《大眾力學》(Popular Mechanics)雜誌是一本美國極為流行的科學和技術主題雜誌。在最近的一期刊上,科技專欄作家卡羅琳·德爾伯特(Caroline Delbert)發表有一篇題為《量子力學解釋了為什麼人會做愚蠢的事情》(Quantum Mechanics Explains Why You Do Dumb Things)的科技報導文章。
科學家已經將量子機器學習思想運用於人的大腦,以查看它是否可以解釋人的決策。大腦的複雜性表明,量子模型比經典模型更適合解釋數據。研究人員發現,量子獎勵學習模型與最佳的經典獎勵學習模型相匹配。
量子理論和人類心理學能否成為解釋我們之所以會做愚蠢決定的最佳組合?中國的科學家正在探索一種理論,即這兩個學科之間的聯繫比我們想像的還要緊密。他們研究了賭博過程中吸菸者和非吸菸者的大腦活動,並觀察了他們認為像量子計算機一樣起作用的決策機制。
中國科學技術大學的科學家們說,他們並不是第一個暗示人類思維具有量子模型框架。但是他們確實相信,他們是率先通過腦電圖(EEG)將這些理論轉化為測量數據的研究團隊之一。
腦電圖,又稱為腦波圖(英語:Electroencephalography, 簡稱EEG),是透過醫學儀器腦電圖描記儀,將人體腦部自身產生的微弱生物電於頭皮處收集,並放大記錄而得到的曲線圖。腦電圖所測量的是眾多錐體細胞興奮時的突觸後電位的同步總和,腦電圖測量來自大腦中神經元的離子電流產生的電壓波動。
中國科學技術大學的科學家們指出:「過去只有少數研究得到腦電圖(EEG)分析的證據支持,但是缺乏具體的空間解析度和位置信息。」
研究人員為研究對象安裝了傳感器,並讓他們執行了愛荷華賭博任務,用於測試我們的決策是如何被理性或情感激發的。愛荷華賭博任務是一項著名的心理測試,自最初使用以來,該實驗模型已在數百篇已發表的研究和論文中使用。在此賭博任務心理測試中,受試者玩紙牌遊戲,隨著時間的流逝,發現一副紙牌比其他副數紙牌更有可能提供獎勵。
經過許多的實驗,愛荷華賭博任務的結果在某些人群中的結果表明非常清楚,例如大腦健康的人,不會沉迷於只是猜測的賭博。但是對其他的人而言則更具有挑戰性,在愛荷華賭博任務期間試圖弄清他們的結果仍然困擾著科學家。美國國家衛生研究院(NIH)過去曾指出,即使在所謂的大腦健康的均質人群中,愛荷華賭博任務的結果仍然具有普遍性,並且很難從一項研究到另一項研究進行預測。
中國科學家們首次提出將經典的強化學習結合起來,在這種研究中,科學家研究人們如何隨著時間的推移以某種獎勵的承諾應對形勢。他們表示:「量子強化學習(QRL)在計算機仿真中表現出卓越的性能,過去從未對人的決策做過如此經驗的檢驗。」
也就是說,在機器學習領域已經流行了一段時間的量子強化學習模型,現在該模型開始用於模仿人類決策的經典強化學習形式。現在,科學家們想知道將量子強化學習應用於人腦是否可以證明它是我們做出決策的更好模型。
在這項研究中,研究人員將人們分為吸菸者和非吸菸者兩類,並在愛荷華賭博任務期間記錄了他們所做的決定。然後,他們將實際數據與兩個單獨的量子強化學習模型和12個不同的經典強化模型的結果進行了比較。他們說:「與最佳的目前的機器學習模型相比,量子強化學習模型在所有組中均表現良好,這表明量子強化學習可以在行為和神經層面上說明基於價值的決策。」
美國國家衛生研究院曾指出,愛荷華賭博任務普遍存在的一個弱點是,這種心理測試缺乏一種精確的方法來量化不同人群的敏感度,而是使用較為簡單的大錘布爾值來判斷誰容易受到某些決定的影響。中國科學家通過該項研究在不同人群中識別出「類似於量子的內部狀態相關變量」,這可能會導致人們對所做出的決定時大腦中所發生的有更深入的了解。