Scott Kelso (* 1947 Derry, Severní Irsko) je neurovědec irského původu a profesor komplexních systémů a věd o mozku, profesor psychologie, biologických věd a biomedicínských věd na Floridské atlantické univerzitě (FAU) v Boca Raton na Floridě a na Univerzitě v Ulsteru (Magee Campus) v Derry v Severním Irsku.
Kelso pracoval na koordinační dynamice, vědě o koordinaci a na základních mechanismech, které jsou základem dobrovolných pohybů a jejich vztahu k rozsáhlé koordinační dynamice lidského mozku.
Jeho experimentální výzkum na přelomu 70. a 80. let vedl k HKB modelu (Haken-Kelso-Bunz), matematické formulaci, která kvantitativně popisuje a předpovídá, jak elementární formy koordinovaného chování vznikají a mění se adaptivně v důsledku nelineárních interakcí mezi složkami.
Kelso se narodil ve městě Derry v Severním Irsku. Navštěvoval Foyle College (1958-1965), vysokoškolské vzdělání získal na Stranmillis University College Belfast v letech 1965 až 1969 a na University of Calgary v Albertě v letech 1971 až 1972. Doktorát získal na University of Wisconsin v Madisonu v roce 1975.
V letech 1976 až 1978 byl Kelso odborným asistentem a ředitelem The Motor Behavior Laboratory na University of Iowa. V letech 1978 až 1985 byl vedoucím vědeckým pracovníkem v Haskinsových laboratořích Yaleovy univerzity v New Havenu v Connecticutu a profesorem psychologie a biobehaviorálních věd (Unit of Behavioral Genetics) na University of Connecticut.
V roce 1985 založil Center for Complex Systems and Brain Sciences na Floridské atlantické univerzitě, interdisciplinární výzkumné centrum, které zahrnuje neurovědce, aplikované matematiky, fyziky, psychology a počítačové vědce sídlící ve stejném fyzikálním zařízení, pracující společně na společných problémech komplexních, biologických systémů sahajících od molekul po mozky. Kelso vede tým výzkumníků v Center’s Human Brain and Behavior Laboratory..
Od roku 1985 je Kelso držitelem Glenwood and Martha Creech Eminent Scholar Chair in Science na Floridské atlantické univerzitě, kde je také profesorem psychologie, biologických věd a biomedicínských věd. Kelso byl programovým ředitelem Národního vzdělávacího programu NIMH v oblasti komplexních systémů a věd o mozku na Floridské atlantické univerzitě v letech 1987 až 2005. Spolupracoval s FAU Administration a kancléřskou kanceláří State University System, Kelso pomohl založit Center’s PhD Degree in Complex Systems and Brain Sciences.
V roce 1995 spoluřídil Letní školu komplexních systémů na Institutu Santa Fe. V letech 1995-1999 působil jako předseda Jihofloridské kapituly Sigma Xi, vědecké výzkumné společnosti. Je členem vědecké rady Plexus Institute, Světové rady Einsteinových institutů a poradní rady Intelligent Systems Research Center na Univerzitě v Ulster Magee Campus.
Kelso byl hostujícím profesorem ve Francii, Německu, Rusku a (v současnosti) Irsku. Rozsáhle přednášel také v USA a v zahraničí. Za svůj vědecký výzkum obdržel mnoho vyznamenání a ocenění. V roce 2007 byl jmenován laureátem Pierre de Fermat.
Cílem Kelsova výzkumu je pochopit, jak lidské bytosti (a lidské mozky – jednotlivě i společně) koordinují chování. Kelso a jeho výzkumný tým v současnosti používají neinvazivní neurozobrazovací techniky (EEG, MEG, fMRI, PET, atd.) a statistické nástroje ke shromažďování informací o struktuře a funkci mozku během chování v reálném čase.
V posledních zhruba 30 letech se spolu s kolegy pracujícími v laboratořích po celém světě podílel na interdisciplinární vědě nazvané dynamika koordinace. Dynamika koordinace je empirický a koncepční rámec, který se snaží vysvětlit, jak se vzorce koordinace formují, přetrvávají, přizpůsobují a mění. Poznatky dynamiky koordinace byly využity k predikci chování v různých typech systémů na různých úrovních analýzy.
Koordinační dynamika je založena na konceptech synergetiky a matematických nástrojích dynamických systémů (viz teorie nelineárních dynamických systémů a synergetika). Koordinační dynamika se však snaží modelovat specifické vlastnosti lidského poznávání, neurofyziologie a sociální funkce – jako je předvídání, záměr, pozornost, rozhodování a učení. Hlavním tvrzením koordinační dynamiky je, že koordinace neuronů v mozku a koordinované akce lidí a zvířat jsou propojeny díky sdílení společné matematické nebo dynamické struktury.
Kelso pracoval na metastabilitě v neurovědě. Tento koncept zaznamenal rostoucí zájem mezi teoretickými a výpočetními neurovědci, protože poskytuje matematickou formalizaci pro myšlenku, že jednotlivé části mozku mohou být na jedné straně specializované a oddělené, ale na druhé straně fungují jako integrovaný celek.
Kelsova raná práce používala techniky nervových bloků, které u lidí odřízly smyslové vjemy z končetin. Jeho experimenty ukázaly, že i bez vědomého vědomí polohy končetin se lidé mohou pohybovat přesně na požadovaná místa v prostoru. Spolu s prací, kterou na MIT prováděli Polit a Bizzi na opicích, byl Kelsův výzkum klíčem k vytvoření teorie rovnovážného bodu motorického ovládání, kterou původně postuloval Anatol Feldman. Poté ve spolupráci se svými studenty Davidem Goodmanem a Danem Southardem demonstroval – pomocí techniky pulzních světelných diod dávno před věkem sofistikované počítačové asistované analýzy pohybu -, že mozek ovládá komplexní, koordinované pohyby horních končetin využitím funkčních synergií, což je představa, kterou původně formuloval ruský fyziolog a kybernetik Nicolai Bernstein . Další práce v Haskinsových laboratořích s využitím kombinace neotřelých perturbačních technik, kinematických a intramuskulárních záznamů zjistila, že ovládání a koordinace komplexních řečových gest je také založeno na funkčních synergiích nebo koordinačních strukturách. V otázce, jak by se mohly tvořit synergie v motorických systémech, se Kelso obrátil od Sherringtonovské neurofyziologie k teoriím sebeorganizace, zejména k rodícímu se interdisciplinárnímu poli synergie založenému Hermannem Hakenem. V té době bylo dominantním chápáním animovaného pohybu to, že chování je určováno „centrálním programem“, předem připraveným souborem instrukcí, které předepisují, jak by se měl chovat soubor biomechanických složek. Naproti tomu Kelso experimentálně ukázal, že chování se může objevit také samoorganizujícím způsobem, jako výsledek vysoce nelineárních interakcí mezi mnoha vzájemně propojenými prvky. Jeho experimenty byly první, které demonstrovaly existenci fázových přechodů – náhlé a spontánní přesuny z jednoho koordinovaného stavu do druhého jako parametr se neustále mění. Fázové přechody jsou základním mechanismem sebeorganizace v přírodě a Kelsovy experimenty, které byly mnohokrát replikovány, byly první, které je ukázaly v koordinovaných pohybech lidských bytostí .
Kelso a jeho kolegové později prokázali, že mnohé ze složitostí koordinovaného motorického chování v komplexních, vícestupňových systémech volnosti lze odvodit z relativně jednoduchých, ale nelineárních matematických zákonů. Pro recenzi této práce viz Kelso et al. (1987) a Schöner a Kelso (1988) Kelso zejména vyvinul matematický model ve spolupráci s významným teoretickým fyzikem Hermannem Hakenem, otcem laserové teorie a synergetiky. Tento „HKB model“ byl schopen odvodit základní formy koordinace pozorované v Kelsových experimentech pomocí systému nelineárních vztahů mezi jednotlivými koordinačními prvky HKB model vysvětloval a předpovídal experimentální pozorování jako „kritické zpomalení“ a „zesílené fluktuace“ spojené s nestabilitou a dramatickými změnami v koordinaci. Pozdější rozšíření HKB se přizpůsobilo účinkům šumu, porušené symetrie, mnohonásobně interagujících heterogenních složek, procesů rekrutace a anihilace, parametrické stabilizace a roli měnícího se prostředí na koordinaci
Následně se Kelso a jeho kolegové přesunuli z ruky do mozku, pomocí velkých polí SQUID magnetometrů zaznamenávali neuromagnetickou aktivitu mozku a Funkční magnetickou rezonanci zobrazovali pro záznam BOLD (Blood Oxygen Level Dependent) aktivace v mozkových oblastech. Tato práce ukázala, že matematické formy pozorovatelné v koordinovaném pohybu rukou (například fázové přechody) byly pozorovatelné také v obrazech mozkové aktivity. Nebo jak říká Kelso, „stejná dynamika koordinace řídí mozkovou aktivitu a lidské chování“. Například na základě záznamů a analýz lidské mozkové aktivity Viktor Jirsa a Armin Fuchs spolu s Kelsem byli schopni odvodit HKB rovnice koordinace na úrovni chování z realističtějšího anatomického a fyziologického modelu základního nervového substrátu
Kelsova současná práce se zaměřuje na to, zda stejné principy a mechanismy koordinační dynamiky platí i pro lidské mozky spolupracující v sociálním prostředí. Pomocí velkých elektrodových polí, která jsou nyní k dispozici v oblasti elektroencefalografie (EEG), on a jeho spolupracovníci snímají mozky párů lidí, jak provádějí koordinované pohyby rukou. Pozoruhodné je, že Kelsův tým identifikoval v mozku podpisy, které odpovídají tomu, zda se lidé koordinují společně, nebo jednají nezávisle. V jiném směru výzkumu Kelso a jeho kolegové vytvořili neotřelý způsob, jak pochopit interakci mezi člověkem a strojem v reálném čase, nazvaný Virtuální partnerská interakce (VPI). Ve VPI lidé koordinují s virtuálním partnerem, jehož chování je řízeno počítačovou verzí rovnic HKB, známou, že řídí základní formy lidské koordinace. VPI je principiální přístup k interakci člověka a stroje a může otevřít nové způsoby, jak porozumět tomu, jak lidé interagují se stroji podobnými člověku.
Kelsova první celovečerní kniha Dynamické vzorce: Samoorganizace mozku a chování (MIT Press, 1995) shrnuje prvních 20 let jeho teoretické a experimentální práce o koordinaci a tvrdí, že tvorba a vývoj vzorovaného chování na všech úrovních — od neuronů až po mysl — se řídí dynamickými procesy sebeorganizace. Kniha je napsána pro běžného čtenáře a používá jednoduché experimentální příklady a ilustrace, aby zprostředkovala základní pojmy, strategie a metody s minimem matematiky.
Kelsovou druhou celovečerní knihou, kterou napsal se svým bývalým studentem Davidem A. Engstrømem, je The Complementary Nature (MIT Press, 2006). Tato kniha se pokouší sladit to, co nazývá „filozofií komplementárních párů“ s vědou o dynamice koordinace. Dvojice protikladů se nacházejí všude v přírodě a ve vědě (např. spolupráce a soutěž, integrace a segregace, individuální a kolektivní, já a ostatní, tělo a mysl, příroda a výchova atd. atd.). Kelso a Engstrøm tvrdí, že tyto páry se vzájemně nevylučují, ale doplňují. Navrhují komplexní, empiricky založenou vědeckou teorii o tom, jak lze sladit protiklady, založenou na Kelsově teorii metastabilní dynamiky koordinace. Podstatou teorie je, že lidský mozek je schopen zobrazit dva zdánlivě protichůdné, vzájemně se vylučující chování – integraci a segregaci – současně. Kelso a Engstrøm používají tildu, neboli klikyhák (~), jako symbol pro smířené komplementární páry (např. tělo~mysl, příroda~výchova). Škyhák odhaluje základní pravdu: jak komplementární aspekty, tak jejich dynamika jsou potřebné pro vyčerpávající popis a pochopení komplexních jevů a systémů v životě, mysli, společnosti a přírodě.
Scott Kelso publikoval řadu článků a knih. Výběr: