The aim of this research project is to use computational biology and causal inference methods to shed light on the philosophical controversy about the multilevel causal architecture of the evolution of biological systems. In particular, our efforts revolve around the derivation of downward causation as a mechanism acting in a biological system as well as its upward counterpart. We also believe that a side conclusion of this endeavor would be to assess whether there is room for an agential account of natural selection, in the sense of providing a framework to disentangle the sub-mechanisms involved in the evolution of a biological, or biologically-inspired, system. The structure of the work comprises three macro-sections, beginning with the creation of a computational model (agent-based model) of the colonic crypt, following with the standard model commonly used in population genetics to measure natural selection of allele frequencies, and Price equation formalism. The last section is about the methods of causal inference, such as directed acyclic graphs and the calculation of counterfactuals, provide the formal and rigorous structure from which we derive our conclusions about the nature of causal relationships in the evolution of a biologically inspired system. The logic behind the work structure is as follows: if the computational model is consistent with information provided by traditional experimental methods, presents convincing evolutionary features, and allows the construction of a causal model for the system dynamics, then it will be possible to outline the downward mechanism operating in the system.

L'obiettivo di questo progetto di ricerca è utilizzare la biologia computazionale e i metodi di inferenza causale per fare luce sulla controversia filosofica riguardante l'architettura causale multilivello dell'evoluzione dei sistemi biologici. In particolare, i nostri sforzi si concentrano sulla derivazione della causalità discendente (top-down) come meccanismo che agisce in un sistema biologico, così come la sua controparte ascendente (bottom-up). Crediamo anche che una conclusione secondaria di questo impegno sarebbe valutare se ci sia spazio per una spiegazione agentiva della selezione naturale, nel senso di fornire un quadro per districare i sotto-meccanismi coinvolti nell'evoluzione di un sistema biologico, o ispirato alla biologia. La struttura del lavoro comprende tre macro-sezioni, iniziando con la creazione di un modello computazionale (modello basato su agenti) della cripta colica, proseguendo con il modello standard comunemente usato in genetica delle popolazioni per misurare la selezione naturale delle frequenze alleliche e il formalismo dell'equazione di Price. L'ultima sezione riguarda i metodi di inferenza causale, come i grafici aciclici diretti e il calcolo dei controfattuali, che forniscono la struttura formale e rigorosa da cui deriviamo le nostre conclusioni sulla natura delle relazioni causali nell'evoluzione di un sistema ispirato alla biologia. La logica alla base della struttura del lavoro è la seguente: se il modello computazionale è coerente con le informazioni fornite dai metodi sperimentali tradizionali, presenta caratteristiche evolutive convincenti e consente la costruzione di un modello causale per la dinamica del sistema, allora sarà possibile delineare il meccanismo discendente operante nel sistema.

Evoluzione Biologica Simulata: Una proposta meccanicistica per la causalità verso il basso / Ledda, Marco. - (2024 Sep 12).

Evoluzione Biologica Simulata: Una proposta meccanicistica per la causalità verso il basso

LEDDA, MARCO
2024-09-12

Abstract

The aim of this research project is to use computational biology and causal inference methods to shed light on the philosophical controversy about the multilevel causal architecture of the evolution of biological systems. In particular, our efforts revolve around the derivation of downward causation as a mechanism acting in a biological system as well as its upward counterpart. We also believe that a side conclusion of this endeavor would be to assess whether there is room for an agential account of natural selection, in the sense of providing a framework to disentangle the sub-mechanisms involved in the evolution of a biological, or biologically-inspired, system. The structure of the work comprises three macro-sections, beginning with the creation of a computational model (agent-based model) of the colonic crypt, following with the standard model commonly used in population genetics to measure natural selection of allele frequencies, and Price equation formalism. The last section is about the methods of causal inference, such as directed acyclic graphs and the calculation of counterfactuals, provide the formal and rigorous structure from which we derive our conclusions about the nature of causal relationships in the evolution of a biologically inspired system. The logic behind the work structure is as follows: if the computational model is consistent with information provided by traditional experimental methods, presents convincing evolutionary features, and allows the construction of a causal model for the system dynamics, then it will be possible to outline the downward mechanism operating in the system.
12-set-2024
L'obiettivo di questo progetto di ricerca è utilizzare la biologia computazionale e i metodi di inferenza causale per fare luce sulla controversia filosofica riguardante l'architettura causale multilivello dell'evoluzione dei sistemi biologici. In particolare, i nostri sforzi si concentrano sulla derivazione della causalità discendente (top-down) come meccanismo che agisce in un sistema biologico, così come la sua controparte ascendente (bottom-up). Crediamo anche che una conclusione secondaria di questo impegno sarebbe valutare se ci sia spazio per una spiegazione agentiva della selezione naturale, nel senso di fornire un quadro per districare i sotto-meccanismi coinvolti nell'evoluzione di un sistema biologico, o ispirato alla biologia. La struttura del lavoro comprende tre macro-sezioni, iniziando con la creazione di un modello computazionale (modello basato su agenti) della cripta colica, proseguendo con il modello standard comunemente usato in genetica delle popolazioni per misurare la selezione naturale delle frequenze alleliche e il formalismo dell'equazione di Price. L'ultima sezione riguarda i metodi di inferenza causale, come i grafici aciclici diretti e il calcolo dei controfattuali, che forniscono la struttura formale e rigorosa da cui deriviamo le nostre conclusioni sulla natura delle relazioni causali nell'evoluzione di un sistema ispirato alla biologia. La logica alla base della struttura del lavoro è la seguente: se il modello computazionale è coerente con le informazioni fornite dai metodi sperimentali tradizionali, presenta caratteristiche evolutive convincenti e consente la costruzione di un modello causale per la dinamica del sistema, allora sarà possibile delineare il meccanismo discendente operante nel sistema.
Evoluzione Biologica Simulata: Una proposta meccanicistica per la causalità verso il basso / Ledda, Marco. - (2024 Sep 12).
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Utilizza questo identificativo per citare o creare un link a questo documento: https://hdl.handle.net/20.500.11769/641516
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