在量子理論的世界中，薛定諤的貓處於生與死的疊加態，兩個粒子即便在光年之外也能“相互對話”。通過量子理論，我們或許能真正理解這世界上最神秘的現象：人類行為。
Matt Chinworth
量子力學與心理學大概是看起來毫不相干的兩個領域。然而，近來科學家們認為這兩個領域可能存在著一些有意思的關聯：這些理論的目的都是預測看似隨機的系統在未來的表現。他們的區別在於，一個領域旨在通過物理粒子理解世界本質，而另一個是從認知層面理解人類本質（及其包含的潛在缺陷）。
來自中科大的生物物理與神經學家張效初談到，“認知學家們認為人類行為中存在著很多‘與理性相悖’的表現”。經典的決策理論常被用於預測人們是否會基於一些給定參數而作出合理的選擇，但由於人類這種“非理性”的傾向，這些預測常常落空。而張效初認為，“量子概率理論能很好地解釋”這種邏輯上的失誤。
Matt Chinworth
張效初是量子認知（quantum cognition）的倡導者。在1月20日發表於《自然—人類行為》期刊的研究中，他與團隊成員探究了心理學家們能否通過借鑑量子理論來更好地預測人類行為決策。在這個研究中，他們讓被試參與了一項經典的心理學任務。在這項任務中，人們需要做出一些決定。與此同時，研究人員也在檢測參與者的大腦活動：他們的腦成像結果表明部分腦區可能與這種“與量子相似”（quantum-like）的思維進程相關。
張效初表示：“這是首個在神經學層面支持量子認知的研究。”
是挺酷的，但這又代表了什麼呢？
不確定性
量子力學理論描述了構成宇宙一切物質的微小粒子——原子及其亞原子成分的活動。該理論的一項中心原則是微觀世界的不確定性（uncertainty）。與之相對的是，在宏觀世界中，客觀事件的發生大多是確定的。譬如，在宏觀世界裡，假如我們知道一輛火車此時在其軌道的什麼地方以怎樣的速度行駛，根據這些數據，我們能夠計算出該列車將在何時到達下個站臺。倘若數據精確可信，這種預測結果將是切實可靠的，它不會被不確定性所左右。
而當我們轉而考慮電子活動時，情況便完全不同了——我們無法知道某個電子的確切位置及其動量，但我們可以計算出它以某一速率出現在某一位置的可能性。通過這種方式，我們可以模糊地預測出該電子未來的活動。
不確定性不僅僅充斥在微觀世界，不確定性還滲透在我們的決策過程當中：下至決定該刷什麼連續劇，上到選擇給哪個總統候選人投票，不確定性無處不在。從這個角度看來，比起經典心理理論，量子力學因其理論對不確定性的包容，或許更適合預測人們的決策。
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經典心理理論認為人們做決定是為了實現“獎賞”的最大化與“懲罰”的最小化——換句話說，人們的決定結果是為了獲得更多積極的結果以及更少的消極後果。心理學家們把這個過程稱作“強化學習（reinforcement learning）”，根據2009年發表於《數學心理學》（Journal of Mathematical Psychology）的研究，強化學習承繼於巴普洛夫的條件反射，兩者均認為人們能通過總結過往經驗來對自己行動的結果作出預測。
如果強化學習的理論框架真的成立，人們應當一貫地根據兩個選擇的客觀價值來進行決策。然而在現實生活中，人們的行為決策並不總是如此：人們的主觀感受往往會左右他們進行決策的能力。
薛定諤的硬幣
讓我們來想象這樣一個例子：想象你正在進行一個拋硬幣的遊戲。如果硬幣落地是正面，你能獲得的兩百元，落地是背面，你將輸掉一百塊。你能夠選擇只玩一局或是玩兩局。1992年發表於《認知心理學》（Cognitive Psychology）中的研究顯示，在這個情景中，無論第一局結果如何，人們往往選擇再玩一局。一輪贏家選擇拋第二次硬幣可能是由於無論第二局結果如何他們都會贏錢，輸家繼續是為了減少損失。但是，如果玩家們不知道第一局結果，他們很少選擇拋第二次。
在知道一輪結果的情況下，無論其結果是什麼，人們大多選擇繼續。但在不知道第一輪的結果時，這種決策傾向發生了巨大的改變。這樣一個看似不合常理的行為轉變與傳統的強化學習理論相悖——沿用該理論的預測，客觀選擇不應隨情景變化而改變。然而，基於其理論中的不確定性，量子力學卻能很好的預測這樣一個奇怪的結果。
《量子社會科學》（Quantum Social Science）(牛津大學出版社，2013）的合著者伊曼·黑文（Emmanuel Haven）與安德烈·赫倫尼科夫（Andrei Khrennikov）認為，“我們可以這樣理解：將‘量子模型’應用於決策中，其核心在於將量子概率（quantum probability）引用到了認知領域”。
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根據量子力學理論，正如同一個電子在同一時刻可能同時處於兩個地方一樣，第一輪拋硬幣結果可能同時處於“落地正面”和“落地背面”兩種狀態（此處可以借鑑著名的思想實驗：薛定諤的貓可能同時處於存活和死亡的疊加態）。而當一輪結果處於這樣模糊的“疊加態”時，玩家們的最終選擇將變得難以預測。同時，量子力學理論還認為，人們對於自己選擇的預期後果，常常反映在他們的最終決策上。也就是說，人們的預期與他們的最終決策是交互影響，或是互相“糾纏”的（借鑑量子糾纏理論）。
即便是兩個相距很遠的亞原子顆粒之間也可能相互糾纏、互相影響。例如，測量位於日本一個粒子的行為表現可能影響此時正位於美國的該粒子糾纏對象的行為。類比到心理學中，這種“糾纏”可能發生在信念（beliefs）與行為（behaviors）之間。黑文與赫倫尼科夫認為，“恰恰是這種‘糾纏’，影響了最終的行為反應”。這句話中的行為反應即每個玩家們的選擇決策。“而通過量子概率，我們能夠將這種糾纏模擬進我們的預測模型之中。”
根據美國人工智能促進協會（Association for the Advancement of Artificial Intelligence）於2007年發表的報告，科學家們能夠通過數學模型來模擬兩個相距甚遠的疊加態粒子是如何進行量子糾纏的。該模型的厲害之處在於，它能夠對人們在拋硬幣範式中作出的不合理決策給出有力的預測。黑文與赫倫尼科夫認為，“這些通過邏輯推理無法解釋的結果都能在量子理論中能得到很好的解釋”。
量子游戲
張效初的團隊在他們的新研究中比較了兩個量子模型與十二個傳統心理模型在預測決策行為上的表現。在研究中他們使用了愛荷華博弈任務（Iowa Gambling Task），該任務能夠檢測出人們根據錯誤經驗調整選擇策略的能力。
在該任務中，玩家將被要求從四疊牌中抽牌。牌面數字代表玩家將會贏錢或是輸錢，玩家的任務是贏得儘可能多的錢。這個遊戲的機關在於每疊牌中牌面的配置。其中的一疊牌中贏錢的牌面較大，但整體輸錢的牌也更多：從這疊牌中抽牌，玩家會在短期內贏得大量的錢，但長遠的來看，這種策略將使玩家在遊戲結束時輸掉的更多；其餘三疊牌中贏錢的牌面數目較小，但輸錢的牌也更少。隨著遊戲進程，最終的贏家逐漸習得了從“穩紮穩打”的其餘三疊牌中抽牌，而輸家總是在能夠短期贏錢的那一疊牌中抽牌。
在過往研究中，藥癮人群及有腦補損傷的患者在愛荷華博弈任務中的表現總是劣於健康人群。一篇2014年發表於《應用神經學：兒童》（Applied Neuropsychology: Child）上的研究強調，特殊群體在該任務中表現不佳可能與他們受損傷的決策能力相關。張效初的研究中招募了近六十個健康被試與四十個嗜尼古丁的吸菸者，該研究的結果也印證了這個結論。
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在該研究中，量子模型在預測結果的表現上與傳統模型中的最佳模型表現相近。但張效初認為，“儘管我們的量子模型並沒有顯著優於傳統模型......我們應當認清的現實是量子強化學習理論仍處於襁褓之中，我們需要更多的研究來完善這個理論框架”。
為了進一步推進研究價值，該研究團隊在被試完成愛荷華博弈任務時同時通過fMRI腦成像技術掃描了他們的大腦。這樣做的目的是揭示在習得、調整遊戲策略時，被試的大腦中發生了什麼變化。由於量子模型能夠良好預測行為結果，研究者們認為，該模型或許也能預測該研究中的腦成像結果。
腦成像的確成功預測出健康被試在該遊戲進行中被激活的一些腦區，其中包括了與決策相關的前額葉內的神經褶。而在吸菸組被試的腦成像中，被激活的腦區與量子模型的預測結果不盡相同。研究人員認為，由於該模型反映了被試（普通人群）基於錯誤經驗進行學習的能力，該結果也進一步印證了吸菸人群的決策能力失調。
然而，研究者也表示，“我們仍需要進一步的實驗調查”來證實吸菸人群與健康人群的大腦活動差別究竟意味著什麼。黑文與赫倫尼科夫認為：“將量子模型與大腦中的神經生理學活動相聯繫將會帶來許多複雜的問題。張效初團隊的這項研究是非常重要的，因為他們是通向這條道路的開拓者。”
經典強化學習理論模型在涉及情緒、心理異常、社會行為、自由意志以及許多其它認知功能方面的學習中都取得了“巨大的成功”。張效初說：“我們希望量子強化理論也能照亮這些領域，為研究人員們提供更新穎獨到的理解。”
假以時日，也許量子力學理論不僅能從宏觀層面為人類邏輯上的缺陷找到答案，更能為我們解答，這種缺陷是如何在個體神經元上彰顯的。
原文鏈接：https://www.livescience.com/quantum-like-model-of-decision-making-proposed.html
作者：Nicoletta Lanes
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