ESB Professional / Shutterstock
Menselijk gedrag is een raadsel dat veel wetenschappers fascineert. En er is veel discussie geweest over de rol van waarschijnlijkheid bij het verklaren van hoe ons brein werkt.
Waarschijnlijkheid is een wiskundig raamwerk dat ontworpen is om ons te vertellen hoe waarschijnlijk het is dat een gebeurtenis zich voordoet – en het werkt goed voor veel alledaagse situaties. De uitkomst van een munt opgooien wordt bijvoorbeeld beschreven als ½ – of 50% – omdat kop of munt gooien even waarschijnlijk is.
Onderzoek heeft echter aangetoond dat menselijk gedrag niet volledig kan worden gevangen in deze traditionele of “klassieke” wetten van waarschijnlijkheid. Zou het in plaats daarvan verklaard kunnen worden door de manier waarop waarschijnlijkheid werkt in de mysterieuzere wereld van de kwantummechanica?
Wiskundige waarschijnlijkheid is ook een vitaal onderdeel van de kwantummechanica, de tak van de natuurkunde die beschrijft hoe de natuur zich gedraagt op de schaal van atomen of subatomaire deeltjes. Maar, zoals we zullen zien, volgen waarschijnlijkheden in de kwantumwereld heel andere regels.
Ontdekkingen in de laatste twee decennia hebben licht geworpen op een cruciale rol voor “kwantumheid” in de menselijke cognitie – hoe het menselijk brein informatie verwerkt om kennis of begrip te verwerven. Deze bevindingen hebben ook mogelijke implicaties voor de ontwikkeling van kunstmatige intelligentie (AI).
Menselijke ‘irrationaliteit
Nobelprijswinnaar Daniel Kahnemann en andere cognitieve wetenschappers hebben onderzoek gedaan naar wat zij beschrijven als de “irrationaliteit” van menselijk gedrag. Wanneer gedragspatronen vanuit een wiskundig perspectief niet strikt de regels van de klassieke waarschijnlijkheidstheorie volgen, worden ze als “irrationeel” beschouwd.
Uit een onderzoek bleek bijvoorbeeld dat een meerderheid van de studenten die geslaagd zijn voor een eindexamen er de voorkeur aan geeft om daarna op vakantie te gaan. Evenzo wil een meerderheid van degenen die gezakt zijn ook op vakantie.
Als een student zijn resultaat niet weet, zou klassieke waarschijnlijkheid voorspellen dat hij voor vakantie zou kiezen omdat dat de voorkeursoptie is, of hij nu geslaagd of gezakt is. Maar in het experiment ging een meerderheid van de studenten liever niet op vakantie als ze niet wisten hoe ze het hadden gedaan.
Intuïtief is het niet moeilijk te begrijpen dat studenten misschien niet op vakantie willen als ze zich de hele tijd zorgen moeten maken over hun examenresultaten. Maar de klassieke waarschijnlijkheid geeft het gedrag niet goed weer, dus wordt het beschreven als irrationeel. In de cognitieve wetenschap zijn veel vergelijkbare schendingen van klassieke waarschijnlijkheidsregels waargenomen.
Kwantumbrein?
In klassieke waarschijnlijkheid, wanneer een reeks vragen wordt gesteld, dan hangen de antwoorden niet af van de volgorde waarin de vragen worden gesteld. In de kwantumfysica daarentegen kunnen de antwoorden op een reeks vragen cruciaal afhangen van de volgorde waarin ze gesteld worden.
Een voorbeeld is het meten van de spin van een elektron in twee verschillende richtingen. Als je eerst de spin in horizontale richting meet en dan in verticale richting, krijg je één uitkomst.
De uitkomsten zullen over het algemeen anders zijn als de volgorde wordt omgedraaid, vanwege een bekende eigenschap van de kwantummechanica. Alleen al het meten van een eigenschap van een kwantumsysteem kan invloed hebben op het ding dat gemeten wordt (in dit geval de spin van een elektron) en dus op de uitkomst van eventuele volgende experimenten.
Orde-afhankelijkheid kan ook gezien worden in menselijk gedrag. Bijvoorbeeld, in een onderzoek dat 20 jaar geleden werd gepubliceerd over de effecten die de volgorde van vragen heeft op de antwoorden van respondenten, werd aan proefpersonen gevraagd of ze dachten dat de vorige president van de VS, Bill Clinton, eerlijk was. Daarna werd hen gevraagd of zijn vicepresident, Al Gore, eerlijk leek.
Toen de vragen in deze volgorde werden gesteld, antwoordden respectievelijk 50% en 60% van de respondenten dat ze eerlijk waren. Maar toen de onderzoekers de respondenten eerst naar Gore vroegen en daarna naar Clinton, antwoordden respectievelijk 68% en 60% dat ze eerlijk waren.
Op een alledaags niveau lijkt het misschien dat menselijk gedrag niet consistent is, omdat het vaak de regels van de klassieke waarschijnlijkheidstheorie overtreedt. Dit gedrag lijkt echter wel te passen bij de manier waarop waarschijnlijkheid werkt in de kwantummechanica.
Dit soort observaties heeft cognitiewetenschapper Jerome Busemeyer en vele anderen doen inzien dat de kwantummechanica menselijk gedrag over het algemeen op een meer consistente manier kan verklaren.
Gebaseerd op deze verbazingwekkende hypothese is er binnen de cognitiewetenschappen een nieuw onderzoeksgebied ontstaan dat “kwantumcognitie” wordt genoemd.
Hoe is het mogelijk dat denkprocessen gedicteerd worden door kwantumregels? Werken onze hersenen als een kwantumcomputer? Niemand weet de antwoorden, maar de empirische gegevens lijken er sterk op te wijzen dat onze gedachten kwantumregels volgen.
Dynamisch gedrag
Parallel aan deze opwindende ontwikkelingen hebben mijn medewerkers en ik de afgelopen twintig jaar een raamwerk ontwikkeld voor het modelleren – of simuleren – van de dynamiek van het cognitieve gedrag van mensen terwijl ze “ruisende” (dat wil zeggen, imperfecte) informatie van de buitenwereld verwerken.
We ontdekten opnieuw dat wiskundige technieken die waren ontwikkeld voor het modelleren van de kwantumwereld konden worden toegepast op het modelleren van hoe het menselijk brein lawaaiige gegevens verwerkt.
Deze principes kunnen worden toegepast op ander gedrag in de biologie, buiten alleen de hersenen. Groene planten hebben bijvoorbeeld het opmerkelijke vermogen om chemische en andere informatie uit hun omgeving te halen en te analyseren en zich aan te passen aan veranderingen.
Mijn ruwe schatting, gebaseerd op een recent experiment met gewone bonenplanten, suggereert dat ze deze externe informatie efficiënter kunnen verwerken dan de beste computer die we vandaag de dag hebben.
In deze context betekent efficiëntie dat de plant consequent in staat is om de onzekerheid over zijn externe omgeving zoveel mogelijk te beperken in zijn omstandigheden. Dit zou bijvoorbeeld kunnen inhouden dat de plant gemakkelijk detecteert uit welke richting het licht komt, zodat de plant daar naartoe kan groeien. Het efficiënt verwerken van informatie door een organisme is ook gekoppeld aan het besparen van energie, wat belangrijk is voor zijn overleving.
Vergelijkbare regels kunnen van toepassing zijn op het menselijk brein, in het bijzonder op hoe onze gemoedstoestand verandert wanneer we signalen van buitenaf waarnemen. Dit alles is belangrijk voor het huidige traject van technologische ontwikkeling. Als ons gedrag het best beschreven wordt door de manier waarop waarschijnlijkheid werkt in de kwantummechanica, dan moeten AI-systemen waarschijnlijk kwantumregels volgen in plaats van klassieke regels om menselijk gedrag nauwkeurig na te bootsen in machines.
Ik heb dit idee kunstmatige kwantumintelligentie (AQI) genoemd. Er is veel onderzoek nodig om praktische toepassingen van zo’n idee te ontwikkelen.
Maar een AQI zou ons kunnen helpen om het doel te bereiken van AI-systemen die zich meer als een echt mens gedragen.
Dorje C Brody ontvangt financiering van de Engineering and Physical Science Research Council (EP/X019926/1) en de John
Templeton Foundation (62210). De meningen in deze publicatie zijn die van de auteur en komen niet noodzakelijk overeen met de standpunten van de John Templeton Foundation.