Актуализирано в понеделник, 1 юли, от 21:25 ч. ET.
Ню Йорк - Идеята, че съзнанието възниква от квантовите механични явления в мозъка, е интригуваща, но все още няма доказателства, твърдят учените.
Физикът Роджър Пенроуз от Университета в Оксфорд и анестезиологът Стюарт Хамеров от Университета в Аризона предлагат мозъкът да действа като квантов компютър - изчислителна машина, която използва квантови механични явления (като способността на частиците да бъдат в две места наведнъж) за извършване на сложни изчисления. В мозъка влакната вътре в невроните могат да формират основните единици на квантовите изчисления, обясниха Пенроуз и Хамеров на Международния конгрес на Global Future 2045, футуристична конференция, проведена тук 15-16 юни.
Идеята е привлекателна, тъй като досега невронауката няма задоволително обяснение за съзнанието - състоянието на самоосъзнаване и притежаване на сетивни преживявания и мисли. Но много учени са скептични, като цитират липсата на експериментални доказателства за идеята.
Моделът Orch OR
Пенроуз и Хамеров разработиха идеите си независимо, но си сътрудничиха в началото на 90-те, за да разработят това, което наричат модела на Оркестрована цел на редуциране (Orch OR).
Работата на Пенроуз опира до интерпретация на теоремата за непълнота на математика Курт Годел, която гласи, че определени резултати не могат да бъдат доказани с компютърен алгоритъм. Пенроуз твърди, че човешките математици са способни да докажат така наречените „непроходими за Годел“ резултати и следователно човешките мозъци не могат да бъдат описани като типични компютри. Вместо това, казва той, за да постигнат тези по-високи способности, мозъчните процеси трябва да разчитат на квантовата механика.
Но теорията на Пенроуз не обясни как се е случило това квантово изчисление в действителните мозъци, само че явлението ще е необходимо за решаване на определени математически уравнения. Хамеров прочете работата на Пенроуз и предложи малки влакнести структури, които дават на клетките си структурна опора - известна като микротрубки - може да са способни да извършват квантови изчисления.
Микротубулите са изградени от единици на протеиновия тубулин, който съдържа области, в които електрони се въртят около много близо един до друг. Хамеров предложи, че тези електрони могат да се превърнат в "квантово заплетени", състояние, при което две частици запазват връзка, а действие, извършено върху една, влияе върху другата, дори когато двата са разделени на разстояние.
В модела Orch OR математическите вероятности, които описват квантовите състояния на тези заплетени електрони в микротрубове, стават нестабилни в пространството-времето. Тези математически вероятности се наричат вълнови функции и при този сценарий те се сриват, преминавайки от състояние на вероятност към конкретна действителност. В това състояние микротубулите в един неврон биха могли да бъдат свързани с тези в други неврони чрез електрически връзки, известни като пролуки. Тези кръстовища биха позволили на електроните да се „тунелират“ към други области на мозъка, което води до вълни от нервна активност, които се възприемат като съзнателно преживяване.
"Пенроуз имаше механизъм за съзнание, а аз имах структура", каза Хамеров пред LiveScience.
Проблеми с модела
Интересно, както звучи, моделът Orch OR не е тестван експериментално и много учени го отхвърлят.
Квантовите компютри - компютрите, които се възползват от квантовите механични ефекти за постигане на изключително бързи изчисления - са теоретизирани, но само един (изграден от компанията D-Wave) е наличен в търговската мрежа и дали е истински квантов компютър е обсъден. Такива компютри биха били изключително чувствителни към смущения в система, която учените наричат "шум". За да се сведе до минимум шума, важно е да изолирате системата и да я държите много студена (защото топлината кара частиците да ускоряват и генерират шум).
Изграждането на квантови компютри е предизвикателство дори при внимателно контролирани условия. "Това рисува пуста картина за квантови изчисления във влажния и топъл мозък", написаха Кристоф Кох и Клаус Хеп от университета в Цюрих, Швейцария в есе, публикувано през 2006 г. в списанието Nature.
Друг проблем с модела е свързан с времевите скали, участващи в квантовите изчисления. Физикът на MIT Макс Тегмарк направи изчисления на квантовите ефекти в мозъка, като откри, че квантовите състояния в мозъка продължават твърде кратко време, за да доведат до смислена мозъчна обработка. Tegmark нарече модела Orch OR неясен, казвайки, че единствените числа, които е виждал за по-конкретни модели, са далеч.
"Много хора изглежда смятат, че съзнанието е мистерия, а квантовата механика е мистерия, така че те трябва да бъдат свързани", каза Тегмарк пред LiveScience.
Моделът Orch OR извлича критики и от невролозите. Моделът твърди, че квантовите колебания вътре в микротруболите произвеждат съзнание. Но микротубулите се намират и в растителните клетки, заяви теоретичният невролог Бърнард Баарс, главен изпълнителен директор на Обществото за нестопански науки за мозъка в Фолс Чърч, САЩ, добави, че „растенията, доколкото ни е известно, не са в съзнание“.
Тези критики по принцип не изключват квантовото съзнание, но без експериментални доказателства много учени остават неубедени.
"Ако някой излезе само с един единствен експеримент", за да демонстрира квантово съзнание, Барс каза, "ще изпусна целия си скептицизъм."
Бележка на редактора: Тази статия е актуализирана на 27 юни 2013 г., за да се измени твърдението, че „няма реализирани квантови компютри…“. Компанията D-Wave твърди, че е създала такава, въпреки че някои се съмняват дали тя наистина работи като квантов компютър.
Допълнение: (1 юли 2013 г.)
В отговор на критиките към модела Orch OR, цитиран в тази статия, Stuart Hameroff предлага няколко доказателства. В отговор на възражението, че мозъкът е твърде топъл за квантови изчисления, Хамероф цитира проучване от 2013 г., ръководено от Анирбан Бандиопадхей от Националния институт за материални науки (NIMS) в Цукуба, Япония, което установи, че „микротрубовете стават по същество квантопроводими, когато се стимулират на конкретни резонансни честоти “, каза Хамеров.
В отговор на критиката, че микротубулите се намират и в (несъзнавани) растителни клетки, Хамеров казва, че растенията имат само малък брой микротрубове, вероятно твърде малко, за да достигнат прага, необходим за съзнанието. Но той също отбеляза, че Грегъри Енгел от Чикагския университет и неговите колеги са наблюдавали квантови ефекти при фотосинтезата на растенията. „Ако един домат или рутабага могат да използват квантова съгласуваност при топла температура, защо не можем нашите мозъци?“ - каза Хамеров.
В отговор на общите възражения срещу липсата на доказателства за неговата теория, Хамероф цитира проучване, проведено през 2013 г., ръководено от Род Екенхоф от Университета в Пенсилвания, което предполага, че анестетиците - които спират само съзнателната мозъчна дейност - действат чрез микротубули.
Тези изследвания дават известна подкрепа на модела Orch OR. Но както при всички научни хипотези, моделът трябва да събере значителни доказателства, за да получи широкото признание сред научната общност.
