心理标记的情境性、不相容性以及系统内关联：从认知与决策到医学领域

《BioSystems》：Contextuality, incompatibility, and intra-system entanglement of mental markers: From cognition and decision making to medicine

　　安德烈·赫伦尼科夫|费利克斯·贝宁格|奥德德·肖尔|伊琳娜·巴谢娃瑞典韦克舍，林奈大学物理与认知科学数学建模中心，邮编SE-351 95

摘要
在过去的二十年里，类量子建模作为一种强大的框架，被用来描述认知和决策过程中的非经典特征。类量子建模并不假设大脑中存在物理量子过程，而是运用希尔伯特空间形式主义来模拟情境性、心理可观测量的不相容性以及类似纠缠的相关性。在本文中，我们在更广泛的信息场方法框架内发展了一种关于心理标记的量子信息模型。我们认为，在信息过载和认知资源有限的条件下，个体主要响应的不是详细的语义内容，而是承载着认知和情感成分的简洁内容标签——即心理标记。我们将心理标记形式化为结构化的类量子状态，并利用情境性-不相容性-纠缠三要素来分析其认知和情感成分之间的非经典相关性。特别关注理性（认知）评估与情感（情感）反应之间的系统内纠缠，以此解释依赖于情境的判断、顺序效应以及由情感驱动的决策变化。文中还提供了带有心理学解释和实验视角的示例。附录B简要讨论了神经网络中信息过载的神经生物学类比，强调了其与所提出的基于标记的框架在结构上的相似性；同时分析了其与神经系统疾病的起源和诊断之间的关联。本文通过区分系统间纠缠和系统内纠缠，并证明认知-情感纠缠是社会中介信息环境中心理标记的基本结构特征，为类量子建模做出了贡献。

引言
量子信息理论的快速发展——通常被称为第二次量子革命——不仅带来了技术上的成就，如量子计算和密码学，还为量子理论在当代科学中的作用提供了深刻的根本性见解。量子信息理论突出了量子力学的概率性和信息论方面的特点，使其意义远远超出了传统物理学的范畴。这一范式转变最重要的成果之一就是类量子建模的出现——即将量子理论的形式主义和方法应用于物理学之外的领域，包括认知、心理学、决策制定、社会政治科学、经济金融、博弈论、人工智能、生物学（包括遗传学和表观遗传学）以及进化理论（参见相关专著，如Khrennikov, 2004, Khrennikov, 2010, Busemeyer and Bruza, 2012, Asano et al., 2015, Bagarello, 2019, Bagarello et al., 2023b, Khrennikov, 2023；相关综述，如Pothos and Busemeyer, 2022, Basieva et al., 2021；以及一些与本文更为相关的文章，如Pothos and Busemeyer, 2009, Busemeyer et al., 2014, Atmanspacher et al., 2002, Atmanspacher and R?mer, 2012, Wang et al., 2013, Bagarello et al., 2023a, Busemeyer, 2023, Gunji and Haruna, 2022, Gunji and Nakamura, 2022, Wang et al., 2014, Petoukhov, 2026, Stankovski, 2026, Igamberdiev, 2026）。这种从量子物理到类量子建模的概念扩展被恰当地称为类量子革命（Plotnitsky and Haven, 2023）。需要强调的是，类量子建模的认知对应物——类量子认知与决策制定——应与量子脑项目明确区分开来（遵循Umezawa, Vitiello, Hameroff和Penrose的理念，相关综述可见Fioretti et al., 2026）。后者基于还原论范式——将心理现象简化为大脑中的真实量子物理过程（相关文章见Khrennikov et al., 2018, G.D., 2024, Amati and Scholes, 2024, Khrennikov et al., 2025, Khrennikov et al., 2026），致力于构建大脑神经网络功能与心理信息的类量子表示及处理之间的数学联系。

类量子认知与决策制定的成功在于其能够模拟情境性和不相容性。传统的理性选择模型往往无法解释诸如联结谬误或顺序效应之类的认知偏差，这些偏差的出现是因为心理可观测量往往不满足交换律（Busemeyer and Bruza, 2012, Pothos and Busemeyer, 2022, Busemeyer et al., 2014, Wang et al., 2014）。在类量子建模中，主体的心理状态是潜在结果的叠加态，而向行动的转换则被建模为由心理标记的评估所驱动的“状态坍缩”。如今，人们与大众媒体、社交网络以及各种在线平台有着密切的互动。在模拟这些互动时，使用信息场这一概念来表示个体吸收的信息是很有用的。在某些情况下——比如信息过载（Pothos and Busemeyer, 2022）或时间和认知资源普遍有限时——人们无法详细分析信息内容。相反，他们通常会对信息场的激发做出反应，这些激发携带着社会（心理、精神）能量的部分，以及紧凑编码了信息内容的心理标记。可以将这些视为信息场的量子，每个量子都与一部分社会能量和一个内容标签（心理标记）相关联。在这个框架下，使用量子场论来表示信息场F是自然而然的。在Khrennikov (2025b)中，信息场的量子被称作“信息子”，类似于电磁场中的光子。从数学上讲，量子场是一个算子值的广义函数（分布）。它可以表示为产生算子和湮灭算子的组合，这两个算子分别用于生成和消除场中的量子。对于信息场F而言，这些量子对应于与社会能量相耦合的心理标记的部分。信息场方法的核心思想是将信息形式的巨大多样性简化为一组离散的标签(E,m)，其中符号E和m分别代表社会（心理）能量和心理标记。基本的心理信息学观点是，人类在与F互动时，主要是“感知”这些标签，而非完整的内容。我们强调，这适用于那些不仔细分析内容或进行逻辑推理的情况——他们只记录内容标签及其相关的激发程度。这一视角是社会激光理论的基础，该理论在一系列研究中得到发展（Khrennikov, 2015, Khrennikov, 2016, Khrennikov, 2018, Khrennikov et al., 2019, Khrennikov, 2020b, Khrennikov and Haven, 2020），以及Alodjants等人2022年和2023年的研究。社会激光理论侧重于模拟社会能量的流动以及类似激光的社会机制的产生，从而激发协调的社会行为。虽然在早期的社会激光理论研究中仅简要提到了内容标记（Khrennikov, 2025b），但它们在决策过程中起着至关重要的作用。本文专门探讨心理标记的量子信息结构。我们的目标不是模拟协调社会行为的产生，而是分析承载内容的标记的结构组织。在我们的模型中，每个心理标记都包含认知和情感成分，我们研究这些成分之间的相关性。我们的目标是展示如何基于情境性-不相容性-纠缠三要素，在量子形式主义内对这种相关性的非经典结构进行建模。我们通过大量示例来说明认知标记与情感标记之间的纠缠，其中一些示例原则上可以发展成实验测试。每个示例都配有相应的心理学解释。除了在认知和社会领域的应用外，目前的类量子建模框架还具有潜在的医学意义（另见Shor等人2021年的研究）。在附录B中，我们分析了多种神经系统和神经精神疾病——包括偏头痛、癫痫、自闭症谱系障碍、多动症和阿尔茨海默病——作为病理性信息过载和过滤能力受损的案例。我们认为，神经适应失败、兴奋-抑制失衡以及过度同步化可以被视为大脑将丰富输入压缩为稳定标记状表征的能力下降。从这个角度来看，心理标记和社会激光理论为描述社会和神经系统中的阈值现象、相变以及情境区分能力的丧失提供了一种统一的信息语言。这种跨层面的解释表明，在临床神经科学中，类量子认知建模与基于网络的方法之间可能存在概念上的桥梁。本文强调了量子物理学中的两种纠缠形式及其在类量子建模中的体现。在量子物理学中，可以区分系统间纠缠和系统内纠缠。系统间纠缠发生在复合系统的两个子系统的自由度之间，最初由薛定谔在EPR悖论中提出，后来贝尔（Bell, 2004）在强调量子非局域性的基础上对其进行了进一步研究。另一种纠缠类型是系统内纠缠，它发生在单个系统内的自由度之间，在量子物理学中得到了广泛研究，尤其是在光学领域（Spreeuw, 1998, Spreeuw, 2001, Khrennikov, 2020a, Azzini et al., 2020, Czerwinski, 2025）。尽管如此，这种纠缠的分类尚未在类量子建模中得到系统应用（Khrennikov和Yamada (2025)简要提到了心理纠缠的双重结构，是个例外）。大多数类量子建模研究都仅关注系统内纠缠。在这项工作中，我们特别关注心理标记的认知成分与情感成分之间的系统内纠缠。这种纠缠意味着对社会情境的理性评估与其情感色彩在情境上是相互关联的（参见Khrennikov (2021)）。换句话说，认知判断和情感反应通常不能被视为独立的子系统；相反，它们形成了一个统一的类量子结构，在这个结构中，一个成分的变化会改变另一个成分的概率结构。通过明确这一结构，我们旨在阐明心理标记的数学架构，并为在社会中介信息环境中对情境敏感的决策动态进行建模提供系统的基础，同时可能与该大脑中的神经生理过程相联系。

片段摘录
心理标记：认知与情感
我们以以下方式引入心理标记：
定义
心理标记是嵌入在交流行为中的具有语义意义的元素——如单词、符号、标题、语气或视觉提示——它通过激活文化或心理上编码的意义模式，触发自动的解释或情感反应。这些标记引导解读、构建意义，并通过激活预先存在的心理图式、意识形态框架或情感来促进联想加工。

纠缠：量子与类量子、系统间与系统内
纠缠是量子理论中最深刻的非经典特征之一，它描述的关联无法用局部隐变量来解释。这是许多教科书和文章中的标准表述。但通常人们会忽略指出，这一表述是针对非情境性理论的。通过考虑情境性，而情境性又与可观测量的不相容性密切相关（玻尔的互补原理）。

纠缠心理标记的示例
与之前考虑的因子化形式不同，有些心理标记不能表示为简单的张量积|c〉?|a〉。相反，它们的认知成分和情感成分是纠缠的，即强烈相关，以至于一个成分的激活决定了或限制了另一个成分。判断纠缠的标准数学准则是施密特秩：如果施密特分解（见附录C）|ψm〉=∑i=1rλi|ci〉?|ai〉，λi>0,∑iλi2=1，其施密特秩r>1，则该状态为……

结论性意见
在这项工作中，我们引入了一个受量子启发的形式框架，将心理标记表示为复合的认知-情感结构。通过将认知评估和情感反应嵌入到共同的希尔伯特空间表示中，该框架捕捉到了复杂心理状态中出现的情境性、不相容性以及类似纠缠的相关性。这种形式主义提供了一种数学语言，能够描述信念、情感和情境框架如何相互作用……

作者贡献声明
安德烈·赫伦尼科夫：撰写——初稿、项目管理、方法论、研究、形式分析、概念构建。费利克斯·贝宁格：撰写——初稿、研究、形式分析、概念构建。奥德德·肖尔：验证、方法论、形式分析、概念构建。伊琳娜·巴谢娃：验证、方法论、研究、形式分析、概念构建。

利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢
我们要感谢A. Alodjants和M. Shutova进行了富有成果的讨论，这对发展将社会激光理论与心理标记理论相结合的当前模型起到了重要作用。其中一位作者（A.Kh.）的研究部分得到了欧盟资助项目CA21169（DYNALIFE）以及在日本千叶的国立量子科学技术研究所量子生命科学研究所的访问学者支持。A.Kh.还要感谢Yamada教授在相关讨论中的帮助。