Cognición cuántica - Quantum cognition

No confundir con la reducción objetiva orquestada , que busca explicar la conciencia con la mecánica cuántica.

La cognición cuántica es un campo emergente que aplica el formalismo matemático de la teoría cuántica para modelar fenómenos cognitivos como el procesamiento de información por parte del cerebro humano, el lenguaje , la toma de decisiones , la memoria humana , los conceptos y el razonamiento conceptual, el juicio humano y la percepción . El campo se distingue claramente de la mente cuántica, ya que no depende de la hipótesis de que hay algo de mecánica cuántica microfísica en el cerebro. La cognición cuántica se basa en el paradigma cuántico o paradigma cuántico generalizado o paradigma de estructura cuántica de que el procesamiento de información por sistemas complejos como el cerebro, teniendo en cuenta la dependencia contextual de la información y el razonamiento probabilístico, puede describirse matemáticamente en el marco de la información cuántica. y teoría de la probabilidad cuántica.

La cognición cuántica utiliza el formalismo matemático de la teoría cuántica para inspirar y formalizar modelos de cognición que pretenden ser un avance sobre los modelos basados ​​en la teoría de probabilidad clásica tradicional . El campo se centra en modelar fenómenos en la ciencia cognitiva que han resistido las técnicas tradicionales o donde los modelos tradicionales parecen haber alcanzado una barrera (por ejemplo, la memoria humana), y modelar preferencias en la teoría de la decisión que parecen paradójicas desde un punto de vista racional tradicional (por ejemplo, reversiones de preferencias). Dado que el uso de un marco teórico-cuántico tiene como finalidad la modelización, la identificación de estructuras cuánticas en los fenómenos cognitivos no presupone la existencia de procesos cuánticos microscópicos en el cerebro humano.

Principales temas de investigación

Modelos cuánticos de procesamiento de información ("cerebro cuántico")

El cerebro es definitivamente un sistema físico macroscópico que opera en escalas (de tiempo, espacio, temperatura) que difieren de manera crucial de las escalas cuánticas correspondientes. (Los fenómenos físicos cuánticos macroscópicos, como el condensado de Bose-Einstein, también se caracterizan por las condiciones especiales que definitivamente no se cumplen en el cerebro). En particular, la temperatura del cerebro es simplemente demasiado alta para poder realizar la prueba cuántica real. procesamiento de información, es decir, utilizar los portadores cuánticos de información como fotones, iones, electrones. Como se acepta comúnmente en la ciencia del cerebro, la unidad básica del procesamiento de la información es una neurona. Está claro que una neurona no puede estar en la superposición de dos estados: activa y no activa. Por lo tanto, no puede producir superposición jugando el papel básico en el procesamiento de información cuántica. Las superposiciones de estados mentales son creadas por complejas redes de neuronas (y estas son redes neuronales clásicas). La comunidad de cognición cuántica afirma que la actividad de tales redes neuronales puede producir efectos descritos formalmente como interferencia (de probabilidades) y entrelazamiento. En principio, la comunidad no intenta crear modelos concretos de representación cuántica (similar a) de la información en el cerebro.

El proyecto de cognición cuántica se basa en la observación de que la teoría de la información cuántica y la probabilidad cuántica describen más adecuadamente diversos fenómenos cognitivos que las teorías clásicas correspondientes (véanse los ejemplos a continuación). Por lo tanto, el formalismo cuántico se considera un formalismo operacional que describe el procesamiento no clásico de datos probabilísticos. Derivaciones recientes del formalismo cuántico completo a partir de principios operativos simples para la representación de información apoyan los fundamentos de la cognición cuántica.

Aunque por el momento no podemos presentar los mecanismos neurofisiológicos concretos de la creación de la representación cuántica de la información en el cerebro, podemos presentar consideraciones informativas generales que apoyan la idea de que el procesamiento de la información en el cerebro coincide con la información cuántica y la probabilidad. Aquí, la contextualidad es la palabra clave, consulte la monografía de Khrennikov para una representación detallada de este punto de vista. La mecánica cuántica es fundamentalmente contextual. Los sistemas cuánticos no tienen propiedades objetivas que puedan definirse independientemente del contexto de medición. (Como señaló N. Bohr, debe tenerse en cuenta todo el arreglo experimental.) La contextualidad implica la existencia de variables mentales incompatibles, violación de la ley clásica de probabilidad total y efectos de interferencia (constructiva y destructiva). Por tanto, el enfoque de la cognición cuántica puede considerarse como un intento de formalizar la contextualidad de los procesos mentales mediante el uso del aparato matemático de la mecánica cuántica.

Toma de decisiones

Suponga que a una persona se le da la oportunidad de jugar dos rondas de la siguiente apuesta: un lanzamiento de moneda determinará si el sujeto gana $ 200 o pierde $ 100. Supongamos que el sujeto ha decidido jugar la primera ronda y lo hace. A algunos sujetos se les da el resultado (gane o pierda) de la primera ronda, mientras que a otros sujetos aún no se les da ninguna información sobre los resultados. Luego, el experimentador pregunta si el sujeto desea jugar la segunda ronda. La realización de este experimento con sujetos reales da los siguientes resultados:

  1. Cuando los sujetos creen que ganaron la primera ronda, la mayoría de los sujetos eligen jugar nuevamente en la segunda ronda.
  2. Cuando los sujetos creen que perdieron la primera ronda, la mayoría de los sujetos eligen jugar nuevamente en la segunda ronda.

Dadas estas dos opciones separadas, de acuerdo con el principio de cosa segura de la teoría de la decisión racional, también deberían jugar la segunda ronda incluso si no saben o no piensan en el resultado de la primera ronda. Pero, experimentalmente, cuando no se les dice a los sujetos los resultados de la primera ronda, la mayoría de ellos se niega a jugar una segunda ronda. Este hallazgo viola la ley de probabilidad total, sin embargo, puede explicarse como un efecto de interferencia cuántica de una manera similar a la explicación de los resultados del experimento de doble rendija en física cuántica. Se observan violaciones similares del principio de cosa segura en los estudios empíricos del Dilema del Prisionero y también se han modelado en términos de interferencia cuántica.

Las desviaciones anteriores de las expectativas racionales clásicas en las decisiones de los agentes bajo incertidumbre producen paradojas bien conocidas en la economía del comportamiento, es decir, las paradojas de Allais , Ellsberg y Machina. Estas desviaciones pueden explicarse si se supone que el panorama conceptual general influye en la elección del sujeto de una manera que no es predecible ni controlable. Por tanto, un proceso de decisión es un proceso intrínsecamente contextual, por lo que no puede modelarse en un solo espacio de probabilidad kolmogoroviano, lo que justifica el empleo de modelos de probabilidad cuántica en la teoría de la decisión. Más explícitamente, las situaciones paradójicas anteriores se pueden representar en un formalismo espacial unificado de Hilbert donde el comportamiento humano bajo incertidumbre se explica en términos de aspectos cuánticos genuinos, a saber, superposición, interferencia, contextualidad e incompatibilidad.

Teniendo en cuenta la toma de decisiones automatizada, los árboles de decisión cuántica tienen una estructura diferente en comparación con los árboles de decisión clásicos. Los datos se pueden analizar para ver si un modelo de árbol de decisión cuántico se ajusta mejor a los datos.

Juicios de probabilidad humana

La probabilidad cuántica proporciona una nueva forma de explicar los errores de juicio de probabilidad humana, incluidos los errores de conjunción y disyunción. Un error de conjunción ocurre cuando una persona juzga que la probabilidad de un evento probable L y un evento improbable U es mayor que el evento improbable U; un error de disyunción ocurre cuando una persona considera que la probabilidad de un evento probable L es mayor que la probabilidad del evento probable L o un evento improbable U. La teoría de la probabilidad cuántica es una generalización de la teoría de la probabilidad bayesiana porque se basa en un conjunto de Axiomas de von Neumann que relajan algunos de los axiomas clásicos de Kolmogorov . El modelo cuántico introduce un nuevo concepto fundamental de la cognición: la compatibilidad frente a la incompatibilidad de preguntas y el efecto que esto puede tener en el orden secuencial de los juicios. La probabilidad cuántica proporciona una explicación simple de los errores de conjunción y disyunción, así como muchos otros hallazgos, como los efectos del orden en los juicios de probabilidad.

La paradoja del mentiroso - La influencia contextual de un sujeto humano en el comportamiento de verdad de una entidad cognitiva se exhibe explícitamente por la llamada paradoja del mentiroso , es decir, el valor de verdad de una oración como "esta oración es falsa". Se puede demostrar que el estado verdadero-falso de esta paradoja está representado en un espacio de Hilbert complejo, mientras que las oscilaciones típicas entre verdadero y falso se describen dinámicamente mediante la ecuación de Schrödinger.

Representación del conocimiento

Los conceptos son fenómenos cognitivos básicos que proporcionan el contenido para la inferencia, la explicación y la comprensión del lenguaje. La psicología cognitiva ha investigado diferentes enfoques para comprender conceptos, incluidos ejemplos, prototipos y redes neuronales , y se han identificado diferentes problemas fundamentales, como el comportamiento no clásico probado experimentalmente para la conjunción y disyunción de conceptos, más específicamente el problema Pet-Fish o efecto guppy, y la sobreextensión y la subextensión de la tipicidad y el peso de la pertenencia para la conjunción y la disyunción. En general, la cognición cuántica se ha basado en la teoría cuántica de tres formas para modelar conceptos.

  1. Explotar la contextualidad de la teoría cuántica para explicar la contextualidad de los conceptos en la cognición y el lenguaje y el fenómeno de las propiedades emergentes cuando los conceptos se combinan.
  2. Utilizar el entrelazamiento cuántico para modelar la semántica de las combinaciones de conceptos de una manera no descomposicional y para dar cuenta de las propiedades / asociados / inferencias emergentes en relación con las combinaciones de conceptos.
  3. Utilice la superposición cuántica para explicar el surgimiento de un nuevo concepto cuando se combinan conceptos y, como consecuencia, proponga un modelo explicativo para la situación del problema Pet-Fish, y la sobreextensión y subextensión de los pesos de pertenencia para la conjunción y disyunción de conceptos.

La gran cantidad de datos recopilados por Hampton sobre la combinación de dos conceptos se puede modelar en un marco teórico cuántico específico en el espacio de Fock donde las desviaciones observadas de la teoría clásica de conjuntos (conjuntos difusos), la sobreextensión y la subextensión mencionadas anteriormente de las ponderaciones de membresía, se explican en términos de interacciones contextuales, superposición, interferencia, entrelazamiento y emergencia. Y, además, se ha realizado una prueba cognitiva sobre una combinación de conceptos específicos que revela directamente, a través de la violación de las desigualdades de Bell, el entrelazamiento cuántico entre los conceptos componentes.

Análisis semántico y recuperación de información.

La investigación en (iv) tuvo un profundo impacto en la comprensión y desarrollo inicial de un formalismo para obtener información semántica al tratar conceptos, sus combinaciones y contextos variables en un corpus de documentos no estructurados. Este enigma del procesamiento del lenguaje natural (NLP) y la recuperación de información (IR) en la web, y las bases de datos en general, se puede abordar utilizando el formalismo matemático de la teoría cuántica. Como pasos básicos, (a) K. Van Rijsbergen introdujo un enfoque de estructura cuántica para IR, (b) Widdows y Peters utilizaron una negación lógica cuántica para un sistema de búsqueda concreto, y Aerts y Czachor identificaron la estructura cuántica en teorías del espacio semántico, como análisis semántico latente . Desde entonces, el empleo de técnicas y procedimientos inducidos a partir de los formalismos matemáticos de la teoría cuántica - espacio de Hilbert, lógica cuántica y probabilidad, álgebras no conmutativas, etc. - en campos como IR y PNL, ha producido resultados significativos.

Percepción Gestalt

Hay aparentes similitudes entre la percepción de la Gestalt y la teoría cuántica. En un artículo que analiza la aplicación de la Gestalt a la química, Anton Amann escribe: "La mecánica cuántica no explica la percepción de la Gestalt, por supuesto, pero en la mecánica cuántica y la psicología de la Gestalt existen concepciones y problemas casi isomórficos:

  • De manera similar como con el concepto Gestalt, la forma de un objeto cuántico hace no un existen priori pero depende de la interacción de este objeto cuántico con el medio ambiente (por ejemplo: un observador o un aparato de medición ).
  • La mecánica cuántica y la percepción Gestalt están organizadas de forma holística. Las subentidades no existen necesariamente en un sentido individual distinto.
  • En la mecánica cuántica y la percepción de la Gestalt, los objetos deben crearse mediante la eliminación de las correlaciones holísticas con el 'resto del mundo' ".

Cada uno de los puntos mencionados en el texto anterior de manera simplificada (las explicaciones a continuación se correlacionan respectivamente con los puntos mencionados anteriormente):

  • Como un objeto en la física cuántica no tiene ninguna forma hasta ya menos que interactúe con su entorno; Los objetos según la perspectiva de la Gestalt no tienen mucho significado individualmente como lo tienen cuando hay un "grupo" de ellos o cuando están presentes en un entorno.
  • Tanto en la mecánica cuántica como en la percepción Gestalt, los objetos deben estudiarse como un todo en lugar de encontrar propiedades de componentes individuales e interpolar el objeto completo.
  • En el concepto Gestalt, la creación de un nuevo objeto a partir de otro objeto previamente existente significa que el objeto previamente existente ahora se convierte en una subentidad del nuevo objeto y, por lo tanto, se produce la "eliminación de las correlaciones holísticas". De manera similar, un nuevo objeto cuántico hecho a partir de un objeto previamente existente significa que el objeto previamente existente pierde su visión holística.

Amann comenta: "Las similitudes estructurales entre la percepción Gestalt y la mecánica cuántica están en el nivel de una parábola, pero incluso las parábolas pueden enseñarnos algo, por ejemplo, que la mecánica cuántica es más que la mera producción de resultados numéricos o que el concepto Gestalt es más que una idea tonta, incompatible con las concepciones atomistas ".

Historia

Las ideas para aplicar los formalismos de la teoría cuántica a la cognición aparecieron por primera vez en la década de 1990 por Diederik Aerts y sus colaboradores Jan Broekaert, Sonja Smets y Liane Gabora, por Harald Atmanspacher, Robert Bordley y Andrei Khrennikov. En el Journal of Mathematical Psychology (2009, vol. 53) apareció un número especial sobre la cognición cuántica y la decisión , que plantó una bandera para el campo. Se han publicado algunos libros relacionados con la cognición cuántica, incluidos los de Khrennikov (2004, 2010), Ivancivic e Ivancivic (2010), Busemeyer y Bruza (2012), E. Conte (2012). El primer taller de Interacción Cuántica se llevó a cabo en Stanford en 2007, organizado por Peter Bruza, William Lawless, CJ van Rijsbergen y Don Sofge como parte de la Serie de Simposios de Primavera de AAAI 2007 . A esto le siguieron talleres en Oxford en 2008, Saarbrücken en 2009, en la Serie de Simposios de Otoño de la AAAI 2010 celebrada en Washington, DC , 2011 en Aberdeen , 2012 en París y 2013 en Leicester . Los tutoriales también se presentaron anualmente a partir de 2007 hasta 2013 en la reunión anual de la Sociedad de Ciencias Cognitivas . Un número especial sobre modelos cuánticos de cognición apareció en 2013 en la revista Topics in Cognitive Science .

Teorías relacionadas

Se sugirió por los físicos teóricos David Bohm y Basil Hiley que la mente y la materia tanto emergen de una "orden implicado" . El enfoque de Bohm y Hiley sobre la mente y la materia está respaldado por el filósofo Paavo Pylkkänen . Pylkkänen subraya las características "impredecibles, incontrolables, indivisibles y no lógicas" del pensamiento consciente y establece paralelismos con un movimiento filosófico que algunos llaman " posfenomenología ", en particular con la noción de Pauli Pylkkö de la "experiencia aconceptual", una experiencia no estructurada, experiencia no articulada y prelógica.

Las técnicas matemáticas tanto del grupo de Conte como del grupo de Hiley implican el uso de álgebras de Clifford . Estas álgebras explican la "no conmutatividad" de los procesos de pensamiento (para un ejemplo, ver: operaciones no conmutativas en la vida cotidiana ).

Sin embargo, un área que necesita ser investigada es el concepto de funcionamiento cerebral lateralizado. Algunos estudios de marketing han relacionado las influencias laterales sobre la cognición y la emoción en el procesamiento de los estímulos relacionados con el apego.

Ver también


Referencias

Otras lecturas

  • Busemeyer, JR; Bruza, PD (2012). Modelos cuánticos de cognición y decisión . Prensa de la Universidad de Cambridge. ISBN 978-1-107-01199-1.
  • Busemeyer, JR; Wang, Z. (2019). "Introducción a la cognición cuántica". Revista Española de Psicología . 22 . e53. doi : 10.1017 / sjp.2019.51 . PMID  31868156 . S2CID  209446824 .
  • Conte, E. (2012). Avances en la aplicación de la mecánica cuántica en neurociencia y psicología: un enfoque algebraico de Clifford . Editorial Nova Science. ISBN 978-1-61470-325-9.
  • Ivancevic, V .; Ivancevic, T. (2010). Computación neural cuántica . Saltador. ISBN 978-90-481-3349-9.

enlaces externos