Kvantkognition

Ej att förväxla med Quantum mind .

Kvantkognition är ett framväxande fält som tillämpar kvantteorins matematiska formalism för att modellera kognitiva fenomen som informationsbehandling av den mänskliga hjärnan, språk , beslutsfattande , mänskligt minne , begrepp och konceptuella resonemang, mänskligt omdöme och perception . Fältet skiljer sig tydligt från kvantsinnet eftersom det inte är beroende av hypotesen att det finns något mikrofysiskt kvantmekaniskt med hjärnan. Kvantkognition är baserad på det kvantliknande paradigmet eller det generaliserade kvantparadigmet eller kvantstrukturparadigmet att informationsbehandling av komplexa system som hjärnan, med hänsyn till informationens kontextuella beroende och probabilistiska resonemang, kan beskrivas matematiskt inom ramen för kvantinformation och kvantsannolikhetsteori.

Kvantkognition använder kvantteorins matematiska formalism för att inspirera och formalisera kognitionsmodeller som syftar till att vara ett framsteg jämfört med modeller baserade på sannolikhetsteori . Fältet fokuserar på modelleringsfenomen inom kognitionsvetenskap som har motstått traditionella tekniker eller där traditionella modeller verkar ha nått en barriär (t.ex. mänskligt minne), och modelleringspreferenser i beslutsteori som verkar paradoxala ur en traditionell rationell synvinkel (t.ex. återföringar av preferenser). Eftersom användningen av ett kvantteoretisk ramverk är för modelleringsändamål, förutsätter inte identifieringen av kvantstrukturer i kognitiva fenomen att det finns mikroskopiska kvantprocesser i den mänskliga hjärnan.

Huvudämnen för forskning

Kvantliknande modeller för informationsbehandling ("kvantliknande hjärna")

Hjärnan är definitivt ett makroskopiskt fysiskt system som verkar på skalor av tid, rum och temperatur som - från den vanliga synen - skiljer sig avgörande från motsvarande kvantskalor. Makroskopiska kvantfysikaliska fenomen, som Bose-Einstein-kondensatet , kännetecknas också av speciella förhållanden som definitivt inte uppfylls i hjärnan. I synnerhet är hjärnans temperatur helt enkelt för hög för att kunna utföra verklig kvantinformationsbearbetning, dvs att använda kvantbärare av information som fotoner, joner eller elektroner. Som allmänt accepterat inom hjärnvetenskap är den grundläggande enheten för informationsbehandling en neuron. Det är tydligt att en neuron inte kan vara i superposition av två tillstånd: avfyrande och icke-avfyrande. Därför kan den inte producera superposition som spelar den grundläggande rollen i kvantinformationsbehandlingen. Superpositioner av mentala tillstånd skapas av komplexa nätverk av neuroner (klassiska neurala nätverk). Kvantkognitionsgemenskapen säger att aktiviteten hos sådana neurala nätverk kan ge effekter som formellt beskrivs som störning (av sannolikheter) och intrassling. I princip försöker samhället dock inte skapa konkreta modeller för "kvantliknande" representation av information i hjärnan.

Kvantkognitionsprojektet bygger på observationen att olika kognitiva fenomen är mer adekvat beskrivna av kvantinformationsteori och kvantsannolikhet än av motsvarande klassiska teorier (se exempel nedan). Kvantformalismen anses således vara en operationell formalism som beskriver icke-klassisk bearbetning av probabilistiska data. Nya härledningar av den fullständiga kvantformalismen från enkla operativa principer för representation av information stödjer grunderna för kvantkognition.

Även om vi för tillfället inte kan presentera de konkreta neurofysiologiska mekanismerna för att skapa den kvantliknande representationen av information i hjärnan, kan vi presentera allmänna informationsöverväganden som stöder tanken att informationsbehandling i hjärnan matchar kvantinformation och sannolikhet. Här är kontextualitet nyckelordet (se Khrennikovs monografi för detaljerad representation av denna synvinkel). Kvantmekaniken är i grunden kontextuell. Kvantsystem har inte objektiva egenskaper som kan definieras oberoende av mätkontext. Som har påpekats av Niels Bohr måste hela försöksarrangemanget beaktas. Kontextualitet innebär förekomsten av inkompatibla mentala variabler, brott mot den klassiska lagen om total sannolikhet och konstruktiva eller destruktiva störningseffekter. Kvantkognitionsmetoden kan således betraktas som ett försök att formalisera mentala processers kontextualitet, genom att använda kvantmekanikens matematiska apparat.

Beslutsfattande

Anta att en person ges en möjlighet att spela två omgångar av följande chansning: en myntkastning avgör om försökspersonen vinner $200 eller förlorar $100. Anta att försökspersonen har bestämt sig för att spela första omgången och gör det. Vissa ämnen får sedan resultatet (vinn eller försvinn) i första omgången, medan andra ämnen ännu inte får någon information om resultaten. Försöksledaren frågar sedan om försökspersonen vill spela den andra omgången. Att utföra detta experiment med verkliga ämnen ger följande resultat:

  1. När försökspersonerna tror att de vann den första omgången, väljer majoriteten av försökspersonerna att spela igen på den andra omgången.
  2. När försökspersonerna tror att de förlorade den första omgången, väljer majoriteten av försökspersonerna att spela igen på den andra omgången.

Givet dessa två separata val, enligt den säkra principen för rationell beslutsteorin, bör de också spela andra omgången även om de inte vet eller tänker på resultatet av den första omgången. Men experimentellt, när försökspersonerna inte får veta resultatet av den första omgången, vägrar majoriteten av dem att spela en andra omgång. Detta fynd bryter mot lagen om total sannolikhet, men det kan förklaras som en kvantinterferenseffekt på ett sätt som liknar förklaringen till resultaten från dubbelslitsexperiment i kvantfysik. Liknande kränkningar av säkra principen ses i empiriska studier av Fångens Dilemma och har likaså modellerats i termer av kvantinterferens.

Ovanstående avvikelser från klassiska rationella förväntningar i agenters beslut under osäkerhet producerar välkända paradoxer inom beteendeekonomi, det vill säga Allais-, Ellsberg- och Machina -paradoxerna. Dessa avvikelser kan förklaras om man antar att det övergripande konceptuella landskapet påverkar ämnets val på ett varken förutsägbart eller kontrollerbart sätt. En beslutsprocess är alltså en inneboende kontextuell process, därför kan den inte modelleras i ett enda kolmogoroviskt sannolikhetsutrymme, vilket motiverar användningen av kvantsannolikhetsmodeller i beslutsteori. Mer explicit kan de paradoxala situationerna ovan representeras i en enhetlig Hilbert-rymdformalism där mänskligt beteende under osäkerhet förklaras i termer av genuina kvantaspekter, nämligen superposition, interferens, kontextualitet och inkompatibilitet.

Med tanke på automatiserat beslutsfattande har kvantbeslutsträd en annan struktur jämfört med klassiska beslutsträd. Data kan analyseras för att se om en kvantbeslutsträdmodell passar data bättre.

Mänskliga sannolikhetsbedömningar

Kvantsannolikhet ger ett nytt sätt att förklara mänskliga sannolikhetsbedömningsfel inklusive konjunktions- och disjunktionsfel. Ett konjunktionsfel uppstår när en person bedömer att sannolikheten för en sannolik händelse L och en osannolik händelse U är större än den osannolika händelsen U; ett disjunktionsfel uppstår när en person bedömer att sannolikheten för en sannolik händelse L är större än sannolikheten för den sannolika händelsen L eller en osannolik händelse U. Kvantsannolikhetsteori är en generalisering av Bayesiansk sannolikhetsteori eftersom den är baserad på en uppsättning av von Neumann axiom som slappnar av några av de klassiska Kolmogorov- axiomen. Kvantmodellen introducerar ett nytt grundläggande koncept för kognition - kompatibiliteten kontra inkompatibiliteten av frågor och den effekt detta kan ha på den sekventiella ordningen av bedömningar. Kvantsannolikhet ger en enkel redogörelse för konjunktions- och disjunktionsfel samt många andra fynd som ordningseffekter på sannolikhetsbedömningar.

Lögnarparadoxen - Det kontextuella inflytandet av ett mänskligt subjekt på sanningsbeteendet hos en kognitiv enhet visas uttryckligen av den så kallade lögnarparadoxen , det vill säga sanningsvärdet av en mening som "den här meningen är falsk". Man kan visa att sann-falskt tillstånd av denna paradox representeras i ett komplext Hilbert-rum, medan de typiska svängningarna mellan sant och falskt beskrivs dynamiskt av Schrödinger-ekvationen.

Kunskapsrepresentation

Begrepp är grundläggande kognitiva fenomen, som ger innehållet för slutledning, förklaring och språkförståelse. Kognitiv psykologi har forskat på olika tillvägagångssätt för att förstå begrepp, inklusive exemplar, prototyper och neurala nätverk , och olika grundläggande problem har identifierats, såsom det experimentellt testade icke-klassiska beteendet för sammansättning och disjunktion av begrepp, mer specifikt Pet-Fish-problemet eller guppy-effekt, och överextension och underextension av typiskhet och medlemsvikt för konjunktion och disjunktion. I stort sett har kvantkognition dragit nytta av kvantteorin på tre sätt för att modellera begrepp.

  1. Utnyttja kvantteorins kontextualitet för att redogöra för kontextualiteten hos begrepp i kognition och språk och fenomenet emergenta egenskaper när begrepp kombineras
  2. Använd kvantentanglement för att modellera semantiken för begreppskombinationer på ett icke-sönderfallande sätt, och för att redogöra för framväxande egenskaper/associationer/inferenser i relation till begreppskombinationer
  3. Använd kvantsuperposition för att redogöra för uppkomsten av ett nytt koncept när begrepp kombineras, och som en konsekvens av detta lägg fram en förklaringsmodell för Pet-Fish-problemsituationen, och överextension och underextension av medlemsvikter för konjunktion och disjunktion av begrepp.

Den stora mängd data som samlats in av Hampton om kombinationen av två begrepp kan modelleras i ett specifikt kvantteoretisk ramverk i Fock-rymden där de observerade avvikelserna från klassisk mängd (fuzzy set) teori, ovan nämnda över- och underförlängning av medlemsvikter, förklaras i termer av kontextuella interaktioner, överlagring, interferens, intrassling och uppkomst. Och, mer, ett kognitivt test på en specifik begreppskombination har utförts som direkt avslöjar, genom att bryta mot Bells ojämlikheter, kvantförveckling mellan begreppen som ingår.

Semantisk analys och informationssökning

Forskningen i (iv) hade en djup inverkan på förståelsen och den initiala utvecklingen av en formalism för att erhålla semantisk information när man hanterar begrepp, deras kombinationer och variabla sammanhang i en korpus av ostrukturerade dokument. Denna gåta med bearbetning av naturligt språk (NLP) och informationssökning (IR) på webben – och databaser i allmänhet – kan lösas med hjälp av kvantteorins matematiska formalism. Som grundläggande steg introducerade (a) K. Van Rijsbergen en kvantstrukturansats till IR, (b) Widdows och Peters använde en kvantlogisk negation för ett konkret söksystem, och Aerts och Czachor identifierade kvantstruktur i semantiska rymdteorier, som t.ex. latent semantisk analys . Sedan dess har användningen av tekniker och procedurer inducerade från kvantteorins matematiska formalismer – Hilbertrum, kvantlogik och sannolikhet, icke-kommutativa algebror, etc. – inom områden som IR och NLP, gett betydande resultat.

Gestaltuppfattning

Det finns uppenbara likheter mellan gestaltuppfattning och kvantteori. I en artikel som diskuterar tillämpningen av gestalt på kemi, Anton Amann : "Kvantmekaniken förklarar naturligtvis inte gestaltuppfattningen, men inom kvantmekaniken och gestaltpsykologin finns det nästan isomorfa föreställningar och problem:

  • På samma sätt som med gestaltkonceptet existerar inte formen av ett kvantobjekt a priori utan det beror på interaktionen mellan detta kvantobjekt och omgivningen (till exempel: en observatör eller en mätapparat ).
  • Kvantmekanik och gestaltuppfattning är organiserade på ett holistiskt sätt. Subentiteter inte nödvändigtvis i en distinkt, individuell mening.
  • Inom kvantmekaniken och gestaltuppfattningen måste objekt skapas genom att eliminera holistiska korrelationer med "resten av världen".

Var och en av punkterna som nämns i ovanstående text på ett förenklat sätt (förklaringarna nedan korrelerar respektive med de ovan nämnda punkterna):

  • Eftersom ett objekt i kvantfysiken inte har någon form förrän och om det inte interagerar med sin omgivning; Objekt enligt gestaltperspektiv har inte så stor betydelse individuellt som de gör när det finns en "grupp" av dem eller när de är närvarande i en miljö.
  • Både inom kvantmekanik och gestaltuppfattning måste objekten studeras som en helhet snarare än att hitta egenskaper hos enskilda komponenter och interpolera hela objektet.
  • I Gestalt-konceptet innebär skapandet av ett nytt objekt från ett annat tidigare existerande objekt att det tidigare existerande objektet nu blir en underenhet av det nya objektet, och därför inträffar "eliminering av holistiska korrelationer". På liknande sätt innebär ett nytt kvantobjekt tillverkat av ett tidigare existerande objekt att det tidigare existerande objektet förlorar sin helhetssyn.

Amann kommenterar: "De strukturella likheterna mellan gestaltuppfattning och kvantmekanik är på samma nivå som en liknelse, men även liknelser kan lära oss något, till exempel att kvantmekanik är mer än bara produktion av numeriska resultat eller att gestaltkonceptet är mer än bara en dum idé, oförenlig med atomistiska föreställningar."

Historia

Idéer för att tillämpa kvantteorins formalismer på kognition dök upp först på 1990-talet av Diederik Aerts och hans medarbetare Jan Broekaert, Sonja Smets och Liane Gabora, av Harald Atmanspacher, Robert Bordley och Andrei Khrennikov. Ett specialnummer om Quantum Cognition and Decision dök upp i Journal of Mathematical Psychology (2009, vol 53.), som planterade en flagga för fältet. Ett fåtal böcker relaterade till kvantkognition har publicerats, inklusive de av Khrennikov (2004, 2010), Ivancivic och Ivancivic (2010), Busemeyer och Bruza (2012), E. Conte (2012). Den första Quantum Interaction-workshopen hölls i Stanford 2007, organiserad av Peter Bruza, William Lawless, CJ van Rijsbergen och Don Sofge som en del av 2007 års AAAI Spring Symposium Series. Detta följdes av workshops i Oxford 2008, Saarbrücken 2009, vid 2010 AAAI Fall Symposium Series som hölls i Washington, DC , 2011 i Aberdeen , 2012 i Paris och 2013 i Leicester . Handledningar presenterades också årligen från och med 2007 till 2013 vid det årliga mötet för Cognitive Science Society . A Special Issue on Quantum models of Cognition publicerades 2013 i tidskriften Topics in Cognitive Science .

Se även

Vidare läsning

externa länkar

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Quantum_cognition&oldid=1139485547 "