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Menschliches Verhalten ist ein Rätsel, das viele Wissenschaftler fasziniert. Und es wurde viel über die Rolle der Wahrscheinlichkeit bei der Erklärung der Funktionsweise unseres Geistes diskutiert.
Wahrscheinlichkeit ist ein mathematischer Rahmen, der uns sagen soll, wie wahrscheinlich es ist, dass ein Ereignis eintritt – und funktioniert in vielen Alltagssituationen gut. Beispielsweise wird das Ergebnis eines Münzwurfs mit ½ – oder 50 % – beschrieben, da das Werfen von „Kopf“ oder „Zahl“ gleichermaßen wahrscheinlich ist.
Doch die Forschung hat gezeigt dass menschliches Verhalten durch diese traditionellen oder „klassischen“ Wahrscheinlichkeitsgesetze nicht vollständig erfasst werden kann. Könnte es stattdessen durch die Art und Weise erklärt werden, wie Wahrscheinlichkeit in der mysteriöseren Welt der Quantenmechanik funktioniert?
Mathematische Wahrscheinlichkeit ist auch ein wichtiger Bestandteil der Quantenmechanik, dem Zweig der Physik, der beschreibt, wie sich die Natur auf der Skala von Atomen oder subatomaren Teilchen verhält. Wie wir jedoch sehen werden, folgen Wahrscheinlichkeiten in der Quantenwelt ganz anderen Regeln.
Entdeckungen der letzten zwei Jahrzehnte haben Licht auf eine entscheidende Rolle der „Quantenfähigkeit“ in der menschlichen Kognition geworfen – wie das menschliche Gehirn Informationen verarbeitet, um Wissen oder Verständnis zu erlangen. Diese Erkenntnisse haben möglicherweise auch Auswirkungen auf die Entwicklung der künstlichen Intelligenz (KI).
Menschliche „Irrationalität“
Nobelpreisträger Daniel Kahnemann und andere Kognitionswissenschaftler haben Arbeiten zu dem durchgeführt, was sie als „Irrationalität“ menschlichen Verhaltens bezeichnen. Wenn Verhaltensmuster aus mathematischer Sicht nicht strikt den Regeln der klassischen Wahrscheinlichkeitstheorie entsprechen, gelten sie als „irrational“.
Zum Beispiel, eine Studie gefunden dass eine Mehrheit der Studierenden, die eine Abschlussprüfung bestanden haben, es vorzieht, danach in den Urlaub zu fahren. Ebenso möchte ein Großteil derjenigen, die gescheitert sind, auch in den Urlaub fahren.
Wenn ein Schüler sein Ergebnis nicht kennt, würde die klassische Wahrscheinlichkeit vorhersagen, dass er sich für die Ferien entscheiden würde, weil dies die bevorzugte Option ist, unabhängig davon, ob er bestanden oder nicht bestanden hat. Doch im Experiment zog es eine Mehrheit der Schüler vor, nicht in den Urlaub zu fahren, wenn sie nicht wussten, wie es ihnen ergangen war.
Intuitiv ist es nicht schwer zu verstehen, dass Studenten vielleicht nicht in den Urlaub fahren möchten, wenn sie sich ständig Sorgen um ihre Prüfungsergebnisse machen müssen. Da die klassische Wahrscheinlichkeit das Verhalten jedoch nicht genau erfasst, wird es als irrational beschrieben. In der Kognitionswissenschaft wurden viele ähnliche Verstöße gegen klassische Wahrscheinlichkeitsregeln beobachtet.
Quantenhirn?
Wenn in der klassischen Wahrscheinlichkeitsrechnung eine Reihe von Fragen gestellt wird, hängen die Antworten nicht von der Reihenfolge ab, in der die Fragen gestellt werden. Im Gegensatz dazu können in der Quantenphysik die Antworten auf eine Reihe von Fragen entscheidend von der Reihenfolge abhängen, in der sie gestellt werden.
Ein Beispiel ist die Messung der Spin eines Elektrons in zwei verschiedene Richtungen. Wenn Sie zuerst den Spin in horizontaler Richtung und dann in vertikaler Richtung messen, erhalten Sie ein Ergebnis.
Aufgrund eines wohlbekannten Merkmals der Quantenmechanik werden die Ergebnisse im Allgemeinen anders ausfallen, wenn die Reihenfolge umgekehrt wird. Die bloße Messung einer Eigenschaft eines Quantensystems kann sich auf das Messobjekt (in diesem Fall den Spin eines Elektrons) und damit auf das Ergebnis nachfolgender Experimente auswirken.
Ordnungsabhängigkeit lässt sich auch im menschlichen Verhalten beobachten. Zum Beispiel in einem Vor 20 Jahren veröffentlichte Studie über die Auswirkungen der Fragenreihenfolge auf die Antworten der BefragtenDie Probanden wurden gefragt, ob sie den früheren US-Präsidenten Bill Clinton für ehrlich hielten. Anschließend wurden sie gefragt, ob sein Vizepräsident Al Gore ehrlich wirke.
Bei der Beantwortung der Fragen in dieser Reihenfolge antworteten 50 % bzw. 60 % der Befragten, dass sie ehrlich seien. Aber als die Forscher die Befragten zuerst nach Gore und dann nach Clinton fragten, antworteten 68 % bzw. 60 %, dass sie ehrlich seien.
Im Alltag mag es scheinen, dass menschliches Verhalten nicht konsistent ist, weil es oft gegen die Regeln der klassischen Wahrscheinlichkeitstheorie verstößt. Jedoch, Dieses Verhalten scheint zu passen mit der Funktionsweise der Wahrscheinlichkeit in der Quantenmechanik.
Beobachtungen dieser Art haben Kognitionswissenschaftler angeführt Hieronymus Busemeyer und viele andere, um zu erkennen, dass die Quantenmechanik menschliches Verhalten insgesamt konsistenter erklären kann.
Basierend auf dieser erstaunlichen Hypothese ist innerhalb der Kognitionswissenschaften ein neues Forschungsgebiet namens „Quantenkognition“ entstanden.
Wie ist es möglich, dass Denkprozesse durch Quantenregeln bestimmt werden? Funktioniert unser Gehirn wie ein Quantencomputer? Noch kennt niemand die Antworten, aber die empirischen Daten scheinen stark darauf hinzuweisen, dass unser Denken Quantenregeln folgt.
Dynamisches Verhalten
Parallel zu diesen aufregenden Entwicklungen haben meine Mitarbeiter und ich in den letzten zwei Jahrzehnten ein Rahmenwerk zur Modellierung – oder Simulation – der Dynamik des kognitiven Verhaltens von Menschen entwickelt wie sie „laut“ verdauen (d. h. unvollkommene) Informationen aus der Außenwelt.
Wir haben erneut herausgefunden, dass sich mathematische Techniken dafür entwickelt haben Modellierung der Quantenwelt könnte auf die Modellierung der Verarbeitung verrauschter Daten durch das menschliche Gehirn angewendet werden.
Diese Prinzipien können auf andere Verhaltensweisen in der Biologie angewendet werden, die über das reine Gehirn hinausgehen. Grüne Pflanzen, zum Beispiel, haben die bemerkenswerte Fähigkeit chemische und andere Informationen aus ihrer Umgebung zu extrahieren und zu analysieren und sich an Veränderungen anzupassen.
Meine grobe Schätzung, basierend auf ein neues Experiment an Bohnenpflanzen deutet darauf hin, dass dies möglich ist verarbeiten diese externen Informationen effizienter als der beste Computer, den wir heute haben.
Effizienz bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Anlage dauerhaft dazu in der Lage ist die Unsicherheit reduzieren über seine äußere Umgebung so weit wie möglich unter seinen Umständen. Dies könnte beispielsweise darin bestehen, die Richtung, aus der das Licht kommt, einfach zu erkennen, sodass die Pflanze in diese Richtung wachsen kann. Die effiziente Verarbeitung von Informationen durch einen Organismus ist auch mit der Einsparung von Energie verbunden, die für sein Überleben wichtig ist.
Ähnliche Regeln gelten möglicherweise für das menschliche Gehirn, insbesondere dafür, wie sich unser Geisteszustand ändert, wenn wir äußere Signale wahrnehmen. All dies ist wichtig für den aktuellen Verlauf der technologischen Entwicklung. Wenn sich unser Verhalten am besten durch die Art und Weise beschreiben lässt, wie die Wahrscheinlichkeit in der Quantenmechanik funktioniert, dann sollten KI-Systeme, um menschliches Verhalten in Maschinen genau nachzubilden, wahrscheinlich Quantenregeln und nicht klassischen Regeln folgen.
Ich habe diese Idee genannt Künstliche Quantenintelligenz (AQI). Um aus einer solchen Idee praktische Anwendungen zu entwickeln, bedarf es großer Forschungsarbeit.
Aber ein AQI könnte uns dabei helfen, das Ziel von KI-Systemen zu erreichen, die sich eher wie eine echte Person verhalten.
Dorje C. Brody, Professor für Mathematik, Universität von Surrey
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