因果推論

因果推論は因果関係、つまり原因と結果の関係を特定するプロセスです。因果関係の研究は古代哲学から現代の神経心理学にまで及びます。因果関係の性質に関する仮定は、後の出来事に先立つ以前の出来事の関数であることが示される場合があります。原因と結果に関する最初のプロト科学的研究は、アリストテレスの自然学で行われました。^[1] 因果推論は因果推論の一例です。

因果関係は力の伝達として理解される。^[2] AがBを引き起こす場合、AはBに力（または因果力）を伝達し、その結果として結果が生じる。因果関係は時間とともに変化することを示唆しており、原因と結果は時間的に関連しており、原因は結果に先行する。^[3]

因果関係は、力が存在しない場合にも推測されることがあります。これはあまり一般的ではない定義です。^[4]原因は、構造物から支持物を取り除いて崩壊を引き起こしたり、降水量が不足して植物が枯れたりするように、除去（または停止）である可能性があります。

人間は因果理解の助けを借りて、多くのトピック（例えば、社会的および反事実的状況、実験科学）について推論することができます。 ^[3]理解は原因と結果を理解する能力に依存します。人々は他人の行動の原因について推論でき（彼らの意図を理解し、適切に行動するため）、自分の行動の起こり得る結果を理解できなければなりません。反事実的議論は多くの状況で提示され、人間は「どうなっていたかもしれないか」について考えがちですが、その議論が現在の状況に関係がない場合でも同様です。

因果関係は物体のカテゴリーを定義します。^[5]翼は「鳥」というカテゴリーの特徴です。この特徴は、このカテゴリーの別の特徴である飛ぶ能力と因果的に相互に関連しています。^[5]

伝統的に、認知心理学の研究は、原因と結果が両方とも二値、つまり原因と結果の両方が存在するか存在しない場合の因果関係に焦点を当ててきました。^{[6] [7]}原因と結果の両方が連続値を取ることも可能です。たとえば、ラジオのボリュームノブを回すと（原因として）、音の強さが増減します（結果として）。これらの場合、原因と結果の変数の関係は、原因の変数が変化すると結果の変数の値が変化する数学的な関数に似ています。このような関係の人間の学習は、「関数学習」の分野で研究されてきました。^{[8] [9] [10]}

それでも、連続的な数学モデルの物理的応用は実際には文字通り連続的ではないことはよく知られています。^[11] ラジオのノブは、数え切れないほど無限の数の可能な値を取るわけではありません。ノブ自体の機械的、物理的性質によって完全に制限された有限の数の可能な値を取ります。エンジニアリングアプリケーションに使用される連続的な数学と、エンジニアリングによって生成される物理的な製品との間には、1対1のマッピングは存在しません。実際、これは数学の哲学における主要な問題です。^{[12] [13]}この未解決の問題に対する1つの考えられる答えは、現実はラスター化されており（おそらくプランクスケールで、ループ量子重力を参照）、基本的に離散的であるということです。数学的フィクション主義の理論も同様であり、連続数学は、測定データのない形状の描画と直感的なアイデアを介して幾何学的に推論するために使用されるイメージの架空の構成として機能します。

因果関係は、推論統計によって確率的に理解することもできます。推論統計では、相関関係と因果関係を区別することが重要になります。2 つの変数が相関しているからといって、一方が他方の原因であるとは限りません。たとえば、アイスクリームの売上は溺死による死亡者数と相関しています。これは、アイスクリームが溺死の原因であるとか、溺死が人々にアイスクリームの購入を促すからではありません。むしろ、第 3 の要因が両方を引き起こしているためです。この場合、暑い天候が人々にアイスクリームの購入と水泳の両方を引き起こし、水泳は溺死の可能性を高めます。2 つの変数間の相関関係を説明できるこれらの他の考えられる原因は、交絡変数と呼ばれます。

このように、因果関係を確かめるのは非常に難しく、統計的観察のみでは不可能と言っても過言ではありません。統計的研究では、交絡因子と疑われる変数を制御することで問題を軽減できますが、観察された相関関係が何らかの制御されていない要因によって引き起こされている可能性は依然としてあります。科学的方法は、この問題の解決策です。科学的実験では、実験者は独立変数を変化させ、従属変数の変化を観察します。独立変数がサンプル全体でランダムに変化する限り (たとえば、医学的研究では、参加者の半数がランダムに選択されて治療を受け、残りの半数がプラセボを受けるなど)、独立変数は実験者によって制御されるため、独立変数と従属変数の両方の変化を引き起こす交絡変数は存在しません。

因果関係は現代物理学における重要な問題です。決定論的理論によれば、現在の状況によってどのような結果がもたらされるかを正確に計算できるため、原理的には、将来の出来事はすべて現在の完全な知識によって予測できます。しかし、量子力学は、非決定論的出来事、つまり以前の原因によって決定されない出来事の可能性を復活させました。量子力学的出来事の結果が本当に非決定論的であるかどうかは、今日の物理学における最大の未解決問題の一つであり、量子物理学の解釈と特殊相対性理論の因果構造との調和の一部です。

因果関係の理論も自由意志についての議論で重要な役割を果たしている。例えば、決定論が正しいとすれば、それは我々の行動が以前の出来事によって引き起こされることを意味するが、非両立主義者はそれは自由意志と矛盾すると主張する。その結果、非両立主義者は2つの主な陣営に分かれる。すなわち、人間の行動は以前の原因によって決定されないと主張するリバタリアン（政治的リバタリアンと混同しないように）と、自由意志は存在しないと主張する厳格決定論者である。リバタリアン哲学者の主な課題は、人間の行動が以前の出来事によって引き起こされたのでない場合、どのように引き起こされるかを説明することである。人間の行動が決定論的ではないかもしれない証拠として量子力学を挙げる人もいる。^{[14] [15]}リバタリアンと厳格決定論の両方に反対するのは両立主義者であり、彼らは自由意志の存在は決定論と両立すると主張する。

人間は原因と結果を理解し、双方向の推論を行う傾向があります。時間的な手がかりは因果関係を示します。^[16]人々は出来事を観察するとき、その出来事に先立つものがその出来事を引き起こし、出来事に続くものがその出来事の結果であると想定します。^[17]

動きと空間関係の一致は、因果関係を推測するもう一つの方法です。物体が一緒に動く場合（または、ある物体が別の物体の動きを引き起こしているように見える場合）、その関係から因果関係が推測されます。^{[18]このような関係から} 生物性も推測できます。

因果推論はほぼ自動的に活性化される可能性がある。^{[3] [19]}しかし、原因と結果についての推論は、必ずしも因果関係の根底にあるメカニズムの理解を示すものではない。因果関係は「認知的錯覚」と表現されてきた。^[20]原因と結果の理解の多くは、イベントが互いにどのように関連しているかを理解することなく、関連性に基づいている。^[21]

2013年の神経心理学研究^[22]は、人間が新しい情報を古い情報に合わせることを実証しています。これは、因果関係の逆転を示唆しています。つまり、行為者と行為者の因果関係を理解するには、原因を事後的に結果に帰属させる必要があるということです。フリードリヒ・ニーチェは『権力への意志』の中で、原因が結果に先行するというアリストテレスの因果律に反論しました。^[23]

^{人間は因果関係を理解し​​ている。研究によれば、ネズミ[24]}やサル^[25]などの他の動物は因果関係を理解し​​ている場合と理解していない場合がある。動物は因果関係の情報を利用して意思決定を改善し、過去や未来の出来事について推論を行う可能性がある。^{[26]人間の}推論や出来事の学習を導く定数は因果関係である。^[27]因果関係の考慮は、人々が環境について推論する際に不可欠である。^[3]人間は因果関係の手がかりとそれに関連する効果を利用して意思決定や予測を行い、変化につながるメカニズムを理解している。^[28]

因果関係を観察した結果、共通原因関係、共通結果関係、因果連鎖、因果恒常性など、いくつかのタイプの因果モデルが開発されました。^[21]

• 共通原因関係では、単一の原因が複数の結果をもたらします。

ウイルスは、単一の原因が複数の影響（発熱、頭痛、吐き気）を引き起こす例です。

• 共通効果関係では、複数の原因が 1 つの効果に収束します。

政府支出の増加は、複数の原因（失業率の低下、通貨価値の低下、財政赤字の増加）を伴う 1 つの効果の例です。

• 因果連鎖では、1 つの原因が結果を引き起こし、それが別の結果を引き起こします。

一例として、睡眠不足は疲労につながり、協調運動能力の低下につながります。

• 因果的恒常性では、因果関係が安定したサイクルまたは強化メカニズムを形成します。

鳥類では、羽毛、中空の骨、高い代謝率、飛行能力が互いに強化し合い、一つの例ではなく全体への適応が因果関係の始まりとなっている。^[21]

因果関係の理解は自動的に行われますが、複雑な状況では高度な推論が必要になります。因果関係の推論の種類^[2]には次のものがあります。

演繹的推論は、一般的な規則を意味します。つまり、ある出来事は必ず結論に至ります。結果は、因果関係を決定づける可能性のある他の議論に基づいて推論される場合があります。

帰納的推論は不確実性を伴う推論です。結論は可能性が高いですが、保証されるものではありません。帰納法は因果関係について推測するために使用できます。

アブダクション推論では、前提は結論を保証するものではありません。アブダクションは、原因と結果の間に必要な関係がないまま、 データの説明から仮説へと進みます。

人間が因果関係について推論する方法にはいくつかのモデルがあります。

依存モデルは、結果は原因に依存していると主張します。^[3]原因と結果は確率的な関係を持っています。

共変（規則性）モデルは依存性モデルの一種であり、人間は原因と結果の関係を偶然の一致によって理解し、原因の変化が結果を変えると推測することを示唆している。^[29]

このモデル^[2]は原因と結果が機械的に関連していることを示唆している。この状況では、原因と結果の根底には基本的なプロセスが存在している。

この因果表現モデル^[30]は、原因が力のパターンによって表現されることを示唆している。力理論^[31]は、因果表現と推論（すなわち、複数の因果関係の構成から推論を導くこと）に適用されるダイナミクスモデルの拡張である。

子どもは幼い頃から因果関係を理解し​​、因果関係に基づいて推論する能力を発達させます。 ^[19]ある研究では、生後8か月の子どもでも因果関係を理解できると示唆しています。^[32]メカニズムと因果関係の理解は密接に関係しています。子どもはメカニズムの働きを理解するために因果関係を理解する必要があり、それによって因果関係を理解できるようになります。^[21]子どもは幼い頃から「なぜ？」と尋ね、メカニズムを理解し、因果関係を理解し​​ます。子どもの最初の「なぜ？」という質問は、言語を習得してから1年以内に、何かを説明する最初の試みと一致することがよくあります。^[21]子どもはメカニズムと因果関係を理解するために「なぜ？」と尋ねます。^[33]

幼い頃から因果関係を理解し​​推論する能力があれば、子どもは多くのトピックについて素朴な理論を発展させることができます。因果関係は、子どもが物理学、言語、概念、他人の行動について学ぶのに役立ちます。^[19]子どもの因果関係の理解には発達パターンがあります。^[33]

乳児は因果関係を理解し​​ています。^[21]乳児は特定の原因が特定の結果をもたらすことを知っています。乳児期後期から幼児期にかけての幼い子どもたちは、機能関係を理解し​​ています。^[21]特定の特性（またはメカニズムの構成要素）には特定の機能があります。また、原因がどのように複雑に相互作用するかという因果関係の密度も理解しています。

年長児や成人は、機械的な断片に対する理解を深めていきます。^[21]彼らは、機能するシステムの構成要素を個別に理解しますが、システムの完全な機械的な詳細は成人になるまで現れません。ジャン・ピアジェは、発達を前操作段階、具体的操作段階、形式的操作段階に定義しました。

原因の帰属は、さまざまな点で異なる文化間で異なることが示されています。

ヤンとガイヤー^{[34]は、アメリカ人とアジア人の2つのグループの学生の大学での成功と失敗の因果}帰属を調査した。アジア人グループは中国、韓国、日本、東南アジアの出身者で、4か国の成績は同様であった。学生たちは、他人の学業での成功と失敗について、またその結果が生来の能力によるものか、あるいは費やした努力によるものかを判断するよう求められた。アメリカ人の参加者は、アジア人の参加者よりも学業成績を能力に帰する傾向がはるかに強かった。アメリカ人は成功を努力のおかげと評価する傾向があったが、失敗は努力不足の結果とはみなされていなかった。アジア人の学生にはこのパターンは見られなかった。

西洋と東洋の子どもと大人を比較すると、特定の病気の原因に関して文化の違いがあることが示唆されます。^[35]病気の物語を読み、その病気の原因について推論した後、どちらのグループもほとんどの病気の生物学的原因を理解していることが示されました。しかし、すべての子どもと東洋の大人は、いくつかの病気（とその治療法）を魔法的な原因に帰していました。

個人主義文化と集団主義文化の人々は、動く物体の小さな動きの起源と動機、あるいは動く物体のグループ内での動きを引き起こすものについて、異なる帰属をする可能性がある。^[36]英国、中国、香港の参加者は、コンピュータ画面で動く魚のビデオを見せられた。ビデオでは、中央の魚が魚の群れに近づいたり、魚の群れから離れたりする様子が描かれており、参加者は魚同士の関係を、内発的動機（中央の魚は餌を探している）か外発的動機（中央の魚は他の魚に加わりたかった）かを判断するように求められた。別の一連のビデオでは、魚の群れが支配的な主体であり、個々の魚が作用を受けていることが示唆された。これらのさまざまなビデオは、異なる文化間で集団行動と個人行動のどちらが好まれる動機付けの力であるかを判断する機会を提供した。

自己申告の結果から、アジア人の参加者はグループが中心的かつ原因主体である説明や状況を好み、西洋人は個人が主体である状況を好んだことが示唆された。これらの影響は記憶プロセスにも及んだ。集団主義の参加者は、グループが主役である状況の記憶がより優れていた。これは、個人主義文化の参加者は独立した主体に対してより反応し、集団主義文化の参加者はグループが個人の行動を導く場合により反応することを示唆している。

因果推論は人間に特有のものではなく、動物はしばしば因果情報を生存の手がかりとして利用することができます。^[20] ネズミは食物報酬を得るために因果手がかりを一般化することができます。ネズミのような動物は、何が報酬を引き出すかを推論することで、報酬に必要なメカニズムを学ぶことができます。^[20]

ニューカレドニアガラスは、原因となる出来事を推論する能力について研究されてきました。この知能の高い種は、チンパンジーでさえできないような方法で道具を使い、手の届くところに食べ物を運ぶために複雑な道具を作ります。^[37]

この種を使った実験では、これまで人間に特有だと信じられていた方法で、カラスが隠れた原因を理解できることが示唆されている。^[38] 2つの実験のうちの最初のものでは、カラスが閉じ込められ、カラスが努力しなければ餌に届かない管に入れられた。人間が囲いの中に入り、カーテンの後ろに行き、カーテンの穴から餌の管の近くで棒を振った。人間が囲いから出ると、カラスは自信を持って餌のある場所に移動し、報酬を取り戻した。棒を動かした人間の原因（目に見えないとはいえ）がなくなったことを知っていたからだ。2番目の実験では、人間は囲いの中に出入りしなかった。この場合、カラスは棒が動いた原因がわからず、不確実に餌に向かって動いた。

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