[論文レビュー] Quantum theory, consciousness and temporal perception: Binocular rivalry

Efstratios Manousakis|arXiv (Cornell University)|Sep 28, 2007

Quantum Mechanics and Applications参考文献 3被引用数 8

ひとこと要約

本論文は、正統的量子力学の形式的枠組み——特に観測者に依存する測定プロセス——が、特に二眼錯覚における主観的知覚を数学的に厳密にモデル化するための枠組みを提供すると提案する。実験的な優位持続時間の分布を神経的パラメータを用いて再現し、周期的刺激下での優位持続時間の延長を説明するとともに、知覚の入れ替わりのパターンを予測している。

ABSTRACT

On the basis of the general character and operation of the process of perception, a formalism is sought to mathematically describe the subjective or abstract/mental process of perception. It is shown that the formalism of orthodox quantum theory of measurement, where the observer plays a key role, is a broader mathematical foundation which can be adopted to describe the dynamics of the subjective experience. The mathematical formalism describes the psychophysical dynamics of the subjective or cognitive experience as communicated to us by the subject. Subsequently, the formalism is used to describe simple perception processes and, in particular, to describe the probability distribution of dominance duration obtained from the testimony of subjects experiencing binocular rivalry. Using this theory and parameters based on known values of neuronal oscillation frequencies and firing rates, the calculated probability distribution of dominance duration of rival states in binocular rivalry under various conditions is found to be in good agreement with available experimental data. This theory naturally explains an observed marked increase in dominance duration in binocular rivalry upon periodic interruption of stimulus and yields testable predictions for the distribution of perceptual alteration in time.

研究の動機と目的

• 量子理論における観測者の役割に基づいた、主観的知覚の形式的数学的枠組みの構築を目的とする。
• 被験者の認知的経験データを用いて、二眼錯覚における知覚の入れ替わりのダイナミクスをモデル化することを目的とする。
• 量子測定形式が、既知の実験的優位持続時間の分布を再現できるかどうかを検証することを目的とする。
• 提案されたモデルを用いて、周期的刺激の遮断が知覚の優位持続時間に与える影響を調査することを目的とする。

提案手法

• 観測者の役割が状態の崩壊に中心的であるという、正統的量子測定理論の形式的枠組みを採用する。
• 二眼錯覚における知覚状態を量子状態に対応させ、優位持続時間が測定の崩壊の間隔に対応するようにする。
• 既知の神経的周期的振動周波数および発火レートを、量子形式におけるパラメータとして用い、優位持続時間の確率を計算する。
• さまざまな刺激条件下における量子測定ダイナミクスから、優位持続時間の確率分布を導出する。
• 量子モデルにおける時間依存の測定相互作用を導入することで、刺激の周期的遮断をシミュレートする。
• 予測された優位持続時間の分布を、人間被験者からの実験データと比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 量子測定理論の形式的枠組みは、二眼錯覚における主観的知覚経験のダイナミクスを記述できるか？
• RQ2 このモデルは、実験的に観察された二眼錯覚における優位持続時間の分布を再現するか？
• RQ3 刺激の周期的遮断は、モデルの予測する優位持続時間にどのように影響を与えるか？
• RQ4 量子に基づくモデルは、知覚の入れ替わりの時間的分布に関して、検証可能な予測をどのようなものとするか？

主な発見

• 量子測定形式は、二眼錯覚における実験的に観察された優位持続時間の確率分布を成功裏に再現した。
• モデルは、刺激の周期的遮断に伴い優位持続時間が著しく延長されることを予測しており、実験的観察と整合的である。
• 時間的に入れ替わりの予測された分布は、既知の実験データと整合的であり、モデルの予測力の妥当性を裏付けている。
• 生物学的に妥当な神経的パラメータ（周期的振動周波数および発火レート）を用いることで、定量的な正確さが得られた。
• 便宜的な仮定を追加せずに、遮断刺激下での優位持続時間の延長を理論的に自然に説明できる。
• 本モデルは、さまざまな時間的刺激パターン下での知覚ダイナミクスに関する検証可能な予測を生成するための枠組みを提供する。