Model of cognitive activity of the human brain based on the mathematical apparatus of quantum mechanics

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Describing the transmission and processing of information by an individual is a fundamental issue in modern cognitive science. Previously, unique scientific models for information transfer between individuals [1], as well as models for cognitive activity [2], were developed. However, numerous presented models lack scalability and formalization, hindering their ability to provide a comprehensive explanation for information transfer processes and their distortion due to interaction with the external communicative environment.

One aspect of human cognitive activity is that individuals think not based on a code, as a computer does, but through the interaction of various mental images. Despite the fact that these images have a specific material foundation in the form of electrical and chemical activity in the human brain, describing them using conventional mathematical models presents several difficulties [3].

Therefore, this paper suggests novel techniques for describing information images/representations’ functioning, which simulate an individual’s cognitive activity. These methods rely on the mathematical models of self-oscillatory and conventional quantum physics (including potential wells and virtual particles conventionally used in the physical domain) for characterizing basic interactions [4]. The authors adopt a phenomenological perspective and do not regard cognitive systems as quantum.

The aim of this study ject is to establish a model for cognitive function in the human brain using the mathematical principles of self-oscillating quantum mechanics from the perspective of information imaging and representation.

Methods. The theory proposes [5] that information images/representations (IR) share characteristic properties with virtual Feymann particles and other elementary particles. The human mind is presented as a one-dimensional potential well with finite walls of varying sizes and an internal potential barrier that simulates the boundary between consciousness and subconsciousness. The authors have applied parametrization based on this theory.

As a result, we propose the foundations of the mathematical apparatus based on classical quantum mechanics, followed by the mathematical apparatus of self-oscillating quantum mechanics. The latter, though little known, may allow to predict certain cognitive functions of the human brain by modifying and applying it to non-quantum settings. An equation is derived for the state function of the information image of an individual engaging in cognitive activity.

Primary calculations were conducted on the state functions of information images using a computer model. The movement patterns of the information image within and outside were then deduced.

Full Text

Describing the transmission and processing of information by an individual is a fundamental issue in modern cognitive science. Previously, unique scientific models for information transfer between individuals [1], as well as models for cognitive activity [2], were developed. However, numerous presented models lack scalability and formalization, hindering their ability to provide a comprehensive explanation for information transfer processes and their distortion due to interaction with the external communicative environment.

One aspect of human cognitive activity is that individuals think not based on a code, as a computer does, but through the interaction of various mental images. Despite the fact that these images have a specific material foundation in the form of electrical and chemical activity in the human brain, describing them using conventional mathematical models presents several difficulties [3].

Therefore, this paper suggests novel techniques for describing information images/representations’ functioning, which simulate an individual’s cognitive activity. These methods rely on the mathematical models of self-oscillatory and conventional quantum physics (including potential wells and virtual particles conventionally used in the physical domain) for characterizing basic interactions [4]. The authors adopt a phenomenological perspective and do not regard cognitive systems as quantum.

The aim of this study ject is to establish a model for cognitive function in the human brain using the mathematical principles of self-oscillating quantum mechanics from the perspective of information imaging and representation.

Methods. The theory proposes [5] that information images/representations (IR) share characteristic properties with virtual Feymann particles and other elementary particles. The human mind is presented as a one-dimensional potential well with finite walls of varying sizes and an internal potential barrier that simulates the boundary between consciousness and subconsciousness. The authors have applied parametrization based on this theory.

As a result, we propose the foundations of the mathematical apparatus based on classical quantum mechanics, followed by the mathematical apparatus of self-oscillating quantum mechanics. The latter, though little known, may allow to predict certain cognitive functions of the human brain by modifying and applying it to non-quantum settings. An equation is derived for the state function of the information image of an individual engaging in cognitive activity.

Primary calculations were conducted on the state functions of information images using a computer model. The movement patterns of the information image within and outside were then deduced.

×

About the authors

A. Y. Petukhov

Keldysh Institute of Applied Mathematics of the Russian Academy of Sciences; National Research Lobachevsky State University of Nizhny Novgorod

Author for correspondence.
Email: Lectorr@yandex.ru
Russian Federation, Moscow; Nizhny Novgorod

Yu. V. Petukhov

Institute of Applied Physics of the Russian Academy of Sciences

Email: Lectorr@yandex.ru
Russian Federation, Nizhny Novgorod

References

  1. Aleksandrov YuI. Zakonomernosti aktualizacii individual’nogo opyta i reorganizacii ego sistemnoj struktury: kompleksnoe issledovanie. Trudy Instituta sistemnogo analiza Rossijkoj akademii nauk. 2011;61(3):3–24. (In Russ).
  2. Vandekerckhove J. A cognitive latent variable model for the simultaneous analysis of behavioral and personality data. Journal of Mathematical Psychology. 2014;60:58–71. doi: 10.1016/j.jmp.2014.06.004
  3. Anohin KV. Gennye zondy dlya kartirovaniya nervnyh setej pri obuchenii. Principy i mekhanizmy deyatel’nosti mozga cheloveka. Leningrad: Nauka; 1989:191–192. (In Russ).
  4. Shirkov DV, editor. Fizika mikromira. Moskva: Sovetskaya enciklopediya; 1980. 527 p. (In Russ).
  5. Petukhov AY, Polevaya SA. Modeling of cognitive brain activity through the Information Images Theory in terms of the bilingual Stroop test. International Journal of Biomathematics. 2017;10(7):1750092. doi: 10.1142/S1793524517500929

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2023 Eco-Vector

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».