Та же фундаментальная платформа, которая позволяет кошке Шредингера быть и живой, и мертвой, а также означает, что две частицы могут «разговаривать друг с другом» даже на расстоянии галактики, может помочь объяснить, возможно, самые загадочные явления: поведение человека.
Квантовая физика и психология человека могут показаться совершенно не связанными, но некоторые ученые считают, что эти две области пересекаются интересными способами. Обе дисциплины пытаются предсказать, как непослушные системы могут вести себя в будущем. Разница в том, что одно поле направлено на понимание фундаментальной природы физических частиц, а другое пытается объяснить человек природа - вместе с присущими ей ошибками.
«Когнитивные учёные обнаружили, что существует множество« иррациональных »форм поведения человека», - сказал в интервью Live Science по электронной почте Сяочу Чжан, биофизик и нейробиолог из Университета науки и технологий Китая в Хэфэй. Классические теории принятия решений пытаются предсказать, какой выбор сделает человек при определенных параметрах, но подверженные ошибкам люди не всегда ведут себя так, как ожидалось. Недавние исследования показывают, что эти ошибки в логике «могут быть хорошо объяснены квантовой теорией вероятностей», сказал Чжан.
Чжан стоит среди сторонников так называемого квантового познания. В новом исследовании, опубликованном 20 января в журнале Nature Human Behavior, он и его коллеги исследовали, как концепции, заимствованные у квантовой механики, могут помочь психологам лучше прогнозировать принятие решений человеком. Записывая, какие решения люди принимали по известному психологическому заданию, команда также следила за мозговой активностью участников. Сканирование выделило определенные области мозга, которые могут быть вовлечены в квантово-подобные мыслительные процессы.
Исследование является «первым, кто поддерживает идею квантового познания на нейронном уровне», сказал Чжан.
Круто - что это значит на самом деле?
Неопределенность
Квантовая механика описывает поведение крошечных частиц, из которых состоит вся материя во вселенной, а именно атомы и их субатомные компоненты. Один центральный принцип теории предполагает большую неопределенность в этом мире очень маленьких, чего-то невиданного в больших масштабах. Например, в большом мире можно знать, где находится поезд на его маршруте и насколько быстро он движется, и, основываясь на этих данных, можно предсказать, когда этот поезд должен прибыть на следующую станцию.
Теперь поменяйте поезд на электрон, и ваша предсказательная сила исчезнет - вы не можете знать точное местоположение и импульс данного электрона, но вы можете рассчитать вероятность того, что частица может появиться в определенном месте, путешествуя по конкретная ставка. Таким образом, вы можете получить смутное представление о том, что электрон может быть до.
Подобно тому, как неопределенность проникает в субатомный мир, она также проникает в наш процесс принятия решений, независимо от того, обсуждаем ли мы, какую новую серию разглядывать, или отдать свой голос на президентских выборах. Вот здесь и вступает квантовая механика. В отличие от классических теорий принятия решений, в квантовом мире есть место для определенной степени ... неопределенности.
Теории классической психологии основаны на идее, что люди принимают решения, чтобы максимизировать «вознаграждение» и минимизировать «наказания» - другими словами, чтобы их действия приводили к более позитивным результатам, чем негативным последствиям. Эта логика, известная как «обучение с подкреплением», соответствует павлонской обусловленности, согласно которой люди учатся прогнозировать последствия своих действий на основе прошлого опыта, согласно докладу 2009 года в «Журнале математической психологии».
Если эти ограничения действительно ограничены, люди будут последовательно взвешивать объективные значения двух вариантов, прежде чем выбирать между ними. Но на самом деле люди не всегда работают таким образом; их субъективные чувства к ситуации подрывают их способность принимать объективные решения.
Головы и хвосты (одновременно)
Рассмотрим пример:
Представьте, что вы делаете ставки на то, приземлится ли брошенная монета на головы или хвосты. Голова приносит вам 200 долларов, хвосты - 100 долларов, и вы можете дважды бросить монету. В соответствии с исследованием, опубликованным в 1992 году в журнале Cognitive Psychology, при размещении в этом сценарии большинство людей предпочитают делать ставку дважды, независимо от того, приводит ли первоначальный бросок к победе или проигрышу. Предположительно, победители делают ставку во второй раз, потому что выигрывают, несмотря ни на что, в то время как проигравшие делают ставку, пытаясь восстановить свои потери, а затем и некоторые. Однако, если игрокам не разрешают узнать результат первого броска монеты, они редко совершают вторую игру.
Когда известно, первый щелчок не влияет на выбор, который следует, но когда неизвестно, он имеет все значение. Этот парадокс не укладывается в рамки классического обучения подкреплению, которое предсказывает, что объективный выбор всегда должен быть одинаковым. В отличие от этого, квантовая механика учитывает неопределенность и фактически предсказывает этот странный результат.
«Можно сказать, что« основанная на квантовых принципах »модель принятия решений в основном относится к использованию квантовой вероятности в области познания», - Эммануэль Хейвен и Андрей Хренников, соавторы учебника «Квантовая социальная наука» (Кембридж). Университетская пресса, 2013), рассказал Live Science по электронной почте.
Так же, как конкретный электрон может быть здесь или там в данный момент, квантовая механика предполагает, что первый бросок монеты привел и к выигрышу, и к проигрышу одновременно. (Другими словами, в знаменитом мысленном эксперименте кошка Шрёдингера жива и мертва.) Будучи пойманным в этом неоднозначном состоянии, известном как «суперпозиция», окончательный выбор индивида неизвестен и непредсказуем. Квантовая механика также признает, что убеждения людей относительно результата того или иного решения - будет оно хорошим или плохим - часто отражают то, чем в конечном итоге становится их окончательный выбор. Таким образом, убеждения людей взаимодействуют или «запутываются» в своих возможных действиях.
Субатомные частицы могут также запутываться и влиять на поведение друг друга, даже будучи разделенными на большие расстояния. Например, измерение поведения частицы, находящейся в Японии, изменит поведение ее спутанного партнера в Соединенных Штатах. В психологии аналогичная аналогия может быть проведена между убеждениями и поведением. «Именно это взаимодействие» или состояние запутанности «влияет на результат измерения», - сказали Хейвен и Хренников. В данном случае результат измерения относится к окончательному выбору, который делает индивидуум. «Это можно точно сформулировать с помощью квантовой вероятности».
Ученые могут математически моделировать это запутанное состояние суперпозиции - когда две частицы воздействуют друг на друга, даже если они разделены большим расстоянием, - как продемонстрировано в отчете 2007 года, опубликованном Ассоциацией по развитию искусственного интеллекта. И что примечательно, окончательная формула точно предсказывает парадоксальный результат парадигмы броска монеты. «Ошибка в логике может быть лучше объяснена с помощью квантового подхода», - отметили Хейвен и Хренников.
Ставки на квант
В своем новом исследовании Чжан и его коллеги сравнили две квантовые модели принятия решений с 12 классическими моделями психологии, чтобы увидеть, какие из них лучше всего предсказывают поведение человека во время психологического задания. Эксперимент, известный как «Задача азартных игр Айовы», предназначен для оценки способности людей учиться на ошибках и со временем корректировать свою стратегию принятия решений.
В задании участники вытягивают из четырех колод карт. Каждая карта либо зарабатывает деньги игрока, либо стоит им денег, и цель игры - заработать как можно больше денег. Подвох заключается в том, как складывается каждая колода карт. Взятие одной колоды может принести игроку большие суммы денег в краткосрочной перспективе, но к концу игры он будет стоить им гораздо больше денег. Другие колоды приносят меньшие суммы денег в краткосрочной перспективе, но меньше штрафов в целом. В процессе игры победители учатся в основном извлекать из «медленных и устойчивых» колод, а проигравшие - из колод, которые приносят им быстрые деньги и большие штрафы.
Исторически сложилось так, что те, у кого наркомания или повреждение головного мозга, хуже выполняют задание по азартным играм в Айове, чем здоровые участники, что говорит о том, что их состояние каким-то образом ухудшает способности принимать решения, как подчеркивается в исследовании, опубликованном в 2014 году в журнале Applied Neuropsychology: Child. Эта закономерность сохранилась в эксперименте Чжана, который включал около 60 здоровых участников и 40, которые были зависимы от никотина.
Авторы отметили, что две квантовые модели сделали подобные прогнозы наиболее точными среди классических моделей. «Несмотря на то, что модели в подавляющем большинстве случаев не превосходили… следует помнить, что структура все еще находится в зачаточном состоянии и, несомненно, заслуживает дополнительных исследований», - добавили они.
Чтобы повысить ценность своего исследования, команда выполнила сканирование мозга каждого участника, выполнив задание по азартным играм в Айове. При этом авторы попытались взглянуть на то, что происходило внутри мозга, когда участники узнали и скорректировали свою игровую стратегию с течением времени. Результаты, полученные с помощью квантовой модели, предсказали, как этот процесс обучения будет разворачиваться, и, таким образом, авторы предположили, что горячие точки мозговой активности могут каким-то образом коррелировать с предсказаниями моделей.
Сканирования выявили ряд активных областей мозга у здоровых участников во время игры, включая активацию нескольких крупных складок в лобной доле, которые, как известно, участвуют в принятии решений. В группе курящих, однако, никакие горячие точки мозговой активности, казалось, не были связаны с предсказаниями, сделанными квантовой моделью. Поскольку модель отражает способность участников учиться на ошибках, результаты могут иллюстрировать нарушения процесса принятия решений в группе курения, отмечают авторы.
Тем не менее, «необходимы дальнейшие исследования», чтобы определить, что эти различия в мозговой активности действительно отражают у курильщиков и некурящих, добавили они. «Связь квантово-подобных моделей с нейрофизиологическими процессами в мозге… является очень сложной проблемой», - сказали Хейвен и Хренников. «Это исследование имеет большое значение как первый шаг к его решению».
По словам Чжана, модели классического обучения с подкреплением показали «большой успех» в изучении эмоций, психических расстройств, социального поведения, свободной воли и многих других когнитивных функций. «Мы надеемся, что изучение квантового подкрепления также поможет пролить свет, предоставив уникальную информацию»
Со временем, возможно, квантовая механика поможет объяснить распространенные недостатки человеческой логики, а также то, как эта ошибочность проявляется на уровне отдельных нейронов.
