Qu’est-ce que la cognition quantique? La théorie de la physique pourrait prédire le comportement humain.

La même plate-forme fondamentale qui permet au chat de Schrödinger d’être à la fois vivant et mort, et signifie également que deux particules peuvent “se parler” même à travers la distance d’une galaxie, pourrait aider à expliquer peut-être le phénomène le plus mystérieux: le comportement humain.

La physique quantique et la psychologie humaine peuvent sembler complètement indépendantes, mais certains scientifiques pensent que les deux domaines se chevauchent de manière intéressante. Les deux disciplines tentent de prédire comment les systèmes indisciplinés pourraient se comporter à l’avenir. La différence est qu’un domaine vise à comprendre la nature fondamentale des particules physiques, tandis que l’autre tente d’expliquer Humain nature – avec ses erreurs inhérentes.

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Zhang fait partie des partisans de la soi-disant cognition quantique. Dans une nouvelle étude publiée le 20 janvier dans la revue Nature Human Behavior, lui et ses collègues ont étudié comment les concepts empruntés à la mécanique quantique peuvent aider les psychologues à mieux prédire la prise de décision humaine. Tout en enregistrant les décisions prises par les gens sur une tâche de psychologie bien connue, l’équipe a également surveillé l’activité cérébrale des participants. Les analyses ont mis en évidence des régions cérébrales spécifiques pouvant être impliquées dans des processus de pensée de type quantique.

L’étude est “la première à soutenir l’idée de la cognition quantique au niveau neuronal”, a déclaré Zhang.

Cool – maintenant qu’est-ce que cela signifie vraiment?

Incertitude

La mécanique quantique décrit le comportement des minuscules particules qui composent toute la matière dans l’univers, à savoir les atomes et leurs composants subatomiques. Un principe central de la théorie suggère une grande incertitude dans ce monde du très petit, quelque chose qui n’est pas vu à plus grande échelle. Par exemple, dans le grand monde, on peut savoir où un train se trouve sur sa route et à quelle vitesse il voyage, et étant donné ces données, on pourrait prédire quand ce train devrait arriver à la prochaine gare.

Maintenant, échangez le train pour un électron, et votre pouvoir prédictif disparaît – vous ne pouvez pas connaître l’emplacement exact et l’élan d’un électron donné, mais vous pouvez calculer la probabilité que la particule apparaisse à un certain endroit, voyageant à un taux particulier. De cette façon, vous pourriez avoir une idée floue de ce que pourrait faire l’électron.

Tout comme l’incertitude imprègne le monde subatomique, elle s’infiltre également dans notre processus décisionnel, que nous débattions de la nouvelle série à surveiller ou que nous votions lors d’une élection présidentielle. C’est là qu’intervient la mécanique quantique. Contrairement aux théories classiques de la prise de décision, le monde quantique laisse place à un certain degré… d’incertitude.

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Les théories de la psychologie classique reposent sur l’idée que les gens prennent des décisions afin de maximiser les «récompenses» et de minimiser les «punitions» – en d’autres termes, pour s’assurer que leurs actions aboutissent à des résultats plus positifs que des conséquences négatives. Cette logique, connue sous le nom d ‘«apprentissage par renforcement», est conforme au conditionnement pavlonien, dans lequel les gens apprennent à prédire les conséquences de leurs actions en fonction des expériences passées, selon un rapport de 2009 dans le Journal of Mathematical Psychology.

S’ils étaient vraiment contraints par ce cadre, les humains pèseraient systématiquement les valeurs objectives de deux options avant de choisir entre elles. Mais en réalité, les gens ne travaillent pas toujours de cette façon; leurs sentiments subjectifs au sujet d’une situation minent leur capacité à prendre des décisions objectives.

Têtes et queues (en même temps)

Prenons un exemple:

Imaginez que vous placez des paris sur si une pièce lancée tombera sur la tête ou la queue. La tête vous rapporte 200 $, la queue vous coûte 100 $ et vous pouvez choisir de lancer la pièce deux fois. Lorsqu’ils sont placés dans ce scénario, la plupart des gens choisissent de prendre le pari deux fois, que le lancer initial entraîne une victoire ou une perte, selon une étude publiée en 1992 dans la revue Cognitive Psychology. Vraisemblablement, les gagnants misent une deuxième fois parce qu’ils sont susceptibles de gagner de l’argent quoi qu’il en soit, tandis que les perdants misent pour tenter de récupérer leurs pertes, puis certains. Cependant, si les joueurs ne sont pas autorisés à connaître le résultat du premier lancer de pièce, ils font rarement le deuxième pari.

Lorsqu’il est connu, le premier flip n’influence pas le choix qui suit, mais lorsqu’il est inconnu, il fait toute la différence. Ce paradoxe ne rentre pas dans le cadre de l’apprentissage par renforcement classique, qui prédit que le choix objectif devrait toujours être le même. En revanche, la mécanique quantique prend en compte l’incertitude et prédit réellement ce résultat étrange.

«On pourrait dire que le modèle de prise de décision« basé sur le quantum »se réfère essentiellement à l’utilisation de la probabilité quantique dans le domaine de la cognition», Emmanuel Haven et Andrei Khrennikov, co-auteurs du manuel «Quantum Social Science» (Cambridge University Press, 2013), a déclaré Live Science dans un e-mail.

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Tout comme un électron particulier peut être ici ou là à un moment donné, la mécanique quantique suppose que le premier tirage au sort a entraîné à la fois une victoire et une perte. (En d’autres termes, dans la célèbre expérience de pensée, le chat de Schrödinger est à la fois vivant et mort.) Bien qu’il soit pris dans cet état ambigu, connu sous le nom de «superposition», le choix final d’un individu est inconnu et imprévisible. La mécanique quantique reconnaît également que les croyances des gens sur le résultat d’une décision donnée – qu’elle soit bonne ou mauvaise – reflètent souvent ce que leur choix final finit par être. De cette façon, les croyances des gens interagissent ou s’entremêlent avec leur action éventuelle.

Les particules subatomiques peuvent également s’emmêler et s’influencer mutuellement même lorsqu’elles sont séparées par de grandes distances. Par exemple, mesurer le comportement d’une particule située au Japon modifierait le comportement de son partenaire enchevêtré aux États-Unis. En psychologie, une analogie similaire peut être établie entre les croyances et les comportements. “C’est précisément cette interaction,” ou état d’intrication “, qui influence le résultat de la mesure”, ont déclaré Haven et Khrennikov. Le résultat de la mesure, dans ce cas, fait référence au choix final qu’un individu fait. “Cela peut être formulé avec précision à l’aide de la probabilité quantique.”

Les scientifiques peuvent modéliser mathématiquement cet état de superposition enchevêtré – dans lequel deux particules s’affectent même si elles sont séparées par une grande distance – comme le démontre un rapport de 2007 publié par l’Association for the Advancement of Artificial Intelligence. Et remarquablement, la formule finale prédit avec précision l’issue paradoxale du paradigme du tirage au sort. “Le manque de logique peut être mieux expliqué en utilisant l’approche basée sur le quantum”, ont noté Haven et Khrennikov.

Parier sur le quantum

Dans leur nouvelle étude, Zhang et ses collègues ont opposé deux modèles quantiques de prise de décision à 12 modèles de psychologie classique pour voir lequel prédisait le mieux le comportement humain lors d’une tâche psychologique. L’expérience, connue sous le nom de tâche de jeu de l’Iowa, est conçue pour évaluer la capacité des gens à apprendre des erreurs et à ajuster leur stratégie de prise de décision au fil du temps.

Dans la tâche, les participants tirent de quatre jeux de cartes. Chaque carte rapporte de l’argent au joueur ou lui coûte de l’argent, et le but du jeu est de gagner autant d’argent que possible. Le problème réside dans la façon dont chaque jeu de cartes est empilé. Le fait de tirer d’un deck peut rapporter à un joueur de grosses sommes d’argent à court terme, mais cela lui coûtera beaucoup plus d’argent à la fin de la partie. D’autres decks fournissent des sommes d’argent plus petites à court terme, mais moins de pénalités dans l’ensemble. Grâce au jeu, les gagnants apprennent à tirer principalement sur les decks “lents et stables”, tandis que les perdants tirent sur les decks qui leur rapportent de l’argent rapide et des pénalités importantes.

Historiquement, les personnes toxicomanes ou atteintes de lésions cérébrales obtiennent de moins bons résultats sur la tâche de jeu de l’Iowa que les participants en bonne santé, ce qui suggère que leur état altère en quelque sorte les capacités de prise de décision, comme le souligne une étude publiée en 2014 dans la revue Applied Neuropsychology: Child. Cette tendance s’est vérifiée dans l’expérience de Zhang, qui comprenait environ 60 participants en bonne santé et 40 qui étaient dépendants de la nicotine.

Les deux modèles quantiques ont fait des prédictions similaires aux plus précises parmi les modèles classiques, ont noté les auteurs. “Bien que le [quantum] les modèles n’ont pas largement dépassé les [classical] … il faut savoir que le [quantum reinforcement learning] cadre est encore à ses balbutiements et mérite sans aucun doute des études supplémentaires “, ont-ils ajouté.

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Pour renforcer la valeur de leur étude, l’équipe a pris des scans du cerveau de chaque participant alors qu’ils terminaient la tâche de jeu de l’Iowa. Ce faisant, les auteurs ont tenté de voir ce qui se passait à l’intérieur du cerveau alors que les participants apprenaient et ajustaient leur stratégie de jeu au fil du temps. Les résultats générés par le modèle quantique prédisaient comment ce processus d’apprentissage se déroulerait et, par conséquent, les auteurs ont émis l’hypothèse que les points chauds de l’activité cérébrale pourraient en quelque sorte être en corrélation avec les prédictions des modèles.

Les analyses ont révélé un certain nombre de zones cérébrales actives chez les participants en bonne santé pendant le jeu, y compris l’activation de plusieurs grands plis dans le lobe frontal connus pour être impliqués dans la prise de décision. Dans le groupe fumeur, cependant, aucun point chaud d’activité cérébrale ne semblait lié aux prédictions faites par le modèle quantique. Comme le modèle reflète la capacité des participants à apprendre des erreurs, les résultats peuvent illustrer des troubles de la prise de décision dans le groupe fumeur, ont noté les auteurs.

Cependant, “d’autres recherches sont justifiées” pour déterminer ce que ces différences d’activité cérébrale reflètent réellement chez les fumeurs et les non-fumeurs, ont-ils ajouté. “Le couplage des modèles de type quantique avec des processus neurophysiologiques dans le cerveau … est un problème très complexe”, ont déclaré Haven et Khrennikov. “Cette étude est d’une grande importance comme première étape vers sa solution.”

Les modèles d’apprentissage par renforcement classique ont montré un “grand succès” dans les études sur les émotions, les troubles psychiatriques, le comportement social, le libre arbitre et de nombreuses autres fonctions cognitives, a déclaré Zhang. “Nous espérons que l’apprentissage par renforcement quantique éclairera également [these fields], fournissant des informations uniques. ”

Avec le temps, peut-être que la mécanique quantique aidera à expliquer les failles omniprésentes dans la logique humaine, ainsi que la façon dont cette défaillance se manifeste au niveau des neurones individuels.

Publié à l’origine sur Science en direct.

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