Ažurirano u ponedjeljak 1. srpnja u 21:25 po ET.
NJUJORK - Ideja da svijest proizilazi iz kvantnih mehaničkih pojava u mozgu je intrigantna, no nedostaju joj dokazi, tvrde znanstvenici.
Fizičar Roger Penrose sa Sveučilišta u Oxfordu i anesteziolog Stuart Hameroff sa Sveučilišta u Arizoni predlažu da mozak djeluje kao kvantno računalo - računski stroj koji koristi kvantne mehaničke pojave (poput sposobnosti čestica da budu u dva mjesta odjednom) za izvršavanje složenih proračuna. U mozgu bi vlakna unutar neurona mogla tvoriti osnovne jedinice kvantnog računanja, objasnili su Penrose i Hameroff na Međunarodnom kongresu Global Future 2045, futurističkoj konferenciji koja je održana ovdje od 15. do 16. lipnja.
Ideja je privlačna, jer neuroznanost do sada nema zadovoljavajuće objašnjenje za svijest - stanje samospoznaje i osjetilnih iskustava i misli. Ali mnogi su znanstvenici skeptični, navodeći nedostatak eksperimentalnih dokaza za tu ideju.
Model Orch ILI
Penrose i Hameroff samostalno su razvijali svoje ideje, ali surađivali su početkom devedesetih kako bi razvili ono što nazivaju modelom Orkestriranog smanjenja ciljeva (Orch OR).
Penroseov rad zasnovan je na interpretaciji teoreme nepotpunosti matematičara Kurta Godelja, koja kaže da se određeni rezultati ne mogu dokazati računalnim algoritmom. Penrose tvrdi da su ljudski matematičari sposobni dokazati takozvane "Godel-neprobavljive" rezultate, te se stoga ljudski mozak ne može opisati kao tipična računala. Umjesto toga, kaže, da bi se postigli ti viši sposobnosti, moždani se procesi moraju oslanjati na kvantnu mehaniku.
No Penroseova teorija nije objasnila kako se ovo kvantno računanje događalo unutar stvarnih mozgova, samo da bi taj fenomen bio potreban za rješavanje određenih matematičkih jednadžbi. Hameroff je pročitao Penroseovo djelo i predložio da male vlaknaste strukture koje ćelijama daju strukturalnu potporu - poznate kao mikrotubule - mogu biti sposobne izvesti kvantne proračune.
Mikrotubule su sastavljene od bjelančevinskih tubulina, koji sadrže regije u kojima se elektroni vrte oko vrlo blizu jedan drugom. Hameroff je predložio da ti elektroni mogu postati "kvantno isprepleteni", stanje u kojem dvije čestice zadržavaju vezu, a akcija izvedena na jednu utječe na drugu, čak i kada su dva razdvojena udaljenost.
U modelu Orch ILI matematičke vjerojatnosti koje opisuju kvantna stanja tih isprepletenih elektrona u mikrotubulima postaju nestabilne u prostor-vremenu. Te se matematičke vjerojatnosti nazivaju valnim funkcijama, a u ovom scenariju propadaju, prelazeći iz stanja vjerojatnosti u određenu stvarnost. U ovom stanju, mikrotubule u jednom neuronu mogu se povezati s onima u drugim neuronima pomoću električnih veza poznatih kao jaz spajanja. Ti bi spojevi omogućili da se elektroni „tuneli“ u druge dijelove mozga, rezultirajući valovima neuronske aktivnosti koji se doživljavaju kao svjesno iskustvo.
"Penrose je imao mehanizam za svijest, a ja sam imao strukturu", rekao je Hameroff za LiveScience.
Problemi s modelom
Zanimljivo kako zvuči, model Orch OR nije testiran eksperimentalno, a mnogi znanstvenici to odbacuju.
Kvantna računala - računala koja koriste kvantne mehaničke učinke za postizanje vrlo brzih izračuna - su teoretizirana, ali samo je jedno (koje je izgradila tvrtka D-Wave) komercijalno dostupno i o tome se raspravlja o istinskom kvantnom računalu. Takva bi računala bila izuzetno osjetljiva na poremećaje u sustavu, koje znanstvenici nazivaju "bukom". Da bi se buka svela na minimum, važno je izolirati sustav i držati ga vrlo hladnim (jer toplina uzrokuje ubrzavanje čestica i stvaranje buke).
Izgradnja kvantnih računala je zahtjevna čak i pod pažljivo kontroliranim uvjetima. "Ovo slika opustošnu sliku za kvantno računanje u vlažnom i toplom mozgu", napisali su Christof Koch i Klaus Hepp sa Sveučilišta u Zürichu u Švicarskoj u eseju objavljenom 2006. godine u časopisu Nature.
Drugi problem s modelom ima veze s vremenskim intervalima uključenim u kvantno računanje. Fizičar MIT-a Max Tegmark izračunao je kvantne učinke u mozgu, otkrivši kako kvantna stanja u mozgu traju previše kratko vrijeme da bi dovela do smislene obrade mozga. Tegmark je nazvao model Orch ILI nejasnim, rekavši da su jedini brojevi koje je vidio kod konkretnijih modela daleko odstupili.
"Izgleda da mnogi ljudi smatraju da je svijest misterija, a kvantna mehanika je misterija, pa moraju biti povezani", rekao je Tegmark za LiveScience.
Model Orch ILI također kritizira neuroznanstvenike. Model drži da kvantne fluktuacije unutar mikrotubula stvaraju svijest. Ali mikrotubule se nalaze i u biljnim ćelijama, rekao je teorijski neuroznanstvenik Bernard Baars, izvršni direktor neprofitnog Društva za um-mozak u Falls Churchu, VA, koji je dodao: "biljke, koliko znamo, nisu svjesne".
Te kritike u principu ne isključuju kvantnu svijest, ali bez eksperimentalnih dokaza mnogi znanstvenici ostaju neuvjereni.
"Ako se netko javi sa samo jednim jedinim eksperimentom", kako bi pokazao kvantnu svijest, Baars je rekao, "odbacit ću svu svoju skepticizam".
Bilješka urednika: Ovaj je članak ažuriran 27. lipnja 2013. kako bi se izmijenila izjava "da nije ostvareno nijedno kvantno računalo ...". Tvrtka D-Wave tvrdi da ju je stvorila, premda su je neki pitali djeluje li zaista kao kvantno računalo.
Dodatak: (1. srpnja 2013.)
Kao odgovor na kritike modela Orch ILI, citirane u ovom članku, Stuart Hameroff nudi nekoliko dokaza. Kao odgovor na prigovor da je mozak previše topao za kvantne proračune, Hameroff navodi studiju iz 2013. koju je vodio Anirban Bandyopadhyay na Nacionalnom institutu za materijalne znanosti (NIMS) u Tsukubi u Japanu, koja je utvrdila da „mikrotubule postaju u osnovi kvantno provodne kada su stimulirane na točno određenim rezonantnim frekvencijama ”, rekao je Hameroff.
Odgovarajući na kritiku da se mikrotubule nalaze i u (nesvjesnim) biljnim stanicama, Hameroff je rekao da biljke imaju samo mali broj mikrotubula, vjerojatno premalo da dosegnu prag potreban za svijest. Ali također je napomenuo da su Gregory Engel sa Sveučilišta u Chicagu i njegovi kolege primijetili kvantne učinke u fotosintezi biljaka. "Ako rajčica ili rutabaga mogu iskoristiti kvantnu koherenciju na toploj temperaturi, zašto naš mozak ne može?" Rekao je Hameroff.
Kao odgovor na opće prigovore zbog nedostatka dokaza za njegovu teoriju, Hameroff je naveo studiju iz 2013. godine na čelu s Rodom Eckenhoffom na Sveučilištu u Pennsylvaniji koja sugerira da anestetici - koji zaustavljaju samo svjesnu moždanu aktivnost - djeluju putem mikrotubula.
Ova istraživanja pružaju potporu modelu Orch ILI. Ali kao i u svim znanstvenim hipotezama, model mora skupiti značajne dokaze da bi se stekao prihvaćanje u znanstvenoj zajednici.
