA arises from the simultaneous direct activation of imidazoline 1 (I1) and serotonin 2 (5 HT2) receptors, which correspond to specific mental organs. According to this theory, a mental organ can only enter consciousness if two things occur: the mental organ is directly activated at its defining receptor, and 5 HT2 is simultaneously activated. To test these hypotheses, Ray has proposed the "primer/probe" method A "primer" is a drug that selectively activates certain serotonin receptors, while a "probe" is a drug that activates a non serotonin receptor corresponding to the mental organ that researchers want to bring into consciousness for study. By using both a primer and a probe, it is possible to load a mental organ into consciousness and thus study its role in the mind. Taken together, this body of research provides an innovative framework for understanding the human mind, consciousness, and the effects of psychoactive substances, suggesting a direct linkage between mental properties, neuronal structures, and genetic components .

Mindstate Design Labs (Айлық күйі жобалау зертханалары)

Қазіргі уақытта Рэй Mindstate Design Labs компаниясының ғылыми негізін қалаушы болып табылады, оның зерттеулері психоактивті заттарды адам миының химиялық құрылымын зерттеуге арналған құрал ретінде қарастырады. Ол "ақыл-ой мүшелері" деп аталатын, бетінде белгілі бір нейротрансмиттерлерді қабылдайтын рецепторлары бар нейрондар тобының бар екенін ұсынады. Рейдің жұмысы ақыл-ой мүшелерінің әртүрлілігін пайдаланып, әртүрлі саналық күйлерді анықтау, жобалау және құруға бағытталған.

Академиялық тағайындаулар

Осы жылдар ішінде Рей бірнеше академиялық қызметтер атқарды. 1981 жылы ол Делавэр университетінің Өмір және денсаулық ғылымдары мектебінің профессорлық құрамына қосылды. 1993 жылы Делавэр университетінде компьютерлік және ақпараттық ғылымдар саласында бірлескен тағайындама алды және Санта-Фе институтының сыртқы профессоры болып тағайындалды. Сол жылы ол Жапониядағы ATR (Advanced Telecommunications Research Institute International Human Information Processing Research Labs) институтының эволюциялық жүйелер бөліміне шақырылған зерттеуші ретінде жұмысқа орналасты. 1998 жылдың тамызында Оклахома университетінде зоология (кейін биология) профессоры, сондай-ақ компьютерлік ғылым профессоры қызметіне тағайындалды.

Tierra бағдарламалық жасақтамасы

Tierra - 1990 жылдардың басында доктор Томас С. Рей жасаған компьютерлік бағдарлама. Бұл инновациялық бағдарламалық қамтамасыз ету компьютерлік бағдарламаларға уақыт (орталық процессордың (CPU) уақыты) және орын (негізгі жадқа қол жеткізу) үшін бәсекелесуге мүмкіндік берді. Tierra виртуалды машинасының ішінде бұл компьютерлік бағдарламалар өздігінен көбейіп, қайта құрастырыла алады. Tierra виртуалды машинасы C тілінде жазылған және кодты өзгертуді және қайта реттеуді жеңілдету үшін арнайы машиналық нұсқаулар жиынтығында жұмыс істейді. Бұл жиынтық көптеген нұсқаулар жиынтықтарына тән салыстырмалы немесе абсолютті секірулерге қарағанда, "үлгіге секіру" сияқты элементтерді қамтиды. Tierra моделі эволюциялық және экологиялық динамиканың негізгі процестерін есептеу ортасында зерттеу үшін пайдаланылды. Ол тынысы бар тепе-теңдік динамикасы, қожайын-паразит коэволюциясы және тығыздыққа тәуелді табиғи іріктеу сияқты процестерді зерттеуді жеңілдетеді. Эволюциялық есептеудің генетикалық алгоритмдер сияқты дәстүрлі модельдерінен айырмашылығы, Tierra моделінде нақты немесе экзогендік сәйкестік функциясы жоқ. Tierra-дағы сәйкестік функциясы эндогенді болып табылады, ал бағдарламаның "сәйкестігін" анықтайтын негізгі факторлар – тірі қалу және өлім, нәтижесінде табиғи іріктеудің бір мысалы пайда болады. Рей және басқа зерттеушілердің пікірінше, бұл жағдай эволюциялық және экологиялық процестер арасындағы кері байланыс динамикасы уақыт өте келе өзгере алатын "ашық соңы" эволюцияға мүмкіндік береді. Дегенмен, бұл талап әлі толыққанды орындалмады. Басқа цифрлық эволюция жүйелері сияқты, Tierra да жаңалықтар жасау тоқтатылатын және жүйе циклға түсіп немесе "эволюциялануды" тоқтататын нүктеге жетеді. Шынайы ашық соңы эволюцияны жасанды жүйеде іске асыру мәселесі жасанды өмір саласындағы маңызды мәселе болып қана қоймай, жалғасып келе жатқан зерттеулердің нысаны да болып табылады. Зерттеушілер Марк Бедау және Норман Паккард эволюциялық жүйелерді жіктеудің статистикалық әдісін жасады. 1997 жылы олар бұл статистиканы Tierra және Avida сияқты жасанды өмір моделіне, Evita-ға қолданды. Нәтижесінде Tierra сияқты жүйелер табиғи эволюцияда дамып келе жатқан жүйелердің ашық эволюциялық белгілерін көрсетпейді деген қорытындыға келді. Сол сияқты, Рассел К. Стандиш Tierra ішіндегі "организмдердің" ақпараттық күрделілігін өлшеді және олардың эволюциясында күрделі өсуді байқамады.

Tierra is a computer program developed by Dr. Thomas S. Ray in the early 1990s. This innovative software allowed computer programs to compete for time (central processing unit (CPU) time) and space (access to main memory). Within the Tierra virtual machine, these computer programs are evolvable and capable of self replicating and recombining. The virtual machine of Tierra is written in C and operates on a custom machine instruction set designed to facilitate code changes and reordering, featuring elements such as "jump to template" as opposed to the relative or absolute jumps common to most instruction sets. The Tierra model has been utilized to explore the fundamental processes of evolutionary and ecological dynamics in a computational environment. It facilitates the investigation of processes such as the dynamics of punctuated equilibrium, host parasite co evolution, and density dependent natural selection. Unlike more conventional models of evolutionary computation, such as genetic algorithms, Tierra does not have an explicit, or exogenous, fitness function built into the model. The fitness function in Tierra is endogenous, with survival and death being the core factors determining the "fitness" of a program, resulting in an instance of natural selection. According to Ray and other researchers, this setup might allow for more "open ended" evolution, in which the feedback dynamics between evolutionary and ecological processes can change over time. However, this claim is yet to be realized. Like other digital evolution systems, Tierra eventually reaches a point where novelty ceases to be created, and the system at large either begins looping or ceases to 'evolve'. The challenge of implementing true open ended evolution in an artificial system is an ongoing question in the field of artificial life. Researchers Mark Bedau and Norman Packard developed a statistical method of classifying evolutionary systems. In 1997, they applied these statistics to Evita, an artificial life model like Tierra and Avida, concluding that Tierra like systems do not exhibit the open ended evolutionary signatures of naturally evolving systems. Similarly, Russell K. Standish measured the informational complexity of 'organisms' within Tierra and did not observe complex growth in their evolution.

Жеке өмір

Рей Оклахома штатының Норман қаласында дүниеге келген. Оның 1993 жылы туған Ариэль Айви Рей деген қызы бар.

Басылымдардың үлгісі

Қуатты, Д.Р. және Т.С. Рей. 1975 жыл. Тропикалық жүзім бұтасының (Monstera gigantea) қоныс ағашын табудағы skototropism мінез-құлқы. Ғылым, 190: 804–806. Рей, Т. С., және С. С. Эндрюс. 1980 жыл. Көбелектер-құмырсқалар: әскер құмырсқаларын қуып, олардың құмырсқа құсының қалдықтарымен қоректенетін көбелектер. Ғылым 210: 1147–1148. Рей, Т. С. 1980 жыл. Syngonium oduberi (Araceae): Коста-Риканың Оса түбегіндегі жаңа түр. Aroideana 3(4): 128–129. Рей, Т. С. 1983 жыл. Monstera tenuis. Д. Янзен [ред.], Коста-Риканың табиғи тарихы, 278–280. Чикаго университетінің баспасы. Рей, Т. С. 1985 жыл. Агриас (Nymphalidae) өсімдігінің Erythroxylum (Erythroxylaceae) түрі. J. Lep. Soc. 39(4):266–267. Рей, Т. С. 1988 жыл. Araceae тұқымдасының өсу ерекшеліктерінің әртараптануы. Amer. J. Bot. 76(Suppl.): 276. Рей, Т. С. 1990 жыл. Araceae тұқымдасының метаморфозы. Amer. J. Bot. 77(12): 1599–1609. Рей, Т. С. 1991 жыл. Цифрлық организмдердің эволюциясы және оңтайландырылуы. Billingsley K. R., E. Derohanes, H. Brown, III [ред.], Суперкомпьютердегі ғылыми жетістіктер: IBM 1990 жылғы байқау сыйлығының ең жақсы жұмыстары, Афина, GA, 30602: The Baldwin Press, The University of Georgia. Басылым күні: 1991 жылғы желтоқсан, 489–531 беттер. Рей, Т. С. 1991 жыл. Өмірді жасауға қатысты тәсіл. Langton, C., C. Taylor, J. D. Farmer, & S. Rasmussen [ред.], Жасанды өмір II, Санта-Фе институтының күрделілік ғылымдары бойынша зерттеулері, XI том, 371–408. Redwood City, CA: Addison Wesley.

Рей, Т. С. 1992 жыл. Тропикалық шөптесін альпинисттердің (Araceae) азық іздеу мінез-құлқы. Journal of Ecology 80: 189–203. Рей, Т. С. 1994 жыл. Синтетикалық биологияға қатысты эволюциялық көзқарас: Дзен және өмірді жасау өнері. Artificial Life 1(1/2): 195–226. Langton, C. G. [ред.], Жасанды өмір, шолу. MIT Press, 1995. Рей, Т. С. 1994 жыл. Эволюция, күрделілік, энтропия және жасанды шындық. Physica D 75: 239–263. Thearling, Kurt, және Thomas S. Ray. 1997 жыл. “Параллель есептеулердің эволюциясы”, Complex Systems, 10(3):229–237. (1996 жылғы маусым).

Рей, Т. С. 1998 жыл. Дифференциациялау үшін табиғи іріктеу: эволюцияның алдын ала нәтижелері. Complexity, 3(5): 25–33. John Wiley & Sons, Inc.

Рей, Т. С. 2001 жыл. Эстетикалық тұрғыдан дамыған виртуалды үй жануарлары. Leonardo 34(4): 313–316. Рей, Т. С. 2002 жыл. Курцвейлдің Тьюринг қателігі. Jay Wesley Richards [ред.], “Біз рухани машиналармыз ба? : Рей Курцвейл және күшті жасанды интеллекттің сыншылары”, George Gilder, Ray Kurzweil, William Dembski, John Searle, Michael Denton және Thomas Ray қатысуымен. Discovery Institute, Seattle. 116–127 беттер. Рей, Т. С. 2010 жыл. Психоделиктер және адам рецепторы. PLoS ONE, 2 ақпан 2010 жыл. Рей, Т. С. 2012 жыл. Ақыл-ой мүшелері және сананың пайда болуы. L. Swan [ред.], Ақыл-ойының пайда болуы, 301–326 беттер. New York / Heidelberg: Springer. Рей, Т. С. 2015 жыл. МДМА экстазын оның құрамдас психикалық мүшелерінен құру: праймер/зонд әдісін ұсыну. Medical Hypotheses / Elsevier, 87, 48–60. Рей, Т. С. 2017 жыл. Ақыл-ой мүшелері және сананың кеңдігі мен тереңдігі. Transform Press, 27 маусым 2017 жыл.