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Information, Semantik

Zwei Arten von Codierung 1

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Ein simpler Knochenbruch

Um im Gesundheitswesen Transparenz zu schaffen werden die medizinischen Diagnosen codiert. Dies ist nötig, weil die Diagnosen sehr unterschiedlich formuliert werden können. So kann ein Patient z.B. an Folgendem leiden:

– einem Armbruch
– einer distale Fraktur des Radius
– einer Radiusfraktur loco classico
– einer geschlossenen Extensionsfraktur am distalen Radius
– einem Bruch der Speiche links
– einem Knochenbruch am linken Unterarm
– einer Fx des dist. Radius li
– einer Colles-fracture

Alle obigen Ausdrücke können den gleichen Sachverhalt bezeichnen, einmal präziser formuliert, einmal weniger und mit unterschiedlichen Wörtern und Abkürzungen. Die Liste liesse sich noch lange fortsetzen. Ich habe mich während Jahrzehnten mit solchen Ausdrücken befasst und kann Ihnen versichern, dass es ohne Übertreibung Milliarden von unterschiedlichen, aber absolut korrekten Formulierungen für medizinische Diagnosen gibt.

Selbstverständlich entzieht sich dieser Wust von Freitexten einer statistischen Bearbeitung und deshalb werden die Diagnosen codiert. Häufig wird dabei der ICD (International Classification of Diseases) Code verwendet, der ja nach Variante zwischen 15’000 und 80’000 Codes umfasst. Zehntausende von Codes sind natürlich viele, aber in Anbetracht der Milliarden von möglichen Textformulierungen sind die ICD-Codes vergleichsweise überschaubar.

Wie die Interpretation der Texte automatisiert wird, sodass sie von einem Computerprogramm durchgeführt werden kann, ist übrigens eine hochspannende Angelegenheit.

Morsecode 

Ein Morsecode dient der Kommunikation in Fällen wo nur ganz einfache Signale gesendet werden können. Die Buchstaben des Alphabets werden vom Sender als Punkte und Striche codiert und so gesendet und vom Empfänger decodiert, also wieder in Buchstaben umgewandelt. So wird ein E zu einem Punkt und ein A zu einem Punkt, gefolgt von einem Strich. Der Vorgang der Codierung/Decodierung ist perfekt umkehrbar, die Abbildung ist eineindeutig.

Kryptographie

Auch hier soll der Code wieder in die ursprüngliche Form zurückübersetzt werden. Der Unterschied zum Morsecode besteht einzig darin, dass die Übersetzungsvorschrift nur einem kleinen Kreis bekannt sein soll und meist auch etwas komplizierter ist. Wie beim Morsecode soll die verschlüsselte Form aber die gleiche Information tragen wie die ursprüngliche Form.

Informationsreduktion

Morsecode und kryptographische Codes haben beide das Ziel, dass am Ende der Empfänger wieder die ursprüngliche Botschaft herstellen kann. Die Information soll unverändert bleiben, nur die äussere Form ändert sich.

Beim ICD-Code ist die Situation aber eine ganz andere. Es geht dabei nicht um die Wörter, die 1:1 austauschbar sind, wie z.B. im obigen Beispiel das Wort Radius und das Wort Speiche . Bei der ICD-Codierung geht es nicht um umkehrbare Abbildungen. Es geht vielmehr darum, dass Information bewusst unter den Tisch fällt und definitiv verloren geht. Die ICD-Codes sind Schubladen, die mit unterschiedlichen Diagnosen gefüllt werden.  Und das mit gutem Grund: Es gibt einfach zu viele Detaillierungen bei den Diagnosen. So kann eine Fraktur folgende voneinander unabhängige Charakteristika aufweisen:

– Name des betroffenen Knochens
– Stelle am betroffenen Knochen
– Zustand der Hautbarriere (offen/geschlossen)
– Gelenkbeteiligung (intraartikulär/extraartikulär)
– Richtung der Fehlstellung (Flexion, Extension …)
– Art der Bruchlinie (spiral, etc).
– Zahl und Art der Bruchfragmente (Monoblock, Trümmerfraktur)
– Ursache (Trauma, Tumor-Metastase, Ermüdung)
– u.v.m.

Alle diese Merkmale sind kombinierbar, was sich mathematisch als Multiplikation der Möglichkeiten präsentiert. Eine medizinische Statistik kann selbstverständlich nicht alle Kombinationsvarianten berücksichtigen, deshalb berücksichtigt der Diagnosecode nur wenige und die ICD kommt in Deutschland und der Schweiz mit weniger als 20’000 Schubladen für die gesamte Medizin zurecht. Welche Information die Schubladen berücksichtigen und welche nicht, ist ein wichtiges Thema, sowohl für die Akteure im Gesundheitswesen wie auch für uns, die wir uns informationstheoretische (und -praktische!) Überlegungen zum Codiervorgang machen.

Zwei Arten von Codierung

Ich halte den oben genannten Unterschied für bedeutsam. Einerseits haben wir Codierungen, die das Ziel haben, die Information zu erhalten und nur die Form zu ändern, so wie der Morsekode und kryptographische Verschlüsselungen. Andererseits haben wir Codierungen wie die medizinische Diagnosecodierung, deren Ziel es ist, die Menge an Information zu reduzieren. Der Grund dieser Informationsreduktion ist, dass die Ursprungsmenge an Information zu gross ist und sie zum Zweck der Übersichtlichkeit vereinfacht werden muss – meist drastisch. Informationsreduzierende Codierung verhält sich entscheidend anders als informationserhaltende.

Dieser Unterschied hat es in sich. Mathematische Modelle und wissenschaftliche Theorien, die für die informationserhaltende Codierung gelten, sind für die informationsreduzierende nicht verwendbar. Wir stehen hier informationstheoretisch vor einer ganz anderen Situation. Mehr dazu in Zwei Arten von Kodierung 2.

Die Informationsreduktion ist ein Vorgang, der bei realer Informationsverarbeitung häufig an entscheidender Stelle vorkommt. Einen Einstieg in das Thema Informationsreduktion finden Sie hier.

Information

Welche Information trägt ein Bit?

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Die Frage erscheint Ihnen vermutlich banal. Schliesslich weiss jedermann, was ein Bit ist, nämlich die Möglichkeit einmal aus zwei Zuständen auszuwählen.

Wo ist das Problem?

Ich möchte zu bedenken geben, dass die Frage nach der Information im Bit damit noch nicht beantwortet ist. Welche Information in einem Bit enthalten ist, hat nämlich auch mit der Frage zu tun, welche zwei Zustände überhaupt zur Auswahl stehen. Klassische Beispiele sind:

– 0 und 1
– Wahr und Falsch
– Positiv und Negativ
– Ein und Aus

Selbstverständlich erschöpft sich die Auswahl dadurch nicht. Auch männlich/weiblich, innen/aussen, gut/schlecht oder beliebige andere binäre Paare können in einem Bit stecken, genauso wie ihre jeweiligen Umkehrungen, also neben 0/1 genauso auch 1/0.

Woher weiss das Bit, welche beiden Zustände es anbietet?

Vielleicht denken Sie, dass dies einfach eine Sache im Bit sei. Das eine Bit enthält 0/1 als Paar und das andere Bit Wahr/Falsch. Die beiden Zustände wären somit natürliche Eigenschaften der jeweiligen individuellen Bits. Das trifft jedoch nicht zu, denn der Hersteller eines Chips hat die Bits des Chips nicht mit individuellen Eigenschaften versehen. Technisch gesehen sind die Bits alle genau gleich, ihre Simplizität und Neutralität macht ja gerade den Charme der binären Technologien aus.

Erst wenn im Computer ein Programm abläuft, werden den neutralen Bits individuelle Wertpaare wie 0/1, Wahr/Falsch usw. zugeordnet. Der Charakter, d.h. die eigentliche Bedeutung der beiden Zustände, wird erst durch das Programm in das Bit hineingelegt.

Das ist natürlich praktisch, weil so je nach Programm dem gleichen Bit im Chip eine immer wieder neue Bedeutung gegeben werden kann. Allerdings müssen wir jetzt zugeben, dass die Bedeutung nicht mehr im Bit steckt, sondern im aufrufenden Programm, mithin in ganz anderen Bits, nämlich denen des Programms.

Woher aber haben diese Bits wiederum ihre Bedeutung? Bei denen verhält es sich natürlich genau gleich, auch ihnen werden erst von aussen konkrete Wertepaare zugeordnet. Es geht also immer weiter nach aussen, und immer kann die Bedeutung des Wertepaares eines Bits nur mit weiteren Bits von aussen geschrieben werden – mit anderen Worten: Es handelt sich einen unendlichen Regress, jedes Bit, das ein anderes erklärt, muss erneut erklärt werden.

Wo ist das Ende der Kette?

Die Suche nach den Bits, mit denen man die anderen Bits erklären kann, findet somit nie ein Ende. Das ist die Natur eines unendlichen Regresses. Doch wir haben trotzdem eine Chance, das Ende des Regresses zu finden. Die Suche ist nämlich nur solange hoffnungslos, wie wir innerhalb des Computers bleiben. Als Mensch jedoch können Sie über den Computer hinausdenken. Das Programm ist ja zu einem bestimmten Zweck geschrieben worden und Menschen, Programmierer und Anwender, legen fest, welche Bedeutungen die Bits jeweils haben sollen. Die Bedeutung, und damit die konkreten individuellen Wertpaare der Bits entstehen am Ende des Regresses – offline – als Abmachung in den Köpfen der Menschen.

Allerdings sind wir auf diese Weise aus der Welt der Bits herausgerutscht, und meine Behauptung ist, dass es anders nicht geht. Solange wir in der Welt der Bits bleiben, bleiben wir in einer zwar präzisen, doch völlig „unbedeutenden“ Welt. Diese erlangt ihre Bedeutung erst, wenn wir den einzelnen Bits von aussen eine Bedeutung geben. Das heisst, wir verbinden ein bestimmtes Bit mit einer Information, die uns als Menschen etwas sagt. So lässt sich der unendliche Regress auflösen.

Isoliert gesehen, sind die beiden Zustände des Bits vollständig neutral und lassen sich deshalb mit beliebigen Bedeutungen belegen. Technisch gesehen ist das genial. Doch dürfen wir uns dadurch nicht verleiten lassen, mit Bits allein bedeutungstragende Information generieren zu können. Es braucht immer ein Aussen, das den Bits die Bedeutung zuweist.

Wir haben somit zwei Arten von Information:

A) Das isolierte Bit:
Dieses sagt aus, welcher der beiden Zustände des Bits gewählt wird, ohne die Zustände selber zu beschreiben. Es handelt sich um das technische Bit der konventionellen Informationstheorie.

B) Die dem Bit zugedachte Bedeutung:
Diese Information sagt aus, worum es beim Bit geht, welche beiden Zustände es sind, die mit dem Bit gewählt werden können. Es handelt sich um die qualitative Information, die mit dem Bit ausgedrückt werden kann. Obwohl wir sie dem Bit selber zuordnen, verschwindet sie, sobald wir das Bit isoliert betrachten.

Die beiden Arten von Information sind von prinzipiell unterschiedlicher Natur. Trotz oder gerade wegen ihrer unterschiedlichen Natur gehören sie zusammen. Erst ihre Kombination macht eine sinnvolle, das heisst bedeutungstragende Information aus.