量子認知：物理理論還能解釋人類行為？
2023-04-01 21:27:21 4
神經學層面的量子認知研究能解釋人類的決策嗎？
NICOLETTA LANESE
封面:麥晉·沃斯
認知科學
量子理論能解釋人類的決策嗎？
在量子理論的世界裡，薛丁格的貓處於生與死的疊加狀態，這兩個粒子甚至可以在幾光年之外「互相交談」。通過量子理論，我們可以真正理解世界上最神秘的現象:人類行為。
量子力學和心理學可能是兩個看似不相關的領域。然而，最近科學家認為這兩個領域之間可能有一些有趣的聯繫:這些理論的目的是預測看似隨機的系統的未來性能。它們之間的區別在於，一個領域旨在通過物理粒子來理解世界的本質，而另一個領域則是從認知層面來理解人性(以及其中包含的潛在缺陷)。
中國科技大學的生物物理學家和神經科學家張說:「認知科學家認為人類行為中有許多行為是與理性相違背的。經典的決策理論經常被用來預測人們是否會根據一些給定的參數做出合理的選擇，但是由於人類的「非理性」傾向，這些預測經常會降到0+。但是，張認為的「量子概率論能很好地解釋」這種邏輯錯誤。
—馬特·欽沃斯
張是量子認知的倡導者。在1月20日發表在《自然-人類行為》雜誌上的一項研究中，他和他的團隊成員探索了心理學家是否能夠藉助量子理論更好地預測人類行為決策。在這項研究中，他們讓受試者參與一項經典的心理任務。在這項任務中，人們需要做出一些決定。與此同時，研究人員也在檢查參與者的大腦活動:他們的大腦成像結果顯示，一些大腦區域可能與這種「量子般」的思維過程有關。
張初曉說:「這是第一個在神經學層面支持量子認知的研究。」
很酷，但這意味著什麼？
不確定
量子力學理論描述了構成宇宙中所有物質的原子和亞原子成分的活動。這一理論的核心原則之一是微觀世界的不確定性。相比之下，在宏觀世界中，客觀事件的發生大多是肯定的。例如，在宏觀世界中，如果我們知道此時火車在軌道上的位置和速度，基於這些數據，我們可以計算火車何時到達下一個站臺。如果數據準確可靠，預測結果將是可靠的，不會受到不確定性的影響。
當我們轉向電子活動時，情況完全不同——我們無法知道電子的確切位置和動量，但我們可以計算出它以一定速度出現在某個位置的可能性。這樣，我們可以模糊地預測電子未來的活動。
不確定性不僅瀰漫在微觀世界，也瀰漫在我們的決策過程中:從決定投票給哪個系列的總統候選人，不確定性無處不在。從這個角度來看，量子力學可能比經典心理學理論更適合預測人們的決策，因為它對不確定性有容忍度。
—馬特·欽沃斯
經典的心理理論認為，人們做出決定是為了最大限度地「獎勵」和最小化「懲罰」——換句話說，人們做出決定是為了獲得更多積極的結果和更少的消極後果。心理學家稱這個過程為「強化學習」。根據2009年發表在《數學心理學雜誌》上的一項研究，強化學習是從巴甫洛夫的條件反射中繼承的。兩人都認為，人們可以通過總結過去的經驗來預測自己行動的結果。
如果強化學習的理論框架真的建立起來了，人們應該根據兩種選擇的客觀價值一致地做出決策。然而，在現實生活中，人們的行為決策並不總是如此:人們的主觀感受經常影響他們的決策能力。
薛丁格的硬幣
讓我們想像一個例子:想像你正在玩擲硬幣遊戲。如果硬幣落在正面，你可以得到200元，落在背面，你會損失100元。你可以選擇只玩一兩個遊戲。1992年發表在《認知心理學》上的研究表明，在這種情況下，不管第一場遊戲的結果如何，人們通常會選擇玩另一場遊戲。一輪的贏家選擇扔第二枚硬幣，因為無論第二輪結果如何，他們都會贏，而輸家繼續減少損失。然而，如果玩家不知道第一輪的結果，他們很少選擇投第二輪。
知道一輪的結果，不管結果如何，大多數人選擇繼續。然而，當第一輪的結果未知時，這種決策趨勢發生了很大變化。這種看似非理性的行為改變與傳統的強化學習理論背道而馳——遵循這一理論的預測，客觀選擇不應隨著情境的變化而改變。然而，基於其理論的不確定性，量子力學可以很好地預測這樣一個奇怪的結果。
《量子社會科學》(牛津大學出版社，2013)的合著者伊曼紐爾·海文(Emmanuel Haven)和安德烈·克倫尼科夫(Andrei Khrennikov)認為，「我們可以理解，將『量子模型』應用於決策的核心在於將量子概率應用於認知領域」。
—馬特·欽沃斯
根據量子力學理論，正如一個電子可能同時在兩個地方一樣，第一次擲硬幣的結果可能是處於「著陸前沿」和「著陸後」兩種狀態(著名的思想實驗在這裡可以借鑑:薛丁格的貓可能同時處於生存和死亡的疊加狀態)。然而，當一輪的結果處於這樣一種模糊的「疊加狀態」時，玩家的最終選擇將變得難以預測。與此同時，量子力學理論還認為，人們對自己選擇的預期結果往往會反映在他們的最終決定中。換句話說，人們的期望和他們的最終決定是相互影響或「糾纏」的(參考量子糾纏理論)。
即使相距甚遠的兩個亞原子粒子也可能相互纏繞和影響。例如，測量位於日本的粒子的行為可能會影響當前位於美國的粒子糾纏物體的行為。與心理學相似，這種「糾纏」可能發生在信仰和行為之間。根據海文和赫倫尼科的說法，「正是這種「糾纏」影響了最終的行為反應」。這句話中的行為反應是每個玩家的選擇決定。"通過量子概率，我們可以將這種糾纏模擬到我們的預測模型中."
根據人工智慧促進協會2007年發表的一份報告，科學家可以使用數學模型來模擬兩個相距甚遠的疊加粒子的量子糾纏。這個模型最大的優點是，它可以對人們在擲硬幣模式中做出的不合理決定做出強有力的預測。海文和赫倫尼科認為，「這些無法用邏輯推理解釋的結果可以在量子理論中得到很好的解釋」。
量子遊戲
張的團隊在他們的新研究中比較了兩個量子模型和十二個傳統心理模型在預測決策行為方面的表現。在這項研究中，他們使用了愛荷華賭博任務，該任務可以檢測人們根據錯誤的經歷調整和選擇策略的能力。
在這項任務中，玩家將被要求從四疊牌中抽取牌。紙牌的數量代表玩家是贏還是輸。玩家的任務是贏得儘可能多的錢。這種遊戲的機制在於每疊牌的排列。其中，在一疊牌中贏錢的牌更大，但整體輸錢的牌也更多:如果你從這疊牌中抽牌，玩家在短期內會贏很多錢，但從長遠來看，這種策略會讓玩家在遊戲結束時輸得更多；剩餘三疊牌中獲勝牌的數量較少，但失敗牌的數量也較少。隨著遊戲的進行，最終的贏家逐漸學會從剩下的三疊「穩定遊戲」中抽牌，而輸家總是從能在短期內贏錢的那疊中抽牌。
在以前的研究中，在愛荷華州的遊戲任務中，吸毒者和腦損傷患者的表現總是比健康人差。2014年發表在《應用神經心理學:兒童》上的一項研究強調，特殊群體在這項任務中的不良表現可能與其決策能力受損有關。張在他的研究中招募了近60名健康受試者和40名尼古丁成癮的吸菸者，研究結果也證實了這一結論。
—馬特·欽沃斯
在本研究中，量子模型的性能類似於傳統模型中的最佳模型。但是，張認為「雖然我們的量子模型並沒有明顯優於傳統模型...我們應該認識到量子強化學習理論仍處於初級階段的現實，我們需要更多的研究來完善這一理論框架」。
為了進一步提升研究價值，研究小組在完成愛荷華遊戲任務的同時，通過功能磁共振成像掃描了受試者的大腦。這樣做的目的是揭示當學習和調整遊戲策略時，參與者的大腦發生了什麼變化。由於量子模型可以很好地預測行為結果，研究人員認為，該模型也可以預測研究中的大腦成像結果。
大腦成像確實成功預測了遊戲中健康受試者激活的一些大腦區域，包括與決策相關的前額葉皮層的神經褶皺。然而，在吸菸組的大腦成像中，激活的大腦區域具有不同於量子模型的預測結果。研究人員認為，因為該模型反映了受試者(普通人)基於錯誤經歷學習的能力，該結果進一步證實了吸菸者決策能力的失調。
然而，研究人員也說:「我們仍然需要進一步的實驗研究」來證實吸菸者和健康人之間大腦活動的差異實際上意味著什麼。海文和赫倫·尼科認為:「將量子模型與大腦中的神經生理活動聯繫起來會帶來許多複雜的問題。張團隊的這項研究非常重要，因為他們是這條道路上的先驅
經典強化學習理論模型在情感、心理異常、社會行為、自由意志和許多其他認知功能的學習方面取得了「巨大成功」。張說:「我們希望量子加強理論也能闡明這些領域，並為研究人員提供一個更新穎和原始的理解
隨著時間的推移，或許量子力學理論不僅能從宏觀層面找到人類邏輯缺陷的答案，還能給我們一個答案，說明這些缺陷是如何在單個神經元上表現出來的。
翻譯:李珊珊
校對:曹安傑
排版:北方
http://www . live science . com/quantum-like-model-of-decision-proposed . html
來源:神經現實
編輯:姚峰
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