[论文解读] 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 8

一句话总结

本文提出，正统量子理论的形式体系——尤其是依赖观察者的测量过程——为建模主观感知，特别是双眼竞争中的感知，提供了一个数学上严谨的框架。该模型成功地利用神经元参数再现了实验中的优势持续时间分布，解释了周期性刺激下优势持续时间的增加，并预测了感知交替模式。

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.

研究动机与目标

• 基于量子理论中观察者的作用，发展一个主观感知的正式数学框架。
• 利用受试者认知体验数据，建模双眼竞争中感知交替的动力学。
• 检验量子测量形式体系是否能再现已知的实验性优势持续时间分布。
• 利用所提出的模型，研究周期性刺激中断对感知优势持续时间的影响。

提出的方法

• 采用正统量子测量理论的形式体系，其中观察者在态矢量坍缩中起核心作用。
• 将双眼竞争中的感知状态映射为量子态，优势持续时间对应于测量坍缩之间的时间。
• 使用已知的神经元振荡频率和放电率作为量子形式体系中的参数，以计算优势持续时间的概率。
• 从各种刺激条件下量子测量动力学推导出优势持续时间的概率分布。
• 通过在量子模型中引入时间调制的测量相互作用，模拟对刺激的周期性中断。
• 将模型预测的优势持续时间分布与人类受试者的实验数据进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 量子测量理论的形式体系能否描述双眼竞争中主观感知体验的动力学？
• RQ2 该模型是否能再现实验观察到的双眼竞争中优势持续时间的分布？
• RQ3 周期性中断刺激如何影响模型预测的优势持续时间？
• RQ4 基于量子的模型对感知交替的时间分布作出了哪些可检验的预测？

主要发现

• 量子测量形式体系成功再现了双眼竞争中实验观察到的优势持续时间概率分布。
• 该模型预测，在周期性中断刺激下，优势持续时间显著增加，与实证观察一致。
• 模型预测的感知交替时间分布与已知实验数据一致，验证了模型的预测能力。
• 使用生物上合理的神经元参数（振荡频率和放电率）可获得定量准确的结果。
• 该理论无需额外假设，自然解释了在中断刺激下优势持续时间的增加。
• 该模型为在不同时间刺激模式下生成感知动力学的可检验预测提供了框架。