Haben wir Quantengehirne? „Irrationales“ Verhalten folgt seltsamen Regeln: ScienceAlert

By | January 22, 2024

Menschliches Verhalten ist ein Rätsel, das viele Wissenschaftler fasziniert. Und es wurde viel über die Rolle der Wahrscheinlichkeit bei der Erklärung der Funktionsweise unseres Geistes diskutiert.

Wahrscheinlichkeit ist eine mathematische Struktur, die uns sagen soll, wie wahrscheinlich es ist, dass ein Ereignis eintritt – und sie funktioniert in vielen Alltagssituationen gut. Beispielsweise wird das Ergebnis beim Werfen einer Münze mit ½ – oder 50 Prozent – ​​beschrieben, da das Werfen von „Kopf“ oder „Zahl“ gleichermaßen wahrscheinlich ist.

Untersuchungen haben jedoch gezeigt, dass menschliches Verhalten durch diese traditionellen oder „klassischen“ Wahrscheinlichkeitsgesetze nicht vollständig erfasst werden kann. Könnte es stattdessen durch die Art und Weise erklärt werden, wie Wahrscheinlichkeit in der mysteriöseren Welt der Quantenmechanik funktioniert?

Mathematische Wahrscheinlichkeit ist auch ein wichtiger Bestandteil der Quantenmechanik, dem Zweig der Physik, der beschreibt, wie sich die Natur auf der Skala von Atomen oder subatomaren Teilchen verhält. Wie wir jedoch sehen werden, folgen Wahrscheinlichkeiten in der Quantenwelt ganz anderen Regeln.

Entdeckungen der letzten zwei Jahrzehnte haben Aufschluss über die entscheidende Rolle der „Quantität“ in der menschlichen Wahrnehmung gegeben – wie das menschliche Gehirn Informationen verarbeitet, um Wissen oder Verständnis zu erlangen. Diese Erkenntnisse haben möglicherweise auch Auswirkungen auf die Entwicklung der künstlichen Intelligenz (KI).

menschliche „Irrationalität“

Der Nobelpreisträger Daniel Kahnemann und andere Kognitionswissenschaftler haben sich mit dem beschäftigt, was sie als „Irrationalität“ menschlichen Verhaltens bezeichnen. Wenn Verhaltensmuster aus mathematischer Sicht nicht strikt den Regeln der klassischen Wahrscheinlichkeitstheorie entsprechen, gelten sie als „irrational“.

Eine Studie ergab beispielsweise, dass die meisten Studierenden, die eine Abschlussprüfung bestanden hatten, danach lieber in den Urlaub fuhren. Ebenso wollen die meisten, die scheitern, auch Urlaub machen.

Wenn ein Student sein Ergebnis nicht kennt, würde die klassische Wahrscheinlichkeit vorhersagen, dass er sich für Urlaub entscheiden würde, weil dies die bevorzugte Option ist, unabhängig davon, ob er bestanden hat oder nicht. Die Erfahrung zeigt jedoch, dass die meisten Studierenden es vorzogen, nicht in den Urlaub zu fahren, wenn sie nicht wussten, wie es ihnen ergangen war.

Intuitiv ist es nicht schwer zu verstehen, dass Studierende möglicherweise nicht in den Urlaub fahren möchten, wenn sie sich ständig Sorgen um ihre Prüfungsergebnisse machen.

Die klassische Wahrscheinlichkeit erfasst das Verhalten jedoch nicht genau und wird daher als irrational beschrieben. In der Kognitionswissenschaft wurden viele ähnliche Verstöße gegen die klassischen Wahrscheinlichkeitsregeln beobachtet.

Quantenhirn?

Wenn in der klassischen Wahrscheinlichkeitsrechnung eine Reihe von Fragen gestellt wird, hängen die Antworten nicht von der Reihenfolge ab, in der die Fragen gestellt werden. Im Gegensatz dazu können in der Quantenphysik die Antworten auf eine Reihe von Fragen entscheidend von der Reihenfolge abhängen, in der sie gestellt werden.

Ein Beispiel ist die Messung des Spins eines Elektrons in zwei verschiedene Richtungen. Wenn man zunächst den Spin in horizontaler Richtung und dann in vertikaler Richtung misst, erhält man ein Ergebnis.

Aufgrund eines bekannten Merkmals der Quantenmechanik werden die Ergebnisse im Allgemeinen anders ausfallen, wenn die Reihenfolge umgekehrt wird. Die bloße Messung einer Eigenschaft eines Quantensystems kann Einfluss darauf haben, was gemessen wird (in diesem Fall den Spin eines Elektrons) und damit das Ergebnis nachfolgender Experimente.

Ordnungsabhängigkeit lässt sich auch im menschlichen Verhalten beobachten. In einer vor 20 Jahren veröffentlichten Studie über die Auswirkungen der Reihenfolge der Fragen auf die Antworten der Befragten wurden die Teilnehmer beispielsweise gefragt, ob sie den früheren US-Präsidenten Bill Clinton für ehrlich hielten. Anschließend wurden sie gefragt, ob ihr Vizepräsident Al Gore ehrlich wirke.

Als die Fragen in dieser Reihenfolge gestellt wurden, antworteten 50 % bzw. 60 % der Befragten, dass sie ehrlich seien. Aber als Meinungsforscher die Befragten zuerst nach Gore und dann nach Clinton fragten, sagten 68 % bzw. 60 %, dass sie ehrlich seien.

Im Alltag mag es scheinen, dass menschliches Verhalten nicht konsistent ist, weil es oft gegen die Regeln der klassischen Wahrscheinlichkeitstheorie verstößt. Dieses Verhalten scheint jedoch zur Funktionsweise der Wahrscheinlichkeit in der Quantenmechanik zu passen.

Beobachtungen dieser Art haben den Kognitionswissenschaftler Jerome Busemeyer und viele andere zu der Erkenntnis geführt, dass die Quantenmechanik insgesamt menschliches Verhalten konsistenter erklären kann.

Basierend auf dieser überraschenden Hypothese ist im Bereich der Kognitionswissenschaften ein neues Forschungsgebiet namens „Quantenkognition“ entstanden.

Wie ist es möglich, dass Denkprozesse durch Quantenregeln bestimmt werden? Funktioniert unser Gehirn wie ein Quantencomputer? Noch kennt niemand die Antworten, aber empirische Daten scheinen stark darauf hinzuweisen, dass unser Denken Quantenregeln folgt.

Dynamisches Verhalten

Parallel zu diesen aufregenden Entwicklungen haben meine Mitarbeiter und ich in den letzten zwei Jahrzehnten ein Rahmenwerk zur Modellierung – oder Simulation – der Dynamik des kognitiven Verhaltens von Menschen entwickelt, wenn sie „verrauschte“ (d. h. unvollkommene) Informationen aus der Außenwelt verarbeiten .

Wir entdeckten erneut, dass mathematische Techniken, die zur Modellierung der Quantenwelt entwickelt wurden, angewendet werden können, um zu modellieren, wie das menschliche Gehirn verrauschte Daten verarbeitet.

Diese Prinzipien können auf andere Verhaltensweisen in der Biologie über das Gehirn hinaus angewendet werden. Grüne Pflanzen verfügen beispielsweise über die bemerkenswerte Fähigkeit, chemische und andere Informationen aus ihrer Umgebung zu extrahieren, zu analysieren und sich an Veränderungen anzupassen.

Meine grobe Schätzung, die auf einem kürzlich durchgeführten Experiment an Bohnenpflanzen basiert, legt nahe, dass sie diese externen Informationen effizienter verarbeiten können als der beste Computer, den wir heute haben.

In diesem Zusammenhang bedeutet Effizienz, dass die Fabrik in der Lage ist, die Unsicherheit über ihre äußere Umgebung unter ihren gegebenen Umständen so weit wie möglich zu reduzieren. Dies könnte beispielsweise darin bestehen, die Richtung, aus der das Licht kommt, einfach zu erkennen, damit die Pflanze in diese Richtung wachsen kann.

Die effiziente Verarbeitung von Informationen durch einen Organismus ist auch mit der Einsparung von Energie verbunden, die für sein Überleben wichtig ist.

Ähnliche Regeln gelten möglicherweise für das menschliche Gehirn, insbesondere für die Art und Weise, wie sich unsere Stimmung ändert, wenn wir externe Signale wahrnehmen. All dies ist wichtig für den aktuellen Verlauf der technologischen Entwicklung.

Wenn sich unser Verhalten am besten durch die Art und Weise beschreiben lässt, wie die Wahrscheinlichkeit in der Quantenmechanik funktioniert, dann sollten KI-Systeme wahrscheinlich eher Quantenregeln als klassischen Regeln folgen, um menschliches Verhalten in Maschinen genau nachzubilden.

Ich habe diese Idee künstliche Quantenintelligenz (AQI) genannt. Um aus einer solchen Idee praktische Anwendungen zu entwickeln, ist viel Forschung nötig.

Aber ein AQI könnte uns helfen, das Ziel von KI-Systemen zu erreichen, die sich eher wie eine echte Person verhalten.Die Unterhaltung

Dorje C. Brody, Professorin für Mathematik, University of Surrey

Dieser Artikel wurde von The Conversation unter einer Creative Commons-Lizenz erneut veröffentlicht. Lesen Sie den Originalartikel.

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