Dieselbe grundlegende Plattform, die es Schrödingers Katze ermöglicht, sowohl lebendig als auch tot zu sein, und die auch bedeutet, dass zwei Teilchen selbst über die Entfernung einer Galaxie "miteinander sprechen" können, könnte helfen, die vielleicht mysteriösesten Phänomene zu erklären: menschliches Verhalten.
Quantenphysik und menschliche Psychologie scheinen völlig unabhängig zu sein, aber einige Wissenschaftler glauben, dass sich die beiden Bereiche auf interessante Weise überschneiden. Beide Disziplinen versuchen vorherzusagen, wie sich widerspenstige Systeme in Zukunft verhalten könnten. Der Unterschied besteht darin, dass ein Feld darauf abzielt, die fundamentale Natur physikalischer Teilchen zu verstehen, während das andere versucht, dies zu erklären Mensch Natur - zusammen mit ihren inhärenten Irrtümern.
"Kognitionswissenschaftler stellten fest, dass es viele 'irrationale' menschliche Verhaltensweisen gibt", sagte Xiaochu Zhang, Biophysiker und Neurowissenschaftler an der Universität für Wissenschaft und Technologie in Hefei, Live Science in einer E-Mail. Klassische Theorien der Entscheidungsfindung versuchen vorherzusagen, welche Wahl eine Person unter bestimmten Parametern treffen wird, aber fehlbare Menschen verhalten sich nicht immer wie erwartet. Neuere Forschungen legen nahe, dass diese logischen Fehler "durch die Quantenwahrscheinlichkeitstheorie gut erklärt werden können", sagte Zhang.
Zhang gehört zu den Befürwortern der sogenannten Quantenkognition. In einer neuen Studie, die am 20. Januar in der Zeitschrift Nature Human Behavior veröffentlicht wurde, untersuchten er und seine Kollegen, wie Konzepte, die aus der Quantenmechanik entlehnt wurden, Psychologen helfen können, menschliche Entscheidungen besser vorherzusagen. Während das Team aufzeichnete, welche Entscheidungen Menschen zu einer bekannten psychologischen Aufgabe getroffen hatten, überwachte es auch die Gehirnaktivität der Teilnehmer. Die Scans hoben bestimmte Gehirnregionen hervor, die an quantenähnlichen Denkprozessen beteiligt sein können.
Die Studie ist "die erste, die die Idee der Quantenkognition auf neuronaler Ebene unterstützt", sagte Zhang.
Cool - was bedeutet das nun wirklich?
Unsicherheit
Die Quantenmechanik beschreibt das Verhalten der winzigen Teilchen, aus denen alle Materie im Universum besteht, nämlich der Atome und ihrer subatomaren Komponenten. Ein zentraler Grundsatz der Theorie deutet auf eine große Unsicherheit in dieser Welt der sehr kleinen Menschen hin, die in größeren Maßstäben nicht zu sehen sind. In der großen Welt kann man beispielsweise wissen, wo sich ein Zug auf seiner Strecke befindet und wie schnell er fährt, und anhand dieser Daten könnte man vorhersagen, wann dieser Zug am nächsten Bahnhof ankommen soll.
Tauschen Sie nun den Zug gegen ein Elektron aus, und Ihre Vorhersagekraft verschwindet. Sie können den genauen Ort und den Impuls eines bestimmten Elektrons nicht kennen, aber Sie können die Wahrscheinlichkeit berechnen, dass das Teilchen an einer bestimmten Stelle erscheint und sich an einer Stelle bewegt besondere Rate. Auf diese Weise können Sie eine verschwommene Vorstellung davon bekommen, was das Elektron vorhat.
So wie Unsicherheit die subatomare Welt durchdringt, dringt sie auch in unseren Entscheidungsprozess ein, ob wir darüber debattieren, welche neuen Serien wir beobachten oder unsere Stimme bei einer Präsidentschaftswahl abgeben sollen. Hier kommt die Quantenmechanik ins Spiel. Im Gegensatz zu klassischen Entscheidungstheorien schafft die Quantenwelt Raum für ein gewisses Maß an… Unsicherheit.
Klassische Psychologietheorien beruhen auf der Idee, dass Menschen Entscheidungen treffen, um "Belohnungen" zu maximieren und "Bestrafungen" zu minimieren - mit anderen Worten, um sicherzustellen, dass ihre Handlungen zu mehr positiven Ergebnissen als negativen Konsequenzen führen. Diese Logik, die als "verstärkendes Lernen" bekannt ist, entspricht der pawlonischen Konditionierung, bei der Menschen laut einem Bericht aus dem Jahr 2009 im Journal of Mathematical Psychology lernen, die Konsequenzen ihres Handelns anhand früherer Erfahrungen vorherzusagen.
Wenn der Mensch diesen Rahmen wirklich einschränkt, würde er die objektiven Werte zweier Optionen konsistent abwägen, bevor er sich zwischen ihnen entscheidet. In Wirklichkeit arbeiten die Menschen jedoch nicht immer so. Ihre subjektiven Gefühle in Bezug auf eine Situation untergraben ihre Fähigkeit, objektive Entscheidungen zu treffen.
Kopf und Zahl (gleichzeitig)
Betrachten Sie ein Beispiel:
Stellen Sie sich vor, Sie setzen darauf, ob eine geworfene Münze auf Kopf oder Zahl landet. Heads bringt Ihnen 200 Dollar, Tails 100 Dollar und Sie können die Münze zweimal werfen. In diesem Szenario entscheiden sich die meisten Menschen für eine zweimalige Wette, unabhängig davon, ob der erste Wurf zu einem Gewinn oder einem Verlust führt. Dies geht aus einer Studie hervor, die 1992 in der Zeitschrift Cognitive Psychology veröffentlicht wurde. Vermutlich setzen die Gewinner ein zweites Mal, weil sie auf jeden Fall Geld verdienen können, während die Verlierer versuchen, ihre Verluste auszugleichen, und noch einige mehr. Wenn es den Spielern jedoch nicht erlaubt ist, das Ergebnis des ersten Münzwurfs zu erfahren, machen sie selten das zweite Glücksspiel.
Wenn bekannt, beeinflusst der erste Flip nicht die folgende Auswahl, aber wenn er unbekannt ist, macht er den Unterschied. Dieses Paradoxon passt nicht in den Rahmen des klassischen verstärkenden Lernens, das vorhersagt, dass die objektive Wahl immer dieselbe sein sollte. Im Gegensatz dazu berücksichtigt die Quantenmechanik die Unsicherheit und sagt dieses seltsame Ergebnis tatsächlich voraus.
"Man könnte sagen, dass sich das 'quantenbasierte' Modell der Entscheidungsfindung im Wesentlichen auf die Verwendung der Quantenwahrscheinlichkeit im Bereich der Erkenntnis bezieht", so Emmanuel Haven und Andrei Khrennikov, Co-Autoren des Lehrbuchs "Quantum Social Science" (Cambridge) University Press, 2013), teilte Live Science in einer E-Mail mit.
So wie ein bestimmtes Elektron zu einem bestimmten Zeitpunkt hier oder da sein könnte, geht die Quantenmechanik davon aus, dass der erste Münzwurf gleichzeitig zu einem Gewinn und einem Verlust führte. (Mit anderen Worten, im berühmten Gedankenexperiment ist Schrödingers Katze sowohl lebendig als auch tot.) Während sie sich in diesem zweideutigen Zustand befindet, der als "Überlagerung" bekannt ist, ist die endgültige Wahl eines Individuums unbekannt und unvorhersehbar. Die Quantenmechanik erkennt auch an, dass die Überzeugungen der Menschen über das Ergebnis einer bestimmten Entscheidung - ob gut oder schlecht - oft widerspiegeln, wie ihre endgültige Entscheidung letztendlich lautet. Auf diese Weise interagieren die Überzeugungen der Menschen mit ihrer letztendlichen Handlung oder werden "verwickelt".
Subatomare Teilchen können sich ebenfalls verwickeln und das Verhalten des anderen beeinflussen, selbst wenn sie durch große Entfernungen voneinander getrennt sind. Zum Beispiel würde die Messung des Verhaltens eines in Japan befindlichen Partikels das Verhalten seines verwickelten Partners in den Vereinigten Staaten verändern. In der Psychologie kann eine ähnliche Analogie zwischen Überzeugungen und Verhaltensweisen gezogen werden. "Genau diese Wechselwirkung" oder dieser Zustand der Verschränkung "beeinflusst das Messergebnis", sagten Haven und Khrennikov. Das Messergebnis bezieht sich in diesem Fall auf die endgültige Wahl, die eine Person trifft. "Dies kann mit Hilfe der Quantenwahrscheinlichkeit präzise formuliert werden."
Wissenschaftler können diesen verschränkten Überlagerungszustand mathematisch modellieren - in dem sich zwei Teilchen gegenseitig beeinflussen, selbst wenn sie durch einen großen Abstand voneinander getrennt sind -, wie in einem 2007 von der Association for Advancement of Artificial Intelligence veröffentlichten Bericht gezeigt. Und bemerkenswerterweise sagt die endgültige Formel das paradoxe Ergebnis des Münzwurfparadigmas genau voraus. "Der logische Fehler kann besser mit dem quantenbasierten Ansatz erklärt werden", stellten Haven und Khrennikov fest.
Wetten auf Quanten
In ihrer neuen Studie haben Zhang und seine Kollegen zwei quantenbasierte Entscheidungsmodelle mit 12 klassischen Psychologiemodellen verglichen, um herauszufinden, welche das menschliche Verhalten während einer psychologischen Aufgabe am besten vorhersagen. Das Experiment, bekannt als Iowa Gambling Task, soll die Fähigkeit der Menschen bewerten, aus Fehlern zu lernen und ihre Entscheidungsstrategie im Laufe der Zeit anzupassen.
In der Aufgabe ziehen die Teilnehmer aus vier Kartenspielen. Jede Karte verdient entweder dem Spieler Geld oder kostet ihn Geld, und das Ziel des Spiels ist es, so viel Geld wie möglich zu verdienen. Der Haken liegt darin, wie jedes Kartenspiel gestapelt ist. Das Ziehen aus einem Deck kann einem Spieler kurzfristig große Geldsummen einbringen, kostet ihn aber am Ende des Spiels weitaus mehr Geld. Andere Decks liefern kurzfristig kleinere Geldsummen, aber insgesamt weniger Strafen. Durch das Spielen lernen die Gewinner, hauptsächlich aus den "langsamen und stetigen" Decks zu ziehen, während die Verlierer aus den Decks ziehen, die ihnen schnelles Geld und hohe Strafen einbringen.
Historisch gesehen schneiden Personen mit Drogenabhängigkeit oder Hirnschäden bei der Iowa Gambling Task schlechter ab als gesunde Teilnehmer, was darauf hindeutet, dass ihr Zustand die Entscheidungsfähigkeit irgendwie beeinträchtigt, wie in einer 2014 in der Zeitschrift Applied Neuropsychology: Child veröffentlichten Studie hervorgehoben. Dieses Muster traf in Zhangs Experiment zu, an dem etwa 60 gesunde Teilnehmer und 40 nikotinsüchtige teilnahmen.
Die beiden Quantenmodelle machten ähnliche Vorhersagen wie die genauesten unter den klassischen Modellen, stellten die Autoren fest. "Obwohl die Modelle die… nicht überwältigend übertrafen, sollte man sich bewusst sein, dass das Framework noch in den Kinderschuhen steckt und zweifellos zusätzliche Studien verdient", fügten sie hinzu.
Um den Wert ihrer Studie zu steigern, führte das Team bei Abschluss der Iowa Gambling Task Gehirnscans aller Teilnehmer durch. Auf diese Weise versuchten die Autoren, einen Blick auf das Geschehen im Gehirn zu werfen, während die Teilnehmer ihre Spielstrategie im Laufe der Zeit lernten und anpassten. Die vom Quantenmodell generierten Ergebnisse sagten voraus, wie sich dieser Lernprozess entwickeln würde, und so theoretisierten die Autoren, dass Hotspots der Gehirnaktivität irgendwie mit den Vorhersagen der Modelle korrelieren könnten.
Die Scans zeigten eine Reihe von aktiven Gehirnbereichen bei den gesunden Teilnehmern während des Spiels, einschließlich der Aktivierung mehrerer großer Falten innerhalb des Frontallappens, von denen bekannt ist, dass sie an der Entscheidungsfindung beteiligt sind. In der Rauchergruppe schienen jedoch keine Hotspots der Gehirnaktivität an Vorhersagen des Quantenmodells gebunden zu sein. Da das Modell die Fähigkeit der Teilnehmer widerspiegelt, aus Fehlern zu lernen, könnten die Ergebnisse Entscheidungsstörungen in der Rauchergruppe veranschaulichen, stellten die Autoren fest.
"Weitere Forschung ist jedoch erforderlich", um festzustellen, was diese Unterschiede in der Gehirnaktivität bei Rauchern und Nichtrauchern tatsächlich widerspiegeln, fügten sie hinzu. "Die Kopplung der quantenähnlichen Modelle mit neurophysiologischen Prozessen im Gehirn ... ist ein sehr komplexes Problem", sagten Haven und Khrennikov. "Diese Studie ist als erster Schritt zu ihrer Lösung von großer Bedeutung."
Modelle des klassischen verstärkenden Lernens haben "großen Erfolg" in Studien über Emotionen, psychiatrische Störungen, soziales Verhalten, freien Willen und viele andere kognitive Funktionen gezeigt, sagte Zhang. "Wir hoffen, dass das Lernen zur Quantenverstärkung auch Licht ins Dunkel bringt und einzigartige Erkenntnisse liefert."
Mit der Zeit wird vielleicht die Quantenmechanik helfen, allgegenwärtige Fehler in der menschlichen Logik zu erklären und wie sich diese Fehlbarkeit auf der Ebene einzelner Neuronen manifestiert.
