[论文解读] Quantum Physics in Neuroscience and Psychology: A New Theory With Respect to Mind/Brain Interaction

Jeffrey M. Schwartz, Henry P. Stapp+1 more|ArXiv.org|Jan 14, 2004

Quantum Mechanics and Applications参考文献 34被引用 5

一句话总结

本文提出了一套新颖的理论框架，将量子物理整合进神经科学与心理学，主张量子效应——特别是量子测量——可解释定向心理努力如何改变大脑功能。通过将意识重新诠释为量子理论模型中一种非物质的、类似观察者的能动性，作者提出了一种因果上自洽的心-脑相互作用机制，使心理现象（如努力与觉知）与神经生物学数据得以调和。

ABSTRACT

The cognitive frame in which most neuropsychological research on the neural basis of behavior is conducted contains the assumption that brain mechanisms per se fully suffice to explain all psychologically described phenomena. This assumption stems from the idea that the brain is made up entirely of material particles and fields, and that all causal mechanisms must therefore be formulated solely in terms of properties of these elements. One consequence of this stance is that psychological terms having intrinsic mentalistic and/or experiential content (terms such as "feeling," "knowing," and "effort") have not been included as primary causal factors in neuropsychological research: insofar as properties are not described in material terms they are deemed irrelevant to the causal mechanisms underlying brain function. However, the origin of this demand that experiential realities be excluded from the causal base is a theory of nature that has been known for more that three quarters of a century to be fundamentally incorrect. It is explained here why it is consequently scientifically unwarranted to assume that material factors alone can in principle explain all causal mechanisms relevant to neuroscience. More importantly, it is explained how a key quantum effect can be introduced into brain dynamics in a simple and practical way that provides a rationally coherent, causally formulated, physics-based way of understanding and using the psychological and physical data derived from the growing set of studies of the capacity of directed attention and mental effort to systematically alter brain function.

研究动机与目标

• 挑战神经科学中占主导地位的唯物主义假设，即只有物理脑过程才能解释心理现象。
• 解决神经心理学因果模型中排除体验性术语（如‘感觉’、‘认知’和‘努力’）的问题。
• 证明支撑这一排除的类经典物理框架在科学上已过时，尤其在量子理论的背景下。
• 提出一种切实可行的、基于物理的机制——根植于量子测量——以说明心理努力如何因果性地影响脑动力学。
• 提供一个理性自洽、实证基础扎实的理论，将心理体验与神经生物学功能整合起来。

提出的方法

• 采用基于冯·诺依曼-狄拉克量子力学诠释的量子理论框架，特别关注观察在波函数坍缩中的作用。
• 将心理努力建模为一种非局域的、非物质的能动性，作为脑动力学中的‘量子观察者’，影响微管或神经网络中的量子事件。
• 将关于神经可塑性和注意力相关脑变化的神经科学数据整合进一个量子启发的因果模型。
• 利用‘量子势’或‘情境选择’的概念，解释心理状态如何在不违反物理定律的前提下引导脑重组。
• 构建一种因果机制，其中意识注意选择神经系统中的特定量子态，导致突触效能的可测量变化。
• 将该理论应用于解释正念、认知疗法和神经可塑性方面的临床与实验发现，表明其与观察到的脑变化一致。

实验结果

研究问题

• RQ1 大脑中的量子测量过程能否为定向心理努力如何改变神经功能提供因果机制？
• RQ2 为何将‘努力’和‘认知’等体验性术语从神经心理学模型中排除已变得在科学上站不住脚？
• RQ3 如何在不违反物理守恒定律的前提下，将一种非物质的心理能动性整合进基于物理的脑功能模型？
• RQ4 量子相干性或量子纠缠在使心理状态影响神经动力学方面起什么作用？
• RQ5 能否利用量子理论调和主观意识体验与客观神经生物学数据？

主要发现

• 经典物理假设——即只有物质因素才能在脑中起因果作用——在科学上无效，因为它基于一个如今已被证明在根本上错误的量子理论框架。
• 量子测量作为一种涉及类似观察者选择的过程，可作为心理努力影响神经动力学的因果机制。
• 该理论为认知疗法和正念实践中观察到的神经可塑性变化提供了连贯的解释，将心理努力与脑结构变化联系起来。
• 体验性术语如‘感觉’和‘认知’并非副现象，而可通过量子测量作为活跃的因果代理整合进脑功能。
• 该模型与神经影像学和行为研究的实证数据一致，表明持续的注意力和心理努力可导致脑网络的可测量重组。
• 该框架为纯粹唯物主义模型提供了基于物理的替代方案，在保持主观体验现实性的同时，与量子力学相容。