Qu’est-ce que la cognition quantique ? La physique pourrait prédire le comportement humain - Janvier 2020

 

Certains scientifiques pensent que la mécanique quantique peut expliquer la prise de décision humaine.

 

La même plateforme fondamentale qui permet au chat de Schrödinger d’être à la fois vivant et mort, et qui signifie également que deux particules peuvent « communiquer » même à travers la distance d’une galaxie, pourrait aider à expliquer le phénomène peut-être le plus

mystérieux : le comportement humain.

 

La physique quantique et la psychologie humaine peuvent sembler totalement indépendantes, mais certains scientifiques pensent que ces deux domaines se chevauchent de manière intéressante.

Les deux disciplines tentent de prédire comment des systèmes indisciplinés pourraient se comporter à l’avenir. La différence est que l’un des domaines vise à comprendre la nature fondamentale des particules physiques, tandis que l’autre tente d’expliquer la nature humaine – ainsi que ses erreurs inhérentes.

 

Les scientifiques de la cognition ont découvert qu’il existe de nombreux comportements humains « irrationnels », a déclaré Xiaochu Zhang, biophysicien et neuroscientifique à l’Université des sciences et des technologies de Chine à Hefei, dans un courriel à Live Science.

 

Les théories classiques de la prise de décision tentent de prédire quel choix une personne fera en fonction de certains paramètres, mais les humains faillibles ne se comportent pas toujours comme prévu.

Des recherches récentes suggèrent que ces failles dans la logique « peuvent être bien expliquées par la théorie des probabilités quantiques », a déclaré M. Zhang.

 

Zhang fait partie des partisans de la soi-disant cognition quantique.

 

Dans une nouvelle étude publiée le 20 janvier dans la revue Nature Human Behavior, lui et ses collègues ont étudié comment des concepts empruntés à la mécanique quantique peuvent aider les psychologues à mieux prédire les décisions humaines. Tout en enregistrant les décisions prises par les personnes dans le cadre d’une tâche psychologique bien connue, l’équipe a également suivi l’activité cérébrale des participants. Les scans ont mis en évidence des régions cérébrales spécifiques qui pourraient être impliquées dans des processus de pensée de type quantique.

 

L’étude est "la première à soutenir l’idée de la cognition quantique au niveau neuronal », a déclaré M. Zhang Cool ; qu’est-ce que cela signifie vraiment ?

 

Incertitude

 

La mécanique quantique décrit le comportement des minuscules particules qui composent toute la matière de l’univers, à savoir les atomes et leurs composants subatomiques.

 

Un principe central de la théorie suggère une grande incertitude dans ce monde des très petits, quelque chose qui n’est pas vu à plus grande échelle. Par exemple, dans le grand monde, on peut savoir où se trouve un train sur son trajet et à quelle vitesse il roule, et grâce à ces données, on pourrait prédire quand ce train devrait arriver à la prochaine gare.

 

Maintenant, remplacez le train par un électron, et votre pouvoir de prédiction disparaît – vous ne pouvez pas connaître l’emplacement exact et la vitesse d’un électron donné, mais vous pourriez calculer la probabilité que la particule apparaisse à un certain endroit, en se déplaçant à une vitesse particulière. De cette façon, vous pourriez avoir une vague idée de ce que l’électron pourrait faire.

 

Tout comme l’incertitude imprègne le monde subatomique, elle s’infiltre également dans notre processus de décision, que nous débattions de la nouvelle série à regarder ou que nous votions lors d’une élection présidentielle. C’est là qu’intervient la mécanique quantique. Contrairement aux théories classiques de la prise de décision, le monde quantique laisse place à un certain degré d’incertitude.

 

Les théories de la psychologie classique reposent sur l’idée que les gens prennent des décisions afin de maximiser les « récompenses » et de minimiser les « punitions » – en d’autres termes, pour s’assurer que leurs actions ont des résultats plus positifs que des conséquences négatives.

 

Cette logique, connue sous le nom de « renforcement de l’apprentissage », s’inscrit dans le cadre du conditionnement pavlovien, selon lequel les gens apprennent à prédire les conséquences de leurs actions en se basant sur leurs expériences passées, selon un rapport publié en 2009 dans le Journal of Mathematical Psychology.

 

S’il était réellement contraint par ce cadre, l’homme pèserait constamment les valeurs objectives de deux options avant de choisir entre elles. Mais en réalité, les gens ne travaillent pas toujours de cette manière ; leurs sentiments subjectifs sur une situation sapent leur capacité à prendre des décisions objectives.

 

 

Pile et face (en même temps)

 

Prenons un exemple :

 

Imaginez que vous pariez sur la question de savoir si une pièce de monnaie jetée tombera sur pile ou sur face. Pile vous rapporte 200 $, face vous coûte 100 $ et vous pouvez choisir de lancer la pièce deux fois. Dans ce scénario, la plupart des gens choisissent de prendre le pari deux fois, que le lancer initial se traduise par une victoire ou une perte, selon une étude publiée en 1992 dans la revue Cognitive Psychology. On peut supposer que les gagnants parient une deuxième fois parce qu’ils ont la possibilité de gagner de l’argent quoi qu’il arrive, tandis que les perdants parient pour tenter de récupérer leurs pertes, et même plus. Cependant, si les joueurs ne sont pas autorisés à connaître le résultat du premier tirage au sort, ils font rarement le second pari.

 

Lorsqu’il est connu, le premier tirage n’influence pas le choix qui suit, mais lorsqu’il est inconnu, il fait toute la différence. Ce paradoxe ne s’inscrit pas dans le cadre de l’apprentissage classique du renforcement, qui prévoit que le choix objectif doit toujours être le même. En revanche, la mécanique quantique tient compte de l’incertitude et prédit en fait ce résultat étrange.

 

« On pourrait dire que le modèle de prise de décision ‘basé sur les quanta’ se réfère essentiellement à l’utilisation de la probabilité quantique dans le domaine de la cognition », ont déclaré Emmanuel Haven et Andrei Khrennikov, co-auteurs du manuel « Quantum Social Science » (Cambridge University Press, 2013), dans un courriel à Live Science.

 

Tout comme un électron particulier peut se trouver ici ou là à un moment donné, la mécanique quantique suppose que le premier tirage au sort a entraîné une victoire et une défaite, simultanément. (En d’autres termes, dans la célèbre expérience de pensée, le chat de Schrödinger est à la fois vivant et mort). Bien qu’il soit pris dans cet état ambigu, connu sous le nom de « superposition », le choix final d’un individu est inconnu et imprévisible. La mécanique quantique reconnaît également que les croyances des gens sur le résultat d’une décision donnée – qu’elle soit bonne ou mauvaise – reflètent souvent ce que leur choix final finit par être. De cette façon, les croyances des gens interagissent ou « s’intriquent » à leur action éventuelle.

 

De même, les particules subatomiques peuvent s’enchevêtrer et influencer le comportement des autres, même si elles sont séparées par de grandes distances. Par exemple, la mesure du comportement d’une particule située au Japon modifierait le comportement de son partenaire empêtré aux États-Unis. En psychologie, une analogie similaire peut être établie entre les croyances et les comportements. « C’est précisément cette interaction », ou état d’intrication, « qui influence le résultat de la mesure », ont déclaré Haven et Khrennikov. Le résultat de la mesure, dans ce cas, fait référence au choix final qu’un individu fait. « Cela peut être formulé avec précision à l’aide de la probabilité quantique ».

 

Les scientifiques peuvent modéliser mathématiquement cet état de superposition enchevêtrée – dans lequel deux particules s’affectent mutuellement même si elles sont séparées par une grande distance – comme le démontre un rapport publié en 2007 par l’Association pour l’avancement de l’intelligence artificielle. Et, fait remarquable, la formule finale prédit avec précision l’issue paradoxale du paradigme du tirage au sort. « Le manque de logique peut être mieux expliqué en utilisant l’approche basée sur les quanta », ont noté Haven et Khrennikov.

 

Parier sur le quantique

 

Dans leur nouvelle étude, Zhang et ses collègues ont confronté deux modèles de prise de décision basés sur les quanta à 12 modèles de psychologie classique pour voir lequel prédisait le mieux le comportement humain lors d’une tâche psychologique. L’expérience, connue sous le nom d’Iowa Gambling Task, est conçue pour évaluer la capacité des gens à apprendre de leurs erreurs et à ajuster leur stratégie de prise de décision au fil du temps.

 

Dans le cadre de cette tâche, les participants tirent au sort quatre jeux de cartes. Chaque carte rapporte de l’argent au joueur ou lui en coûte, et le but du jeu est de gagner autant d’argent que possible. Le piège réside dans la façon dont chaque jeu de cartes est empilé. Le tirage d’un jeu de cartes peut permettre au joueur de gagner de grosses sommes d’argent à court terme, mais il lui en coûtera beaucoup plus à la fin de la partie. D’autres jeux de cartes permettent de gagner de plus petites sommes d’argent à court terme, mais les pénalités sont moins importantes dans l’ensemble. Au cours du jeu, les gagnants apprennent à tirer principalement des jeux de cartes « lents et réguliers », tandis que les perdants tirent des jeux de cartes qui leur permettent de gagner rapidement de l’argent et d’obtenir des pénalités importantes.

 

Historiquement, les personnes souffrant de toxicomanie ou de lésions cérébrales obtiennent de moins bons résultats au Iowa Gambling Task que les participants en bonne santé, ce qui laisse penser que leur état entrave d’une manière ou d’une autre leur capacité à prendre des décisions, comme le souligne une étude publiée en 2014 dans la revue Applied Neuropsychology : Child. Ce schéma a été confirmé par l’expérience de Zhang, qui a inclus environ 60 participants en bonne santé et 40 qui étaient dépendants à la nicotine.

 

Les deux modèles quantiques ont fait des prédictions similaires aux plus précises parmi les modèles classiques, ont noté les auteurs. « Bien que les modèles [quantiques] n’aient pas surpassé de façon écrasante les modèles [classiques] … il faut savoir que le cadre [d’apprentissage du renforcement quantique] en est encore à ses débuts et mérite sans aucun doute des études supplémentaires », ont-ils ajouté.

 

Pour renforcer la valeur de leur étude, l’équipe a procédé à des scanners du cerveau de chaque participant pendant qu’ils effectuaient le Iowa Gambling Task. Ce faisant, les auteurs ont tenté de jeter un coup d’œil sur ce qui se passait à l’intérieur du cerveau au fur et à mesure que les participants apprenaient et ajustaient leur stratégie de jeu au fil du temps. Les résultats générés par le modèle quantique ont permis de prédire le déroulement de ce processus d’apprentissage, et les auteurs ont donc émis l’hypothèse que les points chauds de l’activité cérébrale pouvaient d’une manière ou d’une autre être en corrélation avec les prédictions des modèles.

 

Les scanners ont révélé un certain nombre de zones actives du cerveau chez les participants en bonne santé pendant le jeu, notamment l’activation de plusieurs grands plis dans le lobe frontal connus pour être impliqués dans la prise de décision. Dans le groupe des fumeurs, cependant, aucun point chaud de l’activité cérébrale ne semblait lié aux prédictions du modèle quantique. Comme le modèle reflète la capacité des participants à apprendre de leurs erreurs, les résultats peuvent illustrer les difficultés de prise de décision dans le groupe de fumeurs, ont noté les auteurs.

 

Cependant, « des recherches plus approfondies sont nécessaires » pour déterminer ce que ces différences d’activité cérébrale reflètent réellement chez les fumeurs et les non-fumeurs, ont-ils ajouté. « Le couplage des modèles quantiques avec les processus neurophysiologiques dans le cerveau… est un problème très complexe », ont déclaré Haven et Khrennikov. « Cette étude est d’une grande importance en tant que première étape vers sa solution ».

 

Les modèles classiques d’apprentissage par renforcement ont montré « un grand succès » dans les études sur les émotions, les troubles psychiatriques, le comportement social, le libre arbitre et de nombreuses autres fonctions cognitives, a déclaré Zhang. « Nous espérons que l’apprentissage par renforcement quantique apportera également un éclairage sur [ces domaines], en fournissant des informations uniques ».

 

Avec le temps, peut-être que la mécanique quantique aidera à expliquer les défauts omniprésents dans la logique humaine, ainsi que la manière dont cette faillibilité se manifeste au niveau des neurones individuels.

 

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