O que é cognição quântica: a teoria da física que poderia prever o comportamento humano?

Alguns cientistas pensam que a mecânica quântica pode ajudar a explicar a tomada de decisão humana.

A mesma plataforma fundamental que permite ao gato de Schrödinger estar vivo e morto, e que duas partículas podem "se comunicar" mesmo à distância de uma galáxia, poderia ajudar a explicar talvez os fenômenos mais misteriosos: o comportamento humano.

A física quântica e a psicologia humana podem parecer completamente independentes, mas alguns cientistas acreditam que os dois campos se sobrepõem de maneiras interessantes. Ambas as disciplinas tentam prever como os sistemas indisciplinados podem se comportar no futuro. A diferença é que um campo visa entender a natureza fundamental das partículas físicas, enquanto o outro tenta explicar a natureza humana - juntamente com suas falácias inerentes.

"Os cientistas cognitivos descobriram que existem muitos comportamentos humanos 'irracionais'", disse Xiaochu Zhang, biofísico e neurocientista da Universidade de Ciência e Tecnologia da China em Hefei, ao Live Science por e-mail. As teorias clássicas da tomada de decisão tentam prever que escolha uma pessoa fará com determinados parâmetros, mas os seres humanos falíveis nem sempre se comportam como esperado. Pesquisas recentes sugerem que esses lapsos na lógica "podem ser bem explicados pela teoria da probabilidade quântica", disse Zhang.

Zhang está entre os defensores da chamada cognição quântica. Em um novo estudo publicado em 20 de janeiro na revista Nature Human Behavior, ele e seus colegas investigaram como os conceitos emprestados da mecânica quântica podem ajudar os psicólogos a prever melhor a tomada de decisões em seres humanos. Ao registrar as decisões que as pessoas tomaram em uma tarefa psicológica conhecida, a equipe também monitorou a atividade cerebral dos participantes. As varreduras destacaram regiões específicas do cérebro que podem estar envolvidas em processos de pensamento quântico.

O estudo é "o primeiro a apoiar a ideia de cognição quântica no nível neural", disse Zhang.

Legal - agora o que isso realmente significa?

Incerteza

A mecânica quântica descreve o comportamento das minúsculas partículas que compõem toda a matéria do universo, nomeadamente átomos e seus componentes subatômicos. Um princípio central da teoria sugere muita incerteza neste mundo das muito pequenas, algo que não é visto em escalas maiores. Por exemplo, no grande mundo, pode-se saber onde um trem está em sua rota e quão rápido ele está viajando; e, com esses dados, é possível prever quando esse trem deve chegar à próxima estação.

Agora, troque o trem por um elétron e sua potência preditiva desaparece - você não pode saber a localização exata e o momentum de um determinado elétron, mas  pode-se calcular a probabilidade de que a partícula possa aparecer em um determinado ponto, viajando a um ponto.  Dessa forma, você pode ter uma ideia nebulosa do que o elétron pode estar fazendo.

Assim como a incerteza permeia o mundo subatômico, ela também se infiltra em nosso processo de tomada de decisões, se estamos debatendo quais novas séries assistir ou em quem iremos votar em uma eleição presidencial. É aqui que entra a mecânica quântica. Ao contrário das teorias clássicas da tomada de decisões, o mundo quântico abre espaço para um certo grau de... incerteza. 

As teorias da psicologia clássica se apoiam na ideia de que as pessoas tomam decisões para maximizar "recompensas" e minimizar "punições" - em outras palavras, para garantir que suas ações resultem em resultados mais positivos que consequências negativas. Essa lógica, conhecida como "aprendizado por reforço", está alinhada com o condicionamento pavloniano, no qual as pessoas aprendem a prever as conseqüências de suas ações com base em experiências passadas, de acordo com um relatório de 2009 no Journal of Mathematics Psychology.

Se verdadeiramente restritos por essa estrutura, os humanos pesariam consistentemente os valores objetivos de duas opções antes de escolher entre elas. Mas, na realidade, as pessoas nem sempre funcionam dessa maneira; seus sentimentos subjetivos sobre uma situação minam sua capacidade de tomar decisões objetivas.

Cara e coroa (ao mesmo tempo)

Considere um exemplo:

Imagine que você está apostando se uma moeda lançada cairá sobre cara ou coroa. O cara ganha R$ 200, a coroa custa R$ 100 e você pode jogar a moeda duas vezes. Quando colocadas nesse cenário, a maioria das pessoas escolhe fazer a aposta duas vezes, independentemente de o lance inicial resultar em uma vitória ou uma perda, de acordo com um estudo publicado em 1992 na revista Cognitive Psychology. Presumivelmente, os vencedores apostam uma segunda vez porque ganham dinheiro, não importa o que aconteça, enquanto os perdedores apostam na tentativa de recuperar suas perdas, e então alguns. No entanto, se os jogadores não têm permissão para saber o resultado da primeira troca de moeda, raramente fazem a segunda aposta.

Quando conhecido, o primeiro lançamento não influencia a escolha a seguir, mas, quando desconhecido, faz toda a diferença. Esse paradoxo não se enquadra na estrutura do aprendizado por reforço clássico, que prevê que a escolha objetiva deve ser sempre a mesma. Em contraste, a mecânica quântica leva em consideração a incerteza e, na verdade, prediz esse resultado estranho.

"Pode-se dizer que o modelo de tomada de decisão 'baseado em quantum' refere-se essencialmente ao uso da probabilidade quântica na área da cognição", Emmanuel Haven e Andrei Khrennikov, co-autores do livro "Quantum Social Science" (Cambridge University Press, 2013), contou ao Live Science por e-mail.

Assim como um elétron em particular pode estar aqui ou ali em um determinado momento, a mecânica quântica assume que o primeiro sorteio resultou em vitória e perda, simultaneamente. (Em outras palavras, no famoso experimento mental, o gato de Schrödinger está vivo e morto.) Enquanto apanhado nesse estado ambíguo, conhecido como "superposição", a escolha final de um indivíduo é desconhecida e imprevisível. A mecânica quântica também reconhece que as crenças das pessoas sobre o resultado de uma determinada decisão - seja boa ou ruim - geralmente refletem qual é a sua escolha final. Dessa maneira, as crenças das pessoas interagem ou se tornam " entrelaçadas" com sua ação final.

As partículas subatômicas também podem se entrelaçar e influenciar o comportamento umas das outras, mesmo quando separadas por grandes distâncias. Por exemplo, medir o comportamento de uma partícula localizada no Japão alteraria o comportamento de seu parceiro emaranhado nos Estados Unidos. Na psicologia, uma analogia semelhante pode ser traçada entre crenças e comportamentos. "É precisamente essa interação", ou estado de emaranhamento", que influencia o resultado da medição", disseram Haven e Khrennikov. O resultado da medição, neste caso, refere-se à escolha final que um indivíduo faz. "Isso pode ser formulado com precisão com o auxílio da probabilidade quântica".

Os cientistas podem modelar matematicamente esse estado emaranhado de superposição - no qual duas partículas se afetam mesmo que separadas por uma grande distância - como demonstrado em um relatório de 2007 publicado pela Association for the Advancement of Artificial Intelligence. E notavelmente, a fórmula final prediz com precisão o resultado paradoxal do paradigma do sorteio. "O lapso na lógica pode ser melhor explicado usando a abordagem baseada em quantum", observaram Haven e Khrennikov.

Apostar no quantum

Em seu novo estudo, Zhang e seus colegas colocaram dois modelos de tomada de decisão baseados na psicologia quântica contra 12 modelos de psicologia clássica para ver qual melhor previu o comportamento humano durante uma tarefa psicológica. O experimento, conhecido como Iowa Gambling Task, foi desenvolvido para avaliar a capacidade das pessoas de aprender com os erros e ajustar sua estratégia de tomada de decisão ao longo do tempo.

Na tarefa, os participantes sacam de quatro baralhos de cartas. Cada carta ganha o dinheiro do jogador ou custa dinheiro, e o objetivo do jogo é ganhar o máximo de dinheiro possível. O problema está em como cada baralho de cartas é empilhado. Sair de um baralho pode gerar grandes somas de dinheiro a um jogador no curto prazo, mas custará muito mais dinheiro ao final do jogo. Outros decks fornecem quantias menores em curto prazo, mas menos penalidades em geral. Durante o jogo, os vencedores aprendem a sacar principalmente dos decks "lentos e constantes", enquanto os perdedores saem dos decks que lhes rendem dinheiro rápido e penalidades acentuadas.

Historicamente, aqueles com dependência de drogas ou danos cerebrais apresentam desempenho pior no Iowa Gambling Task do que participantes saudáveis, o que sugere que sua condição de alguma forma prejudica as habilidades de tomada de decisão, conforme destacado em um estudo publicado em 2014 na revista Applied Neuropsychology: Child. Esse padrão se manteve verdadeiro no experimento de Zhang, que incluiu cerca de 60 participantes saudáveis ​​e 40 viciados em nicotina.

Os dois modelos quânticos fizeram previsões semelhantes às mais precisas entre os modelos clássicos, observaram os autores. "Embora os modelos [quânticos] não tenham superado de maneira esmagadora o clássico [...], é preciso estar ciente de que a estrutura do [aprendizado de reforço quântico] ainda está em sua infância e, sem dúvida, merece estudos adicionais", acrescentaram.

Para reforçar o valor de seu estudo, a equipe realizou varreduras cerebrais de cada participante ao concluir a tarefa de jogo em Iowa. Ao fazer isso, os autores tentaram espiar o que estava acontecendo dentro do cérebro, à medida que os participantes aprendiam e ajustavam sua estratégia de jogo ao longo do tempo. Os resultados gerados pelo modelo quântico previram como esse processo de aprendizado se desenrolaria e, assim, os autores teorizaram que pontos críticos da atividade cerebral podem, de alguma forma, se correlacionar com as previsões dos modelos.

As varreduras revelaram várias áreas cerebrais ativas nos participantes saudáveis ​​durante o jogo, incluindo a ativação de várias dobras grandes dentro do lobo frontal, conhecidas por estarem envolvidas na tomada de decisões. No grupo de fumantes, no entanto, nenhum ponto crítico da atividade cerebral parecia vinculado às previsões feitas pelo modelo quântico. Como o modelo reflete a capacidade dos participantes de aprender com os erros, os resultados podem ilustrar os prejuízos na tomada de decisão no grupo de fumantes, observaram os autores.

No entanto, "mais pesquisas são necessárias" para determinar o que essas diferenças de atividade cerebral realmente refletem em fumantes e não fumantes, acrescentaram. "O acoplamento de modelos quânticos com processos neurofisiológicos no cérebro... é um problema muito complexo", disseram Haven e Khrennikov. "Este estudo é de grande importância como o primeiro passo para sua solução".

Modelos de aprendizagem clássica por reforço mostraram "grande sucesso" em estudos de emoção, distúrbios psiquiátricos, comportamento social, livre arbítrio e muitas outras funções cognitivas, disse Zhang. "Esperamos que o aprendizado por reforço quântico também lance luz sobre [esses campos], fornecendo insights únicos".

Com o tempo, talvez a mecânica quântica ajude a explicar falhas generalizadas na lógica humana, bem como como essa falibilidade se manifesta no nível de neurônios individuais.

Publicado originalmente em Live Science .