Перекресток наук: специалист по квантовой когнитивистике
О связи между квантовыми вычислениями и социологическими исследованиями поговорили с Александром Алоджанцем — доктором физико-математических наук, ординарным профессором факультета лазерной фотоники и оптоэлектроники, ведущим научным сотрудником целевой поисковой лаборатории квантовой когнитивистики и интеллектуальных систем Университета ИТМО.
Мы в лаборатории занимаемся новыми направлениями в области когнитивных и социальных наук с применением методов квантовой теории, современных компьютерных технологий и машинного обучения.
Трудности есть, и они связаны с интердисциплинарностью исследований. Мало специалистов, которые могли бы быть достаточно универсальными: хорошо понимали актуальные задачи современной социологии, психологии и вместе с тем хорошо разбирались в математике, вычислительных возможностях, программном обеспечении. Таких людей нам приходится самим воспитывать и обучать.
У нас есть для этого магистерская программа «Когнитивные технологии и квантовый интеллект».
Предсказательная сила заключается в применении квантового аппарата к задачам социогуманитарного направления исследований. Это точный в описании метод. Чтобы оно имело предсказательную силу, надо объединить теоретический квантовый аппарат с методами искусственного интеллекта. Предсказывая сценарии поведения группы людей, нужно строить систему на основе квантовой математики, вероятности мер и моделей, но в качестве инструмента использовать алгоритмы искусственного интеллекта. Все это можно и нужно направить на изучение социальных процессов.
Коммерческие компании интересовались этим направлением, но сейчас не только у нас в лаборатории идут разработки на уровне прикладных научно-исследовательских работ. Конечная цель — программные продукты с элементами искусственного интеллекта. Сейчас мы разрабатываем софт — когнитивную поисковую систему, которую можно было бы использовать для контекстуального ранжирования документов, в частности для задач Министерства науки и высшего образования.
Пока это пилотный образец, но позже мы рассматриваем продолжение работы по доведению его до уровня коммерческого экземпляра, который можно было бы продвигать на рынке. Интерес есть со стороны компаний, которые используют IT-продукты в своей деятельности.
Взаимодействия человека с современными коммуникационными сетями, интернет-влияние и прочие процессы сильно меняют общество. Человек в сети и человек вне сети — это два абсолютно разных индивида. Изменение общества под влиянием новых коммуникационных возможностей происходит существенно быстрее, чем увеличение наших знаний о нем: наука не успевает за этим. Чтобы правильно отвечать на вопросы современной социологии и когнитивных наук, нужно еще обладать технической грамотностью, понимать, какие возможности дают современные сетевые ресурсы, как они могут быть формализованы. В основном традиционная социология носит только описательный характер, а важен — предсказательный.
Это исследования XXI века, нам необходимо применять серьезные матметоды, и они подчас намного сложнее, чем те, что мы используем в квантовой физике и инженерных науках, потому что социум — достаточно сложная система.
Мы все рано или поздно будем иметь по пять гаджетов, может даже у нас будет квантовый компьютер, но люди не будут понимать, что с этим делать, как грамотно использовать интернет вещей, как общаться между собой.
Материал опубликован в журнале NewTone
Когнитивистика | это… Что такое Когнитивистика?
Когнитивистика (когнитивная наука) (лат. cognitio — познание) — междисциплинарное научное направление, объединяющее теорию познания, когнитивную психологию, нейрофизиологию, когнитивную лингвистику и теорию искусственного интеллекта.
В когнитивистике совместно используются компьютерные модели, взятые из теории искусственного интеллекта, и экспериментальные методы, взятые из психологии и физиологии высшей нервной деятельности, для разработки точных теорий работы человеческого мозга.
Ключевым техническим достижением, сделавшим когнитивистику возможной, стали новые методы сканирования мозга. Томография и другие методы впервые позволили заглянуть внутрь мозга и получить прямые, а не косвенные данные о его работе.
Важную роль сыграли и всё более мощные компьютеры.
Наблюдаемый сейчас прогресс в когнитивистике, как полагают учёные, позволит «разгадать загадку разума», то есть описать и объяснить процессы в мозгу человека, ответственные за высшую нервную деятельность. Это позволит создать системы так называемого сильного искусственного интеллекта, который будет обладать способностями к самостоятельному обучению, творчеству, свободному общению с человеком.
Содержание
|
Составляющие когнитивистики
- Искусственный интеллект
- Когнитивная психология
- Когнитивная лингвистика
- Когнитивная этология
- Математическая логика
- Неврология
- Нейробиология
- Нейрофизиология
- Философия сознания
К когнитивным наукам также относят экспериментальную психологию познания, нейронауку, когнитивную антропологию, когнитивную географию, психолингвистику, нейролингвистику.
Ссылки
- CogLab — Что такое когнитивная наука
- Когнитология
- Когнитивная наука
- Учебный курс по когнитологии
- Когнитивные аспекты языковой деятельности человека
- Российская ассоциация искусственного интеллекта
См. также
- Когнитивная лингвистика
- Когнитивная география
- Когнитивная графика
- Когнитивная психология
- Когнитивная психотерапия
- Когнитивная этология
- Представление знаний
- Философия сознания
Литература
- Лангаккер Р. У. Когнитивная грамматика. — М.: ИНИОН РАН, 1992. — 56 с.
- Лакофф Дж. Когнитивное моделирование. Язык и интеллект. — М.: «Прогресс», 1996. — 416 с.
- Краткий словарь когнитивных терминов. / Под общ. ред. Е. С. Кубряковой. — М.: Филол. ф-т МГУ им. М. В. Ломоносова, 1997. — 245 с.
- Величковский Б. М. Когнитивная наука: основы психологии познания. В 2-х тт. — М. : Смысл : Издательский центр «Академия», 2006.
- Когнитивная наука и интеллектуальные технологии: Реф. сб. АН СССР. — М.: Ин-т науч. информ. по обществ. наукам, 1991. — 228 с.
- Казначеев В. П. Учение В. И. Вернадского о биосфере и ноосфере. — Новосибирск: Наука, 1989. — 248 с. — ISBN 5-02-029200-1.
- Вернадский В. И. Биосфера и ноосфера / Сост. В. С. Неаполитанская, А. А. Косоруков, И. Н. Нестерова. — М.: Наука, 1989. — 261 с.
- Вернадский В. И. Биосфера мысли и наброски. — М.: Изд. дом «Ноосфера», 2001. — 244 с.
- Моисеев Н. Н. Алгоритмы развития. — М.: Мир, 1974. — 304 с.
- Моисеев Н. Н. Быть или не быть человечеству. — М.: Россия молодая, 1999. — 288 с.
Науки
Что такое квантовое познание? Теория физики может предсказать поведение человека.
Та же фундаментальная платформа, которая позволяет коту Шредингера быть одновременно живым и мертвым, а также означает, что две частицы могут «разговаривать друг с другом» даже на расстоянии галактики, может помочь объяснить, пожалуй, самый загадочный феномен: поведение человека.
Квантовая физика и человеческая психология могут показаться совершенно не связанными, но некоторые ученые считают, что эти две области интересным образом пересекаются. Обе дисциплины пытаются предсказать, как неуправляемые системы могут вести себя в будущем. Разница в том, что одна область направлена на понимание фундаментальной природы физических частиц, в то время как другая пытается объяснить
«Ученые-когнитивисты обнаружили, что существует много «иррационального» человеческого поведения», — сообщил Live Science по электронной почте Сяочу Чжан, биофизик и нейробиолог из Китайского университета науки и технологий в Хэфэе. Классические теории принятия решений пытаются предсказать, какой выбор сделает человек с учетом определенных параметров, но склонные к ошибкам люди не всегда ведут себя так, как от них ожидают. Недавние исследования показывают, что эти ошибки в логике «могут быть хорошо объяснены квантовой теорией вероятностей», — сказал Чжан.
Связанный: Извращенная физика: 7 умопомрачительных открытий
Чжан стоит среди сторонников так называемого квантового познания. В новом исследовании, опубликованном 20 января в журнале Nature Human Behavior , он и его коллеги исследовали, как концепции, заимствованные из квантовой механики, могут помочь психологам лучше предсказывать принятие решений человеком. Во время записи того, какие решения люди принимали в рамках известного психологического задания, команда также следила за мозговой активностью участников. Сканирование выявило определенные области мозга, которые могут быть вовлечены в квантовоподобные мыслительные процессы.
Это исследование «первое, подтверждающее идею квантового познания на нейронном уровне», — сказал Чжан.
Круто — что это на самом деле означает?
Неопределенность
Квантовая механика описывает поведение крошечных частиц, из которых состоит вся материя во Вселенной, а именно атомов и их субатомных компонентов.
Один центральный принцип теории предполагает большую неопределенность в этом мире очень маленьких, что-то, что не наблюдается в больших масштабах. Например, в большом мире можно знать, где находится поезд на своем маршруте и с какой скоростью он движется, и, зная эти данные, можно предсказать, когда этот поезд должен прибыть на следующую станцию.
Теперь замените поезд электроном , и ваша предсказательная сила исчезнет — вы не можете знать точное местоположение и импульс данного электрона, но вы можете вычислить вероятность того, что частица может появиться в определенное место, путешествуя с определенной скоростью. Таким образом, вы могли бы получить смутное представление о том, чем может заниматься электрон.
Точно так же, как неопределенность пронизывает субатомный мир, она также просачивается в наш процесс принятия решений, независимо от того, обсуждаем ли мы, какой новый сериал смотреть запоем, или голосуем на президентских выборах. Вот тут-то и появляется квантовая механика.
В отличие от классических теорий принятия решений, квантовый мир оставляет место для определенной степени… неопределенности.
Связанный: Самые смешные теории в физике
Теории классической психологии основаны на идее, что люди принимают решения, чтобы максимизировать «награды» и минимизировать «наказания» — другими словами, чтобы гарантировать результат своих действий. больше положительных результатов, чем отрицательных последствий. Эта логика, известная как «обучение с подкреплением», согласуется с концепцией Павлона, согласно которой люди учатся предсказывать последствия своих действий на основе прошлого опыта, согласно исследованию 2009 года.отчет в Журнале Математической Психологии .
Если бы люди действительно были ограничены этой структурой, они бы постоянно взвешивали объективные значения двух вариантов, прежде чем выбирать между ними. Но на самом деле люди не всегда так работают; их субъективное отношение к ситуации подрывает их способность принимать объективные решения.
Орел и решка (одновременно)
Рассмотрим пример:
Представьте, что вы делаете ставку на то, выпадет ли подброшенная монета орлом или решкой. Орел приносит вам 200 долларов, решка стоит 100 долларов, и вы можете подбросить монету дважды. Согласно исследованию, опубликованному в журнале92 в журнале Когнитивная психология . Предположительно, победители делают ставки во второй раз, потому что они могут выиграть деньги, несмотря ни на что, в то время как проигравшие делают ставки, пытаясь возместить свои потери, а затем и некоторые. Однако, если игрокам не разрешено знать результат первого броска монеты, они редко делают вторую ставку.
Когда известно, первый бросок не влияет на последующий выбор, но когда он неизвестен, это имеет значение. Этот парадокс не укладывается в рамки классического обучения с подкреплением, которое предсказывает, что объективный выбор всегда должен быть одним и тем же. Напротив, квантовая механика принимает во внимание неопределенность и фактически предсказывает этот странный результат.
«Можно сказать, что «квантовая» модель принятия решений относится по существу к использованию квантовой вероятности в области познания», — Эммануэль Хейвен и Андрей Хренников, соавторы учебника «Квантовая социальная наука». (Cambridge University Press, 2013), — сообщил Live Science в электронном письме.
Похожие: 18 величайших неразгаданных тайн физики , одновременно. (Другими словами, в знаменитом мысленном эксперименте Кот Шредингера одновременно жив и мертв.) Пока человек находится в этом двусмысленном состоянии, известном как «суперпозиция», окончательный выбор человека неизвестен и непредсказуем. Квантовая механика также признает, что убеждения людей относительно исхода данного решения — будет ли оно хорошим или плохим — часто отражают то, каким в итоге окажется их окончательный выбор. Таким образом, убеждения людей взаимодействуют или становятся « запутанными » с их возможными действиями.
Субатомные частицы также могут запутываться и влиять на поведение друг друга, даже если их разделяют большие расстояния.
Например, измерение поведения частицы, находящейся в Японии, изменит поведение ее запутанного партнера в Соединенных Штатах. В психологии аналогию можно провести между убеждениями и поведением. «Именно это взаимодействие» или состояние запутанности «влияет на результат измерения», — сказали Хейвен и Хренников. Результат измерения в данном случае относится к окончательному выбору, который делает человек. «Это можно точно сформулировать с помощью квантовой вероятности».
Ученые могут математически смоделировать это запутанное состояние суперпозиции, в котором две частицы влияют друг на друга, даже если они разделены большим расстоянием, как показано в отчете 2007 года, опубликованном Ассоциацией по развитию искусственного интеллекта . И что примечательно, окончательная формула точно предсказывает парадоксальный исход парадигмы подбрасывания монеты. «Отказ в логике можно лучше объяснить с помощью квантового подхода», — отметили Хейвен и Хренников.
Ставка на квантовые данные
В своем новом исследовании Чжан и его коллеги сравнили две квантовые модели принятия решений с 12 моделями классической психологии, чтобы выяснить, какие из них лучше всего предсказывают поведение человека во время выполнения психологической задачи.
В задании участники тянут из четырех колод карт. Каждая карта либо приносит деньги игроку, либо стоит ему денег, а цель игры состоит в том, чтобы заработать как можно больше денег. Загвоздка заключается в том, как уложена каждая колода карт. Вытягивание из одной колоды может принести игроку большие суммы денег в краткосрочной перспективе, но к концу игры это будет стоить ему гораздо больше денег. Другие колоды приносят меньшие суммы денег в краткосрочной перспективе, но в целом меньше штрафов. В процессе игры победители учатся в основном рисовать из «медленных и стабильных» колод, а проигравшие — из колод, которые приносят им быстрые деньги и большие штрафы.
Исторически так сложилось, что люди с наркозависимостью или повреждениями головного мозга хуже справляются с заданием по азартным играм в Айове, чем здоровые участники, что предполагает, что их состояние каким-то образом ухудшает способность принимать решения, как подчеркивается в исследовании, опубликованном в 2014 году в журнале Applied Neuropsychology: Child.
. Эта закономерность подтвердилась и в эксперименте Чжана, в котором участвовало около 60 здоровых участников и 40 человек с никотиновой зависимостью.
Две квантовые модели сделали прогнозы, аналогичные наиболее точным среди классических моделей, отметили авторы. «Хотя [квантовые] модели не превзошли [классические] в подавляющем большинстве случаев… следует помнить, что структура [квантового обучения с подкреплением] все еще находится в зачаточном состоянии и, несомненно, заслуживает дополнительных исследований», — добавили они.
Похожие: 10 фактов о мозге, которых вы не знали .
Чтобы повысить ценность своего исследования, команда сделала сканирование мозга каждого участника, когда они выполняли задание по азартным играм в Айове. При этом авторы попытались заглянуть в то, что происходило внутри мозга по мере того, как участники обучались и корректировали свою игровую стратегию с течением времени. Выходные данные, полученные квантовой моделью, предсказывали, как будет разворачиваться этот процесс обучения, и, таким образом, авторы предположили, что горячие точки мозговой активности могут каким-то образом коррелировать с предсказаниями моделей.
Сканирование действительно выявило ряд активных областей мозга у здоровых участников во время игры, в том числе активацию нескольких крупных складок в лобной доле, которые, как известно, участвуют в принятии решений. Однако в курящей группе не было обнаружено никаких горячих точек мозговой активности, связанных с предсказаниями, сделанными квантовой моделью. Авторы отмечают, что поскольку модель отражает способность участников учиться на ошибках, результаты могут проиллюстрировать нарушения принятия решений в курящей группе.
Тем не менее, «требуются дальнейшие исследования», чтобы определить, что эти различия в активности мозга действительно отражают у курильщиков и некурящих, добавили они. «Связь квантовоподобных моделей с нейрофизиологическими процессами в мозгу… представляет собой очень сложную проблему», — говорят Хейвен и Хренников. «Это исследование имеет большое значение как первый шаг к ее решению».
Модели классического обучения с подкреплением показали «большой успех» в исследованиях эмоций, психических расстройств, социального поведения, свободы воли и многих других когнитивных функций, сказал Чжан.
«Мы надеемся, что квантовое обучение с подкреплением также прольет свет на [эти области], предоставив уникальную информацию».
Возможно, со временем квантовая механика поможет объяснить распространенные недостатки человеческой логики, а также то, как эта склонность к ошибкам проявляется на уровне отдельных нейронов.
- 10 Everyday Things that Cause Brain Farts
- The 18 Biggest Unsolved Mysteries in Physics
- 18 Times Quantum Particles Blew Our Minds in 2018
Originally published on Live Science .
Хотите больше науки? Подпишитесь на нашу сестринскую публикацию Журнал «Как это работает» (откроется в новой вкладке) , чтобы быть в курсе последних удивительных научных новостей. (Изображение предоставлено Future plc)(открывается в новой вкладке)
Николетта Ланезе — редактор новостей отдела здоровья Live Science.
Впервые она присоединилась к изданию в 2019 году в качестве штатного писателя. Она имеет степень в области неврологии и танца Университета Флориды и диплом о высшем образовании в области научной коммуникации Калифорнийского университета в Санта-Круз. Ее работы публиковались в журналах The Scientist Magazine, Science News, The San Jose Mercury News и Mongabay, а также в других изданиях.
Использование квантовой физики для объяснения человеческого познания и поведения
Здоровье
Новая теория берет принципы из квантовой физики и применяет их к психологии.
Джули Бек Dabarti CGI / Shutterstock
Теория квантовой механики заслужила свою репутацию, делая точные предсказания поведения атомов и мельчайших частиц, из которых они состоят. Никто до конца не понимает, что такое квантовая механика означает , но работает как . В этом ее привлекательность, и поэтому понятно, что исследователи в других областях могут захотеть позаимствовать идеи квантовой механики.
Войдите в «квантовое познание», новую теорию, которая предполагает, что математические принципы, лежащие в основе квантовой механики, могут быть использованы для лучшего понимания другой заведомо необъяснимой области исследования: человеческого поведения.
Исследователи из Университета штата Огайо, Университета Индианы и Технологического университета Квинсленда недавно опубликовали пару обзорных статей, объясняющих эту новую теорию. Квантовые модели особенно полезны, когда поведение людей кажется иррациональным с точки зрения классической теории вероятностей.
«Это интересно — когда мы говорим, что что-то иррационально в процессе принятия решений, это потому, что это противоречит тому, что должна предсказывать классическая модель принятия решений, основанная на вероятности», — говорит Чжэн Джойс Ван, адъюнкт-профессор коммуникаций в Университете штата Огайо и соавтор. — автор обеих работ. — Но люди так себя не ведут.
Возьмем, к примеру, классическую дилемму заключенного.
Двум преступникам предоставляется возможность сдать друг друга. Если один сдаст, а другой нет, стукач выходит на свободу, а второй отбывает трехлетний срок. Если они оба солгут, каждый получит по два года. Если ни крыс, то каждая из них получает по одному году. Если бы игроки всегда действовали в своих собственных интересах, они бы всегда сдавали. Но исследования показали, что люди часто выбирают сотрудничество.
Классическая вероятность не может этого объяснить. Если бы первый игрок точно знал, что второй сотрудничает, было бы разумнее сбежать. Если бы первый точно знал, что второй дезертирует, то дезертировать также имело бы наибольший смысл. Поскольку независимо от того, что делает другой игрок, лучше отказаться, то первый игрок логически должен отказаться, несмотря ни на что.
Квантовое объяснение того, почему первый игрок все равно может сотрудничать, состоит в том, что когда один игрок не уверен в том, что делает другой, это похоже на ситуацию с котом Шредингера. Другой игрок потенциально может сотрудничать и в то же время потенциально предать в сознании первого игрока.
Каждая из этих возможностей похожа на мысленную волну, говорит Ван. И, как обычно делают волны всех видов (световые, звуковые, водные), они могут мешать друг другу. В зависимости от того, как они выстраиваются в линию, они могут нейтрализовать друг друга, чтобы создать меньшую волну, или дополнить друг друга, чтобы создать большую волну. Если мысленная волна «другой парень собирается сотрудничать» усиливается в сознании игрока, он может решить тоже сотрудничать.
Принятие решения превращает мысленную волну в частицу, согласно книге Джерома Буземейера и Питера Брузы « Квантовые модели познания и принятия решений». «Мы утверждаем, что волновая природа неопределенного состояния отражает психологический опыт конфликта, двусмысленности, замешательства и неуверенности; корпускулярная природа определенного состояния отражает психологический опыт разрешения конфликтов, решения и уверенности», — пишут они.
Ответ на вопрос может перемещать людей от волны к частице, от неуверенности к уверенности.
В квантовой физике «эффект наблюдателя» относится к тому, как измерение состояния частицы может изменить то самое состояние, которое вы пытаетесь измерить. Точно так же, если задать кому-то вопрос о ее душевном состоянии, это вполне может его изменить. Например, если я рассказываю подруге о предстоящей аттестации и не знаю, как к этому отношусь, если она спрашивает меня: «Ты нервничаешь?» это может заставить меня задуматься обо всех причинах, по которым я должен нервничать. Возможно, я не нервничал до того, как она спросила меня, но после вопроса мой ответ мог стать таким: «Ну, мне 9 лет».0009 теперь !»
Это не обязательно происходит каждый раз, когда кто-то задает вам вопрос — некоторые ответы вы просто знаете, вам не нужно придумывать их на месте, что означает отсутствие эффекта наблюдения. «Для многих вопросов у вас есть сохраненный ответ, который просто извлекается по запросу (например, вы когда-нибудь читали определенную книгу?)», — пишут Бусемейер и Бруза. «Но другие вопросы являются новыми и более сложными, и вам нужно строить ответ, исходя из вашего текущего состояния и контекста (например, вам понравилась моральная тема этой книги?)».
Другой ключевой концепцией квантового познания является идея «дополнительности». Две идеи дополняют друг друга, если они несовместимы, если вы не можете думать о них обоих одновременно. Это похоже на принцип неопределенности в квантовой физике, который утверждает, что если вы уверены в положении частицы в пространстве, вы обязательно должны быть уверены в ее скорости, и наоборот. Применительно к принятию решений это означает, что если вы уверены в том, что думаете об одном, вы не можете одновременно быть уверены в том, что думаете о другом.
«У нас ограниченные возможности, — говорит Ван. «В этом нет ничего нового. Мы знаем, что не можем думать обо всем одновременно». Мы можем думать о каких-то вещах одновременно, например, человек может одновременно знать свое имя и возраст. Эти две вещи совместимы. Вы можете задавать вопросы «Как тебя зовут?» а сколько тебе лет?» в любом порядке и ожидать одинаковых ответов.
Здесь работает классическая вероятность. Но если ответы несовместимы, то порядок, в котором вы задаете вопросы, имеет значение. Вот пример из книги Busemeyer/Bruza:
Предположим, мальчика-подростка напрямую спрашивают: «Насколько ты счастлив?» типичный ответ: «Все отлично». Однако если этого подростка сначала спросить: «Когда у вас в последний раз было свидание?» тогда ответ, как правило, звучит так: «Кажется, это было давным-давно». После этого отрезвляющего ответа более поздний вопрос о счастье обычно приводит к второму ответу, не столь солнечному и радужному.
В этом сценарии, спрашивая подростка о свиданиях, которых у него нет, прежде чем спросить, счастлив ли он, заставляет его думать о счастье с точки зрения романтического успеха, который, добро пожаловать в оставшуюся часть твоей жизни, гипотетический мальчик-подросток. Это объяснение имеет смысл, но, как и многие неквантовые объяснения эффекта порядка, оно «расплывчатое, общее и словесное», — говорит Ван.
