Оновлено в понеділок, 1 липня, о 21:25.
НЬЮ-ЙОРК - Думка про те, що свідомість виникає внаслідок квантово-механічних явищ у мозку, є інтригуючою, проте доказів не вистачає, кажуть вчені.
Фізик Роджер Пенроуз з Оксфордського університету та анестезіолог Стюарт Хамеров з Університету Арізони пропонують, що мозок виступає як квантовий комп'ютер - обчислювальна машина, яка використовує квантові механічні явища (наприклад, здатність частинок перебувати в відразу два місця) для виконання складних обчислень. У мозку волокна всередині нейронів можуть утворювати основні одиниці квантових обчислень, пояснили Пенроуз і Хамеров на Міжнародному конгресі Global Future 2045, футуристичній конференції, що відбулася тут 15-16 червня.
Ідея є привабливою, оскільки нейронаука поки що не має задовільного пояснення для свідомості - стану самосвідомості та відчуття почуттів та думок. Але багато вчених скептично ставляться до цього, посилаючись на відсутність експериментальних доказів для ідеї.
Модель Орха АБО
Пенроуз і Хамерофф самостійно розробляли свої ідеї, але співпрацювали на початку 1990-х, щоб розробити те, що вони називають моделлю Оркестрованого об'єктивного скорочення (ОР)
Робота Пенроуза спирається на інтерпретацію теоретики про незавершеність математика Курта Годеля, яка стверджує, що певні результати неможливо довести за допомогою комп'ютерного алгоритму. Пенроуз стверджує, що людські математики здатні довести так звані результати "недоступності Годеля", і тому людський мозок не можна охарактеризувати як типові комп'ютери. Натомість, за його словами, для досягнення цих вищих здібностей мозкові процеси повинні спиратися на квантову механіку.
Але теорія Пенроуза не пояснила, як відбувалося це квантове обчислення всередині фактичних мізків, лише те, що це явище знадобиться для вирішення певних математичних рівнянь. Хамеров прочитав роботу Пенроуза і запропонував невеликі волокнисті структури, які надають клітинам структурну підтримку - відому як мікротрубочки - можуть бути здатні проводити квантові обчислення.
Мікротрубочки складаються з одиниць білкового тубуліну, який містить ділянки, де електрони кружляються навколо дуже близько один до одного. Хамеров сказав, що ці електрони можуть стати "квантовим заплутаним" станом, коли дві частинки зберігають зв'язок, а дія, яка виконується на одну, впливає на іншу, навіть коли два розділені на відстань.
У моделі Орха АБО математичні ймовірності, які описують квантові стани цих заплутаних електронів у мікротрубочках, стають нестабільними у просторі-часі. Ці математичні ймовірності називають хвильовими функціями, і в цьому сценарії вони руйнуються, переходячи зі стану ймовірності до конкретної актуальності. У такому стані мікротрубочки в одному нейроні можуть бути пов'язані з тими, що знаходяться в інших нейронах, за допомогою електричних з'єднань, відомих як розривні розриви. Ці переходи дозволять електронам "тунелювати" до інших областей мозку, в результаті чого виникають хвилі нейронної активності, які сприймаються як свідомий досвід.
"У Пенроуза був механізм для свідомості, і у мене була структура", - сказав Хамерофв LiveScience.
Проблеми з моделлю
Цікаво, як це звучить, модель Orch OR не перевірена експериментально, і багато вчених її відкидають.
Квантові комп'ютери - комп’ютери, які використовують квантові механічні ефекти для досягнення надзвичайно швидких обчислень - були теоретизовані, але комерційно доступний лише один (побудований компанією D-Wave), і чи справжній квантовий комп'ютер обговорюється. Такі комп'ютери були б надзвичайно чутливі до збурень в системі, яку вчені називають "шумом". Щоб мінімізувати шум, важливо ізолювати систему та зберігати її дуже холодно (оскільки тепло змушує частинки прискорюватись та генерувати шум).
Побудувати квантові комп'ютери є складним завданням навіть у ретельно контрольованих умовах. "Це малює спустошену картину для квантових обчислень всередині мокрого і теплого мозку", - написали Крістоф Кох та Клаус Хепп із університету Цюріха, Швейцарія, в есе, опублікованому в 2006 році в журналі Nature.
Ще одна проблема, пов'язана з моделлю, пов'язана з тимчасовими шкалами, які беруть участь у квантових обчисленнях. Фізик MIT Макс Тегмарк зробив розрахунки квантових ефектів в мозку, виявивши, що квантові стани в мозку тривають занадто короткий час, щоб призвести до осмисленої обробки мозку. Тегмарк назвав модель Орха АБО розпливчастою, сказавши, що єдині цифри, які він бачив для конкретніших моделей, далекі.
"Багато людей, здається, відчувають, що свідомість - це таємниця, а квантова механіка - це таємниця, тому вони повинні бути пов'язані", - сказала Тегмарк LiveScience.
Модель Орха АБО викликає критику і з боку неврологів. Модель стверджує, що квантові коливання всередині мікротрубочок виробляють свідомість. Але мікротрубочки є також у рослинних клітинах, - сказав теоретичний нейрознавець Бернар Баарс, генеральний директор некомерційного товариства наук про розум у мозку у Фоллс-Черччі, штат Вірджинія, який додав, що "рослини, наскільки нам відомо, не усвідомлюються".
Ці критики в принципі не виключають квантової свідомості, але без експериментальних доказів багато вчених залишаються непереконливими.
"Якщо хтось придумає лише один єдиний експеримент", щоб продемонструвати квантову свідомість, Барс сказав: "Я кину весь свій скептицизм".
Примітка редактора: Ця стаття була оновлена 27 червня 2013 року для внесення змін до заяви про те, що "жодних квантових комп'ютерів… не було реалізовано". Компанія D-Wave стверджує, що створила її, хоча деякі запитали, чи справді вона працює як квантовий комп'ютер.
Додаток: (1 липня 2013 р.)
У відповідь на критику моделі Орха АБО, цитованої в цій статті, Стюарт Хамеров пропонує декілька доказів. У відповідь на заперечення про те, що мозок занадто теплий для квантових обчислень, Хамероф наводить дослідження 2013 року під керівництвом Анірбана Бандіопадхяя в Національному інституті матеріальних наук (ЦІМС) в Цукубі, Японія, яке виявило, що «мікротрубочки стають, по суті, квантопровідними при стимулюванні на конкретних резонансних частотах », - сказав Хамеров.
У відповідь на критику, що мікротрубочки знаходяться і в (несвідомих) рослинних клітинах, Хамеров сказав, що у рослин є лише невелика кількість мікротрубочок, ймовірно, замало, щоб досягти порогу, необхідного для свідомості. Але він також зазначив, що Григорій Енгель з Чиказького університету та його колеги спостерігали квантові ефекти у фотосинтезі рослин. "Якщо помідор або рутабага можуть використовувати квантову когерентність при теплій температурі, чому ми не можемо наші мізки?" - сказав Хамеров.
У відповідь на загальні заперечення щодо відсутності доказів для його теорії, Хамероф посилається на дослідження, проведене в 2013 році під керівництвом Рода Екенхоффа в Університеті Пенсільванії, що дозволяє припустити, що анестетики, які зупиняють лише усвідомлену мозкову діяльність, діють через мікротрубочки.
Ці дослідження надають деяку підтримку моделі Орха АБО. Але, як і у всіх наукових гіпотезах, модель повинна акумулювати вагомі докази, щоб заслужити широке визнання серед наукової спільноти.
