Hetzelfde fundamentele platform waarmee de kat van Schrödinger zowel levend als dood kan zijn, en ook betekent dat twee deeltjes "met elkaar kunnen spreken", zelfs over de afstand van een melkwegstelsel, zou kunnen helpen om misschien wel de meest mysterieuze verschijnselen te verklaren: menselijk gedrag.
De kwantumfysica en de menselijke psychologie lijken misschien totaal los van elkaar, maar sommige wetenschappers denken dat de twee velden elkaar op interessante manieren overlappen. Beide disciplines proberen te voorspellen hoe onhandelbare systemen zich in de toekomst kunnen gedragen. Het verschil is dat het ene veld de fundamentele aard van fysieke deeltjes wil begrijpen, terwijl het andere probeert uit te leggen mens natuur - samen met haar inherente drogredenen.
"Cognitieve wetenschappers ontdekten dat er veel 'irrationeel' menselijk gedrag is," vertelde Xiaochu Zhang, een biofysicus en neurowetenschapper aan de Universiteit van Wetenschap en Technologie van China in Hefei, WordsSideKick.com in een e-mail. Klassieke theorieën over besluitvorming proberen te voorspellen welke keuze een persoon zal maken op basis van bepaalde parameters, maar feilbare mensen gedragen zich niet altijd zoals verwacht. Recent onderzoek suggereert dat deze fouten in de logica "goed verklaard kunnen worden door de kwantumwaarschijnlijkheidstheorie", zei Zhang.
Zhang staat tussen de voorstanders van de zogenaamde kwantumcognitie. In een nieuwe studie die op 20 januari in het tijdschrift Nature Human Behavior werd gepubliceerd, onderzochten hij en zijn collega's hoe concepten die zijn ontleend aan de kwantummechanica, psychologen kunnen helpen de menselijke besluitvorming beter te voorspellen. Terwijl het team vastlegde welke beslissingen mensen namen over een bekende psychologische taak, volgde het team ook de hersenactiviteit van de deelnemers. De scans belichtten specifieke hersengebieden die mogelijk betrokken zijn bij kwantumachtige denkprocessen.
De studie is "de eerste die het idee van kwantumcognitie op neuraal niveau ondersteunt", zei Zhang.
Cool - wat betekent dat nu eigenlijk?
Onzekerheid
De kwantummechanica beschrijft het gedrag van de kleine deeltjes waaruit alle materie in het heelal bestaat, namelijk atomen en hun subatomaire componenten. Een centraal principe van de theorie suggereert veel onzekerheid in deze wereld van het zeer kleine, iets dat niet op grotere schaal wordt gezien. In de grote wereld kan men bijvoorbeeld weten waar een trein op zijn route is en hoe snel hij reist, en op basis van deze gegevens zou men kunnen voorspellen wanneer die trein op het volgende station zou aankomen.
Verwissel nu de trein voor een elektron en je voorspellende vermogen verdwijnt - je kunt de exacte locatie en het momentum van een bepaald elektron niet weten, maar je zou de kans kunnen berekenen dat het deeltje op een bepaalde plek kan verschijnen, terwijl het op een bepaald tarief. Op deze manier kun je een vaag idee krijgen van wat het elektron van plan is.
Net zoals onzekerheid de subatomaire wereld doordringt, sijpelt het ook in ons besluitvormingsproces, of we nu debatteren over welke nieuwe serie we moeten kijken of onze stem uitbrengen bij presidentsverkiezingen. Hier komt de kwantummechanica om de hoek kijken. In tegenstelling tot klassieke theorieën over besluitvorming, maakt de kwantumwereld ruimte voor een zekere mate van ... onzekerheid.
Klassieke psychologietheorieën zijn gebaseerd op het idee dat mensen beslissingen nemen om "beloningen" te maximaliseren en "straffen" te minimaliseren - met andere woorden, om ervoor te zorgen dat hun acties meer positieve resultaten dan negatieve gevolgen opleveren. Deze logica, bekend als 'versterkend leren', komt overeen met de Pavloniaanse conditionering, waarin mensen leren de gevolgen van hun acties te voorspellen op basis van ervaringen uit het verleden, volgens een rapport uit 2009 in de Journal of Mathematical Psychology.
Als dit echt door dit raamwerk wordt beperkt, zouden mensen consequent de objectieve waarden van twee opties afwegen voordat ze een keuze maken. Maar in werkelijkheid werken mensen niet altijd zo; hun subjectieve gevoelens over een situatie ondermijnen hun vermogen om objectieve beslissingen te nemen.
Koppen en staarten (tegelijkertijd)
Beschouw eens een voorbeeld:
Stel je voor dat je gokt of een gegooide munt op kop of munt terechtkomt. Heads levert je $ 200 op, tails kost $ 100 en je kunt ervoor kiezen om de munt twee keer te gooien. Wanneer ze in dit scenario worden geplaatst, kiezen de meeste mensen ervoor om de weddenschap tweemaal te nemen, ongeacht of de eerste worp resulteert in een overwinning of verlies, volgens een studie die in 1992 in het tijdschrift Cognitive Psychology is gepubliceerd. Vermoedelijk wedden winnaars een tweede keer omdat ze geld verdienen, wat er ook gebeurt, terwijl verliezers wedden om hun verliezen te herstellen, en nog wat. Als spelers echter het resultaat van de eerste muntflip niet mogen weten, maken ze zelden de tweede gok.
Wanneer bekend, laat de eerste flip de keuze die volgt niet beïnvloeden, maar wanneer onbekend, maakt het het verschil. Deze paradox past niet in het kader van klassiek bekrachtigingsleren, dat voorspelt dat de objectieve keuze altijd dezelfde moet zijn. De kwantummechanica houdt daarentegen rekening met onzekerheid en voorspelt deze vreemde uitkomst eigenlijk.
"Je zou kunnen zeggen dat het 'kwantumgebaseerde' besluitvormingsmodel in wezen verwijst naar het gebruik van kwantumwaarschijnlijkheid op het gebied van cognitie," Emmanuel Haven en Andrei Khrennikov, co-auteurs van het leerboek "Quantum Social Science" (Cambridge University Press, 2013), vertelde WordsSideKick.com in een e-mail.
Net zoals een bepaald elektron op een bepaald moment hier of daar kan zijn, gaat de kwantummechanica ervan uit dat de eerste toss tegelijkertijd zowel een overwinning als een verlies heeft opgeleverd. (Met andere woorden, in het beroemde gedachte-experiment is Schrödinger's kat zowel levend als dood.) Terwijl hij gevangen zit in deze dubbelzinnige staat, bekend als "superpositie", is de uiteindelijke keuze van een individu onbekend en onvoorspelbaar. De kwantummechanica erkent ook dat de overtuigingen van mensen over de uitkomst van een bepaalde beslissing - of die nu goed of slecht is - vaak weerspiegelen wat hun uiteindelijke keuze uiteindelijk is. Op deze manier werken de overtuigingen van mensen samen of raken ze 'verstrikt' in hun uiteindelijke actie.
Subatomaire deeltjes kunnen eveneens verstrikt raken en elkaars gedrag beïnvloeden, zelfs wanneer ze van elkaar worden gescheiden door grote afstanden. Zo zou het meten van het gedrag van een deeltje in Japan het gedrag van zijn verwarde partner in de Verenigde Staten veranderen. In de psychologie kan een vergelijkbare analogie worden getrokken tussen overtuigingen en gedragingen. 'Het is precies deze interactie' of staat van verstrengeling 'die het meetresultaat beïnvloedt', aldus Haven en Khrennikov. Het meetresultaat verwijst in dit geval naar de uiteindelijke keuze die een individu maakt. 'Dit kan nauwkeurig worden geformuleerd met behulp van kwantumwaarschijnlijkheid.'
Wetenschappers kunnen deze verstrengelde toestand van superpositie wiskundig modelleren - waarbij twee deeltjes elkaar beïnvloeden, zelfs als ze van grote afstand zijn gescheiden - zoals blijkt uit een rapport uit 2007 van de Association for the Advancement of Artificial Intelligence. En opmerkelijk genoeg voorspelt de uiteindelijke formule nauwkeurig de paradoxale uitkomst van het muntworpparadigma. 'Het verval van de logica kan beter worden verklaard door de kwantumgebaseerde benadering te gebruiken', merkten Haven en Khrennikov op.
Inzetten op quantum
In hun nieuwe studie plaatsten Zhang en zijn collega's twee kwantumgebaseerde besluitvormingsmodellen tegenover 12 klassieke psychologiemodellen om te zien welke het beste het menselijk gedrag tijdens een psychologische taak voorspelden. Het experiment, bekend als de Iowa Gambling Task, is ontworpen om het vermogen van mensen om te leren van fouten te evalueren en hun besluitvormingsstrategie in de loop van de tijd aan te passen.
In de taak trekken deelnemers uit vier kaartspellen. Elke kaart verdient het geld van de speler of kost hem geld, en het doel van het spel is om zoveel mogelijk geld te verdienen. De vangst ligt in hoe elk kaartspel is gestapeld. Trekken uit één kaartspel kan een speler op korte termijn grote sommen geld opleveren, maar aan het einde van het spel zal het veel meer geld kosten. Andere decks leveren op korte termijn kleinere sommen geld op, maar in het algemeen minder boetes. Door middel van gameplay leren winnaars meestal te putten uit de "langzame en stabiele" decks, terwijl verliezers trekken uit de decks waardoor ze snel geld en steile boetes krijgen.
Historisch gezien presteren mensen met drugsverslaving of hersenbeschadiging slechter op de Iowa Gambling Task dan gezonde deelnemers, wat suggereert dat hun toestand op de een of andere manier de besluitvormingsvaardigheden schaadt, zoals wordt benadrukt in een studie die in 2014 is gepubliceerd in het tijdschrift Applied Neuropsychology: Child. Dit patroon gold voor het experiment van Zhang, dat ongeveer 60 gezonde deelnemers omvatte en 40 die verslaafd waren aan nicotine.
De twee kwantummodellen maakten soortgelijke voorspellingen als de meest nauwkeurige onder de klassieke modellen, merkten de auteurs op. "Hoewel de modellen niet overweldigend beter presteerden dan de ... moet men zich ervan bewust zijn dat het raamwerk nog in de kinderschoenen staat en ongetwijfeld aanvullende studies verdient", voegde ze eraan toe.
Om de waarde van hun studie te versterken, maakte het team hersenscans van elke deelnemer tijdens het voltooien van de Iowa Gambling Task. Daarbij probeerden de auteurs een kijkje te nemen naar wat er in de hersenen gebeurde terwijl deelnemers hun gameplay-strategie in de loop van de tijd leerden en bijstuurden. Uitkomsten gegenereerd door het kwantummodel voorspelden hoe dit leerproces zou verlopen, en daarom theoretiseerden de auteurs dat hotspots van hersenactiviteit op de een of andere manier zouden kunnen correleren met de voorspellingen van de modellen.
De scans onthulden tijdens het spelen een aantal actieve hersengebieden bij de gezonde deelnemers, waaronder activering van verschillende grote plooien in de frontale kwab waarvan bekend is dat ze betrokken zijn bij de besluitvorming. In de rookgroep leken echter geen hotspots van hersenactiviteit gebonden aan voorspellingen van het kwantummodel. Aangezien het model het vermogen van deelnemers om van fouten te leren weerspiegelt, kunnen de resultaten illustratieve beperkingen in de besluitvorming in de rookgroep illustreren, merkten de auteurs op.
"Verder onderzoek is echter gerechtvaardigd" om te bepalen wat deze verschillen in hersenactiviteit echt weerspiegelen bij rokers en niet-rokers, voegde ze eraan toe. 'De koppeling van de kwantumachtige modellen met neurofysiologische processen in de hersenen ... is een zeer complex probleem', zeiden Haven en Khrennikov. "Deze studie is van groot belang als eerste stap op weg naar de oplossing."
Modellen van klassiek versterkingsleren hebben "groot succes" laten zien in studies van emotie, psychiatrische stoornissen, sociaal gedrag, vrije wil en vele andere cognitieve functies, zei Zhang. "We hopen dat kwantumversterkend leren ook licht zal werpen en unieke inzichten zal opleveren."
Na verloop van tijd zullen misschien kwantummechanica helpen bij het verklaren van alomtegenwoordige gebreken in de menselijke logica, en hoe die feilbaarheid zich manifesteert op het niveau van individuele neuronen.
