Actualizat luni, 1 iulie, la 9:25 a.m.
NEW YORK - Ideea că conștiința provine din fenomene mecanice cuantice din creier este intrigantă, însă îi lipsește dovezi, spun oamenii de știință.
Fizicianul Roger Penrose, de la Universitatea din Oxford, și anestezistul Stuart Hameroff, de la Universitatea din Arizona, propun ca creierul să acționeze ca un computer cuantic - o mașină de calcul care face uz de fenomene mecanice cuantice (precum capacitatea particulelor de a fi în două locuri simultan) pentru a efectua calcule complexe. În creier, fibrele din interiorul neuronilor ar putea forma unitățile de bază ale calculului cuantic, au explicat Penrose și Hameroff în cadrul Congresului Internațional Global Future 2045, o conferință futuristă care a avut loc aici în perioada 15-16 iunie.
Ideea este atrăgătoare, deoarece, până în prezent, neuroștiința nu are o explicație satisfăcătoare pentru conștiință - starea de a fi conștient de sine și de a avea experiențe și gânduri senzoriale. Dar mulți oameni de știință sunt sceptici, invocând o lipsă de dovezi experimentale pentru idee.
Modelul Orch OR
Penrose și Hameroff și-au dezvoltat ideile în mod independent, dar au colaborat la începutul anilor 1990 pentru a dezvolta ceea ce numesc modelul Orchestrated Objective Reduction (Orchst OR).
Lucrarea lui Penrose se bazează pe o interpretare a teoremei incompletitudinii matematicianului Kurt Godel, care afirmă că anumite rezultate nu pot fi dovedite de un algoritm computerizat. Penrose susține că matematicienii umani sunt capabili să dovedească așa-numitele rezultate „neprobabile de Godel” și, prin urmare, creierul uman nu poate fi descris ca computere tipice. În schimb, spune el, pentru a atinge aceste abilități superioare, procesele creierului trebuie să se bazeze pe mecanica cuantică.
Dar teoria lui Penrose nu a explicat cum s-a produs această calculare cuantică în creierul propriu-zis, doar că fenomenul ar fi necesar pentru a rezolva anumite ecuații matematice. Hameroff a citit lucrările lui Penrose și a sugerat structuri fibroase mici care să ofere celulelor suportul lor structural - cunoscut sub numele de microtubuli - ar putea fi capabil să efectueze calcule cuantice.
Microtubulii sunt alcătuiți din unități ale proteinei tubuline, care conține regiuni în care se învârtesc electroni foarte aproape unul de altul. Hameroff a propus ca acești electroni să poată deveni „curanți cuantici”, o stare în care două particule păstrează o conexiune și o acțiune efectuată pe una afectează pe cealaltă, chiar și atunci când cele două sunt separate de o distanță.
În modelul Orch OR, probabilitățile matematice care descriu stările cuantice ale acestor electroni încurcați în microtubuli devin instabile în spațiu-timp. Aceste probabilități matematice se numesc funcții de undă și în acest scenariu se prăbușesc, trecând de la o stare de probabilitate la o actualitate specifică. În această stare, microtubulii dintr-un neuron ar putea fi legați de cei din alți neuroni prin conexiuni electrice cunoscute sub denumirea de joncțiuni gap. Aceste joncțiuni ar permite electronilor să „tuneleze” către alte regiuni ale creierului, rezultând valuri de activitate neuronală care sunt percepute ca experiență conștientă.
"Penrose avea un mecanism pentru conștiință, iar eu aveam o structură", a spus Hameroff pentru LiveScience.
Probleme cu modelul
Interesant cum pare, modelul Orch OR nu a fost testat experimental și mulți oameni de știință îl resping.
Calculatoarele cuantice - computerele care profită de efectele mecanice cuantice pentru a realiza calcule extrem de rapide - au fost teoretizate, dar doar unul (construit de compania D-Wave) este disponibil comercial și dacă este vorba despre un computer cuantic adevărat. Astfel de computere ar fi extrem de sensibile la perturbații dintr-un sistem, pe care oamenii de știință îl numesc „zgomot”. Pentru a reduce la minimum zgomotul, este important să izolăm sistemul și să îl menținem foarte rece (deoarece căldura determină accelerarea și generarea zgomotului a particulelor).
Construirea computerelor cuantice este o provocare chiar și în condiții atent controlate. "Acest lucru pictează o imagine dezolantă pentru calculul cuantic în creierul umed și cald", au scris Christof Koch și Klaus Hepp, de la Universitatea din Zurich, Elveția, într-un eseu publicat în 2006 în revista Nature.
O altă problemă a modelului are legătură cu calendarul implicat în calculul cuantic. Fizicianul MIT, Max Tegmark, a făcut calcule ale efectelor cuantice din creier, constatând că stările cuantice din creier durează prea mult timp pentru a duce la procesarea creierului semnificativă. Tegmark a numit modelul Orch OR vag, spunând că singurele numere pe care le-a văzut pentru modele mai concrete sunt departe.
"Mulți oameni par să simtă că conștiința este un mister, iar mecanica cuantică este un mister, deci trebuie să fie legate", a spus Tegmark pentru LiveScience.
Modelul Orch OR atrage critici și de la neuroștiințieni. Modelul susține că fluctuațiile cuantice din microtubuli produc conștiință. Însă microtubulii se găsesc și în celulele plantelor, a spus neuroștiințistul teoretic Bernard Baars, CEO al Societății nonprofit pentru Mind-Brain Sciences din Falls Church, VA.
Aceste critici nu exclud în principiu conștiința cuantică, dar fără dovezi experimentale, mulți oameni de știință rămân neconvinși.
„Dacă cineva vine cu un singur experiment”, pentru a demonstra conștiința cuantică, Baars a spus: „Voi renunța la tot scepticismul meu”.
Nota editorului: Acest articol a fost actualizat la 27 iunie 2013 pentru a modifica declarația potrivit căreia „nu există computere cuantice ... nu au fost realizate”. Compania D-Wave susține că a creat una, deși unii s-au pus la îndoială dacă funcționează cu adevărat ca un computer cuantic.
Addendum: (1 iulie 2013)
Ca răspuns la criticile aduse modelului Orch OR citat în acest articol, Stuart Hameroff oferă câteva dovezi. Ca răspuns la obiecția că creierul este prea cald pentru calculele cuantice, Hameroff citează un studiu din 2013 condus de Anirban Bandyopadhyay la Institutul Național de Științe ale Materialelor (NIMS) din Tsukuba, Japonia, care a constatat că „microtubulii devin esențial conducători cuantici atunci când sunt stimulați la frecvențe rezonante specifice ”, a spus Hameroff.
Ca răspuns la critica conform căreia microtubulii se găsesc și în celulele vegetale (inconștiente), Hameroff a spus că plantele au doar un număr mic de microtubuli, probabil prea puține pentru a atinge pragul necesar conștiinței. Dar el a menționat, de asemenea, că Gregory Engel de la Universitatea din Chicago și colegii au observat efecte cuantice în fotosinteza plantelor. „Dacă o tomate sau rutabaga poate folosi coerența cuantică la temperatura caldă, de ce nu putem creierul nostru?” Spuse Hameroff.
Ca răspuns la obiecții generale la o lipsă de dovezi pentru teoria sa, Hameroff a citat un studiu din 2013 condus de Rod Eckenhoff la Universitatea din Pennsylvania, care sugerează că anestezicele - care opresc doar activitatea creierului conștient - acționează prin intermediul microtubulelor.
Aceste studii acordă un anumit sprijin modelului Orch OR. Dar, ca în cazul tuturor ipotezelor științifice, modelul trebuie să acumuleze dovezi semnificative pentru a obține o acceptare pe scară largă în rândul comunității științifice.
