Ενημερώθηκε τη Δευτέρα, 1 Ιουλίου, στις 9:25 π.μ.
ΝΕΑ ΥΟΡΚΗ - Η ιδέα ότι η συνείδηση προκύπτει από τα κβαντομηχανικά φαινόμενα στον εγκέφαλο είναι ενδιαφέρουσα, όμως δεν έχει αποδείξεις, λένε οι επιστήμονες.
Ο φυσικός Roger Penrose του Πανεπιστημίου της Οξφόρδης και ο αναισθησιολόγος Stuart Hameroff του Πανεπιστημίου της Αριζόνα προτείνουν ότι ο εγκέφαλος λειτουργεί ως ένας κβαντικός υπολογιστής - μια υπολογιστική μηχανή που χρησιμοποιεί κβαντικά μηχανικά φαινόμενα (όπως η ικανότητα των σωματιδίων να είναι σε δύο θέσεις ταυτόχρονα) για την εκτέλεση πολύπλοκων υπολογισμών. Στον εγκέφαλο, οι ίνες μέσα στους νευρώνες θα μπορούσαν να αποτελέσουν τις βασικές μονάδες κβαντικού υπολογισμού, εξήγησαν ο Penrose και ο Hameroff στο Διεθνές Συνέδριο Global Future 2045, ένα φουτουριστικό συνέδριο που πραγματοποιήθηκε εδώ στις 15-16 Ιουνίου.
Η ιδέα είναι ελκυστική, διότι η νευροεπιστήμη, μέχρι στιγμής, δεν έχει ικανοποιητική εξήγηση για τη συνείδηση - την κατάσταση της αυτογνωσίας και των αισθητήριων εμπειριών και σκέψεων. Αλλά πολλοί επιστήμονες είναι σκεπτικοί, αναφέροντας την έλλειψη πειραματικών στοιχείων για την ιδέα.
Το μοντέλο Orch OR
Οι Penrose και Hameroff ανέπτυξαν τις ιδέες τους ανεξάρτητα, αλλά συνεργάστηκαν στις αρχές της δεκαετίας του 1990 για να αναπτύξουν αυτό που αποκαλούν το μοντέλο Orchestrated Objective Reduction (Orch OR).
Το έργο του Penrose βασίζεται σε μια ερμηνεία του θεωρήματος μη συμπληρωματικότητας του μαθηματικού Kurt Godel, το οποίο δηλώνει ότι ορισμένα αποτελέσματα δεν μπορούν να αποδειχθούν από έναν αλγόριθμο υπολογιστή. Ο Penrose ισχυρίζεται ότι οι ανθρώπινοι μαθηματικοί είναι σε θέση να αποδείξουν τα αποκαλούμενα "Godel-unprovable" αποτελέσματα και ως εκ τούτου οι ανθρώπινοι εγκέφαλοι δεν μπορούν να περιγραφούν ως τυπικοί υπολογιστές. Αντίθετα, λέει, για να επιτύχει αυτές τις υψηλότερες ικανότητες, οι διαδικασίες του εγκεφάλου πρέπει να βασίζονται στην κβαντική μηχανική.
Αλλά η θεωρία του Penrose δεν εξήγησε πώς προέκυψε αυτό το κβαντικό υπολογισμό μέσα στους πραγματικούς εγκεφάλους, ακριβώς ότι το φαινόμενο θα χρειαζόταν για να λύσει ορισμένες μαθηματικές εξισώσεις. Ο Hameroff αναγνώρισε το έργο του Penrose και πρότεινε μικρές ινώδεις δομές που δίνουν στα κύτταρα τη δομική τους υποστήριξη - γνωστή ως μικροσωληνάρια - να είναι ικανά να εκτελούν κβαντικούς υπολογισμούς.
Οι μικροσωληνίσκοι αποτελούνται από μονάδες της πρωτεΐνης τουμπουλίνης, η οποία περιέχει περιοχές όπου τα ηλεκτρόνια στροβιλίζονται πολύ κοντά το ένα στο άλλο. Ο Hameroff πρότεινε ότι αυτά τα ηλεκτρόνια θα μπορούσαν να γίνουν "κβαντικά μπλεγμένα", μια κατάσταση στην οποία δύο σωματίδια διατηρούν μια σύνδεση και μια δράση που εκτελείται σε μία επηρεάζει την άλλη, ακόμα και όταν τα δύο χωρίζονται από απόσταση.
Στο μοντέλο Orch OR, οι μαθηματικές πιθανότητες που περιγράφουν τις κβαντικές καταστάσεις αυτών των εμπλεγμένων ηλεκτρονίων σε μικροσωληνίσκους καθίστανται ασταθείς στο χωροχρόνο. Αυτές οι μαθηματικές πιθανότητες ονομάζονται λειτουργίες κυμάτων, και σε αυτό το σενάριο καταρρέουν, κινούνται από μια κατάσταση πιθανότητας σε μια συγκεκριμένη πραγματικότητα. Σε αυτή την κατάσταση, οι μικροσωληνίσκοι σε έναν νευρώνα θα μπορούσαν να συνδεθούν με αυτούς σε άλλους νευρώνες μέσω ηλεκτρικών συνδέσεων γνωστών ως διακλαδώσεις. Αυτές οι διασταυρώσεις θα επέτρεπαν στα ηλεκτρόνια να «σήραγγα» σε άλλες περιοχές του εγκεφάλου, με αποτέλεσμα κύματα νευρικής δραστηριότητας που θεωρούνται ως συνειδητή εμπειρία.
"Η Penrose είχε έναν μηχανισμό για συνείδηση και είχα μια δομή", δήλωσε ο Hameroff στο LiveScience.
Προβλήματα με το μοντέλο
Ενδιαφέρον που ακούγεται είναι ότι το μοντέλο Orch OR δεν έχει δοκιμαστεί πειραματικά και πολλοί επιστήμονες το απορρίπτουν.
Οι κβαντικοί υπολογιστές - υπολογιστές που εκμεταλλεύονται τα κβαντικά μηχανικά εφέ για να επιτύχουν εξαιρετικά γρήγορους υπολογισμούς - έχουν θεωρητικοποιηθεί, αλλά μόνο ένας (κατασκευασμένος από την εταιρεία D-Wave) διατίθεται στο εμπόριο και συζητείται αν είναι ένας πραγματικός κβαντικός υπολογιστής. Αυτοί οι υπολογιστές θα ήταν εξαιρετικά ευαίσθητοι σε διαταραχές σε ένα σύστημα, το οποίο οι επιστήμονες αναφέρονται ως "θόρυβο". Για να ελαχιστοποιηθεί ο θόρυβος, είναι σημαντικό να απομονώσετε το σύστημα και να το διατηρήσετε πολύ κρύο (επειδή η θερμότητα προκαλεί επιτάχυνση των σωματιδίων και δημιουργία θορύβου).
Η κατασκευή κβαντικών υπολογιστών είναι δύσκολη ακόμη και υπό προσεκτικά ελεγχόμενες συνθήκες. "Αυτό ζωγραφίζει μια έρημη εικόνα για κβαντικούς υπολογισμούς μέσα στον υγρό και ζεστό εγκέφαλο", γράφει ο Christof Koch και ο Klaus Hepp, από το Πανεπιστήμιο της Ζυρίχης της Ελβετίας, σε ένα δοκίμιο που δημοσιεύτηκε το 2006 στο περιοδικό Nature.
Ένα άλλο πρόβλημα με το μοντέλο έχει να κάνει με τα χρονοδιαγράμματα που εμπλέκονται στον κβαντικό υπολογισμό. Ο φυσικός Max του MIT, Max Tegmark, έχει κάνει υπολογισμούς των κβαντικών επιδράσεων στον εγκέφαλο, βρίσκοντας ότι οι κβαντικές καταστάσεις στον εγκέφαλο διαρκούν πολύ λίγο για να οδηγήσουν σε σημαντική επεξεργασία του εγκεφάλου. Η Tegmark κάλεσε το μοντέλο Orch OR ασαφές, λέγοντας ότι οι μόνοι αριθμοί που είδε για πιο συγκεκριμένα μοντέλα είναι πολύ μακριά.
"Πολλοί άνθρωποι φαίνεται να αισθάνονται ότι η συνείδηση είναι ένα μυστήριο και η κβαντική μηχανική είναι ένα μυστήριο, οπότε πρέπει να σχετίζονται", δήλωσε ο Tegmark στο LiveScience.
Το μοντέλο Orch OR ασκεί επίσης κριτική από τους νευροεπιστήμονες. Το μοντέλο υποστηρίζει ότι οι κβαντικές διακυμάνσεις μέσα στους μικροσωληνίσκους προκαλούν συνείδηση. Ωστόσο, οι μικροσωληνίσκοι βρίσκονται επίσης σε φυτικά κύτταρα, δήλωσε ο θεωρητικός νευροεπιστήμονας Bernard Baars, Διευθύνων Σύμβουλος της μη κερδοσκοπικής κοινότητας για τις επιστήμες μυαλού-εγκεφάλου στην Εκκλησία των Falls, VA, η οποία πρόσθεσε ότι "τα φυτά, εξ όσων γνωρίζουμε, δεν είναι συνειδητά".
Αυτές οι επικρίσεις δεν αποκλείουν κατ 'αρχήν την κβαντική συνείδηση, αλλά χωρίς πειραματικές αποδείξεις, πολλοί επιστήμονες παραμένουν πεπεισμένοι.
«Αν κάποιος έρχεται με ένα και μόνο πείραμα», για να αποδείξει την κβαντική συνείδηση, είπε ο Baars, «θα αποβάλω όλο το σκεπτικισμό μου».
Σημείωση του συντάκτη: Αυτό το άρθρο ενημερώθηκε στις 27 Ιουνίου 2013 για να τροποποιήσει τη δήλωση ότι "δεν υπάρχουν κβαντικοί υπολογιστές ... έχουν πραγματοποιηθεί." Η εταιρεία D-Wave ισχυρίζεται ότι έχει δημιουργήσει ένα, αν και μερικοί έχουν αμφισβητήσει εάν λειτουργεί πραγματικά ως κβαντικός υπολογιστής.
Προσθήκη: (1 Ιουλίου 2013)
Σε απάντηση στις επικρίσεις του μοντέλου Orch OR που αναφέρεται σε αυτό το άρθρο, ο Stuart Hameroff προσφέρει πολλά στοιχεία. Σε απάντηση στην αντίρρηση ότι ο εγκέφαλος είναι πολύ ζεστός για κβαντικούς υπολογισμούς, ο Hameroff αναφέρει μια μελέτη του 2013 με επικεφαλής τον Anirban Bandyopadhyay στο Εθνικό Ινστιτούτο Επιστημών Υλικών (NIMS) στην Tsukuba της Ιαπωνίας, όπου διαπιστώθηκε ότι "οι μικροσωληνίσκοι είναι ουσιαστικά κβαντικοί, σε συγκεκριμένες συχνότητες συντονισμού ", δήλωσε ο Hameroff.
Απαντώντας στην κριτική ότι οι μικροσωληνίσκοι βρίσκονται επίσης στα (ασυνείδητα) φυτικά κύτταρα, ο Hameroff είπε ότι τα φυτά έχουν μόνο ένα μικρό αριθμό μικροσωληναρίων, πιθανώς πολύ λίγα για να φτάσουν στο όριο που απαιτείται για τη συνείδηση. Αλλά επίσης σημείωσε ότι ο Gregory Engel του Πανεπιστημίου του Σικάγου και οι συνεργάτες του έχουν παρατηρήσει κβαντικά αποτελέσματα στη φωτοσύνθεση των φυτών. "Αν μια ντομάτα ή το rutabaga μπορεί να χρησιμοποιήσει την κβαντική συνοχή σε ζεστή θερμοκρασία, γιατί δεν μπορεί να το μυαλό μας;" Ο Hameroff είπε.
Απαντώντας σε γενικές αντιρρήσεις για την έλλειψη αποδεικτικών στοιχείων για τη θεωρία του, ο Hameroff ανέφερε μια μελέτη του 2013 που οδήγησε τον Rod Eckenhoff στο Πανεπιστήμιο της Πενσυλβάνια που υποδηλώνει ότι τα αναισθητικά - τα οποία σταματούν μόνο τη συνειδητή εγκεφαλική δραστηριότητα - δρουν μέσω μικροσωληναρίων.
Αυτές οι μελέτες προσφέρουν κάποια υποστήριξη στο μοντέλο Orch OR. Αλλά όπως και με όλες τις επιστημονικές υποθέσεις, το μοντέλο πρέπει να συγκεντρώνει σημαντικά στοιχεία για να κερδίσει ευρεία αποδοχή από την επιστημονική κοινότητα.
