[論文レビュー] Brain as quantum-like computer

Andrei Khrennikov|arXiv (Cornell University)|May 15, 2002

Quantum Mechanics and Applications参考文献 51被引用数 5

ひとこと要約

本稿では、量子物理的過程を必要とせず、文脈的確率論を用いて意思決定の干渉といった認知現象を説明する量子的類似（QL）脳モデルを提案する。このモデルは超位置の概念に依存しない枠組みを採用し、精神的観測量の干渉を測定可能な干渉係数λを介して記述する。画像認識に関する実験データにより、人間の認知が量子的類似の振る舞いを示すことが裏付けられている。

ABSTRACT

We present a contextualist statistical realistic model for quantum-like representations in physics, cognitive science and psychology. We apply this model to describe cognitive experiments to check quantum-like structures of mental processes. The crucial role is played by interference of probabilities for mental observables. Recently one of such experiments based on recognition of images was performed. This experiment confirmed our prediction on quantum-like behaviour of mind. In our approach ``quantumness of mind'' has no direct relation to the fact that the brain (as any physical body) is composed of quantum particles. We invented a new terminology ``quantum-like (QL) mind.'' Cognitive QL-behaviour is characterized by nonzero coefficient of interference $λ.$ This coefficient can be found on the basis of statistical data. There is predicted not only $\cos θ$-interference of probabilities, but also hyperbolic $\cosh θ$-interference. This interference was never observed for physical systems, but we could not exclude this possibility for cognitive systems. We propose a model of brain functioning as QL-computer (there is discussed difference between quantum and QL computers).

研究の動機と目的

• 神経レベルでの量子物理学を仮定せずに、認知的現象に見られる量子的類似の振るまいを説明する統計的・文脈的認知モデルの構築を目的とする。
• 神経科学における量子還元主義の限界を克服し、量子的類似の特徴が古典的確率的枠組みから生じうることを示すことを目的とする。
• 複素振幅とヒルベルト空間形式を用いて、精神的観測量における干渉の数学的基盤を提供するとともに、実在論を保持することを目的とする。
• 測定可能な干渉係数λを導入することで、真の量子力学と量子的類似（QL）行動を区別することを目的とする。
• 物理的量子系には存在しないが、認知に関連する可能性のある双曲線（coshθ）干渉の可能性を検討することを目的とする。

提案手法

• 精神的状態を個々の精神状態ではなく、文脈Cに関連する波動関数ψ_Cとして表現する文脈的統計モデルを構築する。
• 量子確率の形式的枠組みを認知系に適用し、ボーンの法則と複素振幅を用いて、非可換な精神的観測量間の干渉をモデル化する。
• 実験データから導出される干渉係数λを導入し、認知実験における量子的類似の振るまいを定量化する。
• コサイン（cosθ）干渉と双曲線（coshθ）干渉のパターンを区別し、後者は物理的系では観測されないが、認知系では可能である。
• アレルトとルーヴァーにインspiredされた多意識解釈を用いて、精神的状態を確率的で文脈依存的な枠組みの中で明確な値を持つものとしてモデル化する。
• 精神的干渉を、個々の神経状態の重ね合わせを必要としない、古典的で文脈依存的な確率的現象としてモデル化する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 脳における量子物理的過程を必要とせずに、認知プロセスが量子的類似の干渉を示せるか？
• RQ2 文脈が精神的観測量における干渉効果を生じる役割を果たす場合、そのメカニズムを数学的にどのようにモデル化できるか？
• RQ3 干渉係数λは認知実験で実証的に測定可能か？ また、それは精神的処理の性質を何を明らかにするか？
• RQ4 双曲線（coshθ）干渉は認知プロセスの妥当なモデルとなり得るか？ そして、標準的な量子干渉とはどのように異なるか？
• RQ5 干渉やボーンの法則といった量子力学の主要な特徴を再現する確率的枠組みにおいて、実在論をどのように保持できるか？

主な発見

• 本稿は、実験的に観測された人間の画像認識における量子的類似干渉を確認し、認知系に非ゼロの干渉係数λが存在することを支持する。
• 本モデルは、神経状態の重ね合わせを必要としないため、量子還元主義の核心的問題を回避しつつ、精神的観測量における干渉を効果的に説明できる。
• 干渉係数λは統計的データから導出され、認知における量子的類似の振るまいの度合いを定量化する。古典的確率モデルとは明確に異なる値を示す。
• 本モデルは、物理的量子系には観測されないが、認知系に存在しうる双曲線（coshθ）干渉の可能性を予測する。
• 実験によって示されたように、人間の認知は量子的類似確率形式と整合する干渉パターンを示しており、人間が確率的干渉に基づくマクロスケールの量子的類似系と見なせる可能性を示唆する。
• 本フレームワークは、微視的レベルでの量子物理学を仮定せず、非古典的確率構造と実在論を調和させつつ、認知における量子的類似現象の実在的解釈を可能にする。