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Cognición cuántica

La cognición cuántica utiliza el formalismo matemático de la teoría de la probabilidad cuántica para modelar fenómenos psicológicos cuando la teoría de la probabilidad clásica falla. [1] 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), [2] y modelar preferencias en la teoría de la decisión que parecen paradójicas desde un punto de vista racional tradicional (por ejemplo, las inversiones de preferencias). [3] Dado que el uso de un marco teórico cuántico es para fines de modelado, la identificación de estructuras cuánticas en fenómenos cognitivos no presupone la existencia de procesos cuánticos microscópicos en el cerebro humano. [4] [5]

La cognición cuántica se puede aplicar para modelar fenómenos cognitivos como el procesamiento de información [6] por el cerebro humano , el lenguaje , la toma de decisiones , [7] la memoria humana , los conceptos y el razonamiento conceptual, el juicio humano y la percepción . [8] [9] [10]

Desafíos para la teoría clásica de la probabilidad

La teoría clásica de la probabilidad es un enfoque racional de la inferencia que no explica fácilmente algunas observaciones de la inferencia humana en psicología. Algunos casos en los que la teoría cuántica de la probabilidad tiene ventajas incluyen la falacia de la conjunción , la falacia de la disyunción , las fallas del principio de la cosa segura y el sesgo de orden de preguntas en el juicio. [1] : 752 

Falacia de conjunción

Si a los participantes de un experimento de psicología se les habla de "Linda", descrita como una feminista pero no como una cajera de banco, y luego se les pide que clasifiquen la probabilidad de que Linda sea feminista, cajera de banco o feminista y cajera de banco, responden con valores que indican: La teoría de la probabilidad clásica racional hace la predicción incorrecta: espera que los humanos clasifiquen la conjunción como menos probable que la opción de la cajera de banco. Muchas variaciones de este experimento demuestran que la falacia representa la cognición humana en este caso y no un artefacto de una presentación. [1] : 753 

La cognición cuántica modela este escenario de estimación de probabilidad con la teoría de probabilidad cuántica, que siempre clasifica la probabilidad secuencial, , por encima de la probabilidad directa, . La idea es que la comprensión de una persona de "cajera de banco" se ve afectada por el contexto de la pregunta que involucra "feminista". [1] : 753  Las dos preguntas son "incompatibles": tratarlas con la teoría clásica requeriría pasos de razonamiento separados. [11]

Principales temas de investigación

Modelos cuánticos de procesamiento de información

El concepto de cognición cuántica se basa en la observación de que diversos fenómenos cognitivos se describen de manera más adecuada mediante la teoría de la probabilidad cuántica que mediante la teoría de la probabilidad clásica (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.

Aquí, la contextualidad es la palabra clave (ver la monografía de Khrennikov para una representación detallada de este punto de vista). [8] La mecánica cuántica es fundamentalmente contextual. [12] Los sistemas cuánticos no tienen propiedades objetivas que puedan definirse independientemente del contexto de medición. Como ha señalado Niels Bohr , debe tenerse en cuenta todo el arreglo experimental. La contextualidad implica la existencia de variables mentales incompatibles, la violación de la ley clásica de probabilidad total y efectos de interferencia constructivos o destructivos. Por lo tanto, el enfoque de la cognición cuántica puede considerarse un intento de formalizar la contextualidad de los procesos mentales, utilizando el aparato matemático de la mecánica cuántica.

Toma de decisiones

Supongamos que a una persona se le da la oportunidad de jugar dos rondas del siguiente juego de azar: 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 entonces el resultado (ganar o perder) de la primera ronda, mientras que a otros sujetos todavía no se les da ninguna información sobre los resultados. A continuación, el experimentador pregunta al sujeto si desea jugar la segunda ronda. Al realizar este experimento con sujetos reales se obtienen los siguientes resultados:

  1. Cuando los sujetos creen que han ganado la primera ronda, la mayoría de ellos optan por volver a jugar en la segunda ronda.
  2. Cuando los sujetos creen que han perdido la primera ronda, la mayoría de ellos optan por volver a jugar en la segunda ronda.

Dadas estas dos opciones separadas, según el principio de la 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. [13] Pero, experimentalmente, cuando a los sujetos no se les dice los resultados de la primera ronda, la mayoría de ellos se niegan a jugar una segunda ronda. [14] Este hallazgo viola la ley de probabilidad total, pero 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. [9] [15] [16] Violaciones similares del principio de la cosa segura se ven en estudios empíricos del dilema del prisionero y también se han modelado en términos de interferencia cuántica. [17]

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. [18] [19] [20] 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. Un proceso de decisión es, por lo tanto, un proceso intrínsecamente contextual, por lo que no puede modelarse en un único espacio de probabilidad de Kolmogorov, lo que justifica el empleo de modelos de probabilidad cuántica en la teoría de la decisión. Más explícitamente, las situaciones paradójicas anteriores pueden representarse en un formalismo de espacio de Hilbert unificado donde el comportamiento humano bajo incertidumbre se explica en términos de aspectos cuánticos genuinos, a saber, superposición, interferencia, contextualidad e incompatibilidad. [21] [22] [23] [16]

Si consideramos la toma de decisiones automatizada, los árboles de decisión cuánticos tienen una estructura diferente a la de 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. [24]

Juicios de probabilidad humanos

La probabilidad cuántica proporciona una nueva forma de explicar los errores de juicio de probabilidad humanos, incluidos los errores de conjunción y disyunción. [25] 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 la probabilidad del evento improbable U; un error de disyunción ocurre cuando una persona juzga 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 flexibilizan algunos de los axiomas clásicos de Kolmogorov . [26] El modelo cuántico introduce un nuevo concepto fundamental para la cognición: la compatibilidad versus incompatibilidad de las 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. [27] [28] [29]

La paradoja del mentiroso - La influencia contextual de un sujeto humano sobre el comportamiento veraz de una entidad cognitiva se muestra explícitamente mediante 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 se representa en un espacio complejo de Hilbert, mientras que las oscilaciones típicas entre verdadero y falso se describen dinámicamente mediante la ecuación de Schrödinger. [30] [31]

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 los conceptos, incluidos los ejemplares, los prototipos y las 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 el efecto guppy, [32] y la sobreextensión y subextensión de la tipicidad y el peso de la membresía para la conjunción y la disyunción. [33] [34] En general, la cognición cuántica se ha basado en la teoría cuántica de tres maneras 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 [4] [35] [36] [37] [38]
  2. Utilizar el entrelazamiento cuántico para modelar la semántica de las combinaciones de conceptos de una manera no descompositiva y para dar cuenta de las propiedades/asociados/inferencias emergentes en relación con las combinaciones de conceptos [39]
  3. Utilizar la superposición cuántica para explicar el surgimiento de un nuevo concepto cuando se combinan conceptos y, como consecuencia, proponer un modelo explicativo para la situación del problema Pet-Fish y la sobreextensión y subextensión de los pesos de membresía para la conjunción y disyunción de conceptos. [27] [35] [36]

La gran cantidad de datos recopilados por Hampton [33] [34] 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 subextensión mencionadas anteriormente de los pesos de membresía, se explican en términos de interacciones contextuales, superposición, interferencia, entrelazamiento y emergencia. [27] [40] [41] [42] Y, además, se ha realizado una prueba cognitiva sobre una combinación de conceptos específica que revela directamente, a través de la violación de las desigualdades de Bell, el entrelazamiento cuántico entre los conceptos componentes. [43] [44]

Análisis semántico y recuperación de información

La investigación en (iv) tuvo un profundo impacto en la comprensión y el desarrollo inicial de un formalismo para obtener información semántica al tratar con conceptos, sus combinaciones y contextos variables en un corpus de documentos no estructurados. Este enigma del procesamiento del lenguaje natural (PLN) y la recuperación de información (IR) en la web -y bases de datos en general- puede abordarse utilizando el formalismo matemático de la teoría cuántica. Como pasos básicos, (a) K. Van Rijsbergen introdujo un enfoque de estructura cuántica para la IR, [45] (b) Widdows y Peters utilizaron una negación lógica cuántica para un sistema de búsqueda concreto, [38] [46] y Aerts y Czachor identificaron la estructura cuántica en teorías del espacio semántico, como el análisis semántico latente . [47] 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 la IR y el PLN, ha producido resultados significativos. [48]

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 . Un número especial sobre Cognición y Decisión Cuánticas apareció en el Journal of Mathematical Psychology (2009, vol. 53), 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 celebró 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 la AAAI de 2007 . A esto le siguieron talleres en Oxford en 2008, Saarbrücken en 2009, en la serie de simposios de otoño de la AAAI de 2010 celebrada en Washington, DC , en 2011 en Aberdeen , en 2012 en París y en 2013 en Leicester . También se presentaron tutoriales anualmente a partir de 2007 hasta 2013 en la reunión anual de la Cognitive Science Society . En 2013 apareció un número especial sobre modelos cuánticos de cognición en la revista Topics in Cognitive Science .

Véase también

Referencias

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Lectura adicional

Enlaces externos