Kan Quantum Brain Effects Forklare Bevidsthed?

{h1}

En kontroversiel teori tyder på, at hjernen fungerer som en kvantecomputer, men der mangler bevis indtil videre.

Opdateret mandag den 1. juli kl. 9:25. ET.

NEW YORK - Tanken om at bevidsthed stammer fra kvantemekaniske fænomener i hjernen er spændende, men mangler beviser, siger forskerne.

Fysikist Roger Penrose fra University of Oxford og anæstesiolog Stuart Hameroff fra University of Arizona foreslår at hjernen fungerer som en kvantecomputer - en beregningsmaskine, der benytter kvantemekaniske fænomener (som partikelnes evne til at være i to steder på én gang) til at udføre komplekse beregninger. I hjernen kunne fibre inden for neuroner danne de basale enheder af kvanteberegning, Penrose og Hameroff forklaret på Global Future 2045 International Congress, en futuristisk konference afholdt her den 15. juni.

Ideen er tiltalende, fordi neurovidenskaben hidtil ikke har nogen tilfredsstillende forklaring på bevidsthed - staten er selvbevidst og har sanselige oplevelser og tanker. Men mange forskere er skeptiske og citerer manglende eksperimentelle beviser for ideen. [Bevidsthed til at sove: Top 10 Mysterier i Sindet]

The Orch OR model

Penrose og Hameroff udviklede deres ideer uafhængigt, men samarbejdede i begyndelsen af ​​1990'erne for at udvikle, hvad de kalder Orch Orchestrated Objective Reduction (Orch OR) -modellen.

Penroses arbejde hviler på en fortolkning af matematikeren Kurt Godels ufuldstændighedssætning, der siger at visse resultater ikke kan bevises af en computeralgoritme. Penrose hævder, at menneskelige matematikere er i stand til at bevise såkaldte "Godel-unprovable" resultater, og derfor kan menneskelige hjerner ikke beskrives som typiske computere. I stedet siger han, for at opnå disse højere evner, skal hjerneprocesserne stole på kvantemekanik.

Men Penroses teori forklarede ikke, hvordan denne kvantecomputering opstod inden for egentlige hjerner, bare at fænomenet ville være nødvendigt for at løse visse matematiske ligninger. Hameroff læste Penroses arbejde og foreslog små fibrøse strukturer, der giver cellerne deres strukturelle understøttelse - kendt som mikrotubuli - kan være i stand til at udføre kvantemæssige beregninger.

Mikrotubuli består af enheder af protein tubulin, som indeholder regioner, hvor elektroner virvler rundt meget tæt på hinanden. Hameroff foreslog, at disse elektroner kunne blive "quantum entangled", en tilstand hvor to partikler opretholder en forbindelse, og en handling udført på en påvirker den anden, selv når de to er adskilt af en afstand.

I Orch OR-modellen bliver de matematiske sandsynligheder, der beskriver kvantetilstandene for disse indviklede elektroner i mikrotubuli, ustabile i rumtiden. Disse matematiske sandsynligheder kaldes bølgefunktioner, og i dette scenario kollapses de, fra en sandsynlighedstilstand til en bestemt aktualitet. I denne tilstand kunne mikrotubuli i et neuron være forbundet med dem i andre neuroner via elektriske forbindelser kendt som gapskryds. Disse kryds ville give elektronerne mulighed for at "tunnel" til andre regioner i hjernen, hvilket resulterer i bølger af neurale aktiviteter, der opfattes som bevidst oplevelse.

"Penrose havde en mekanisme til bevidsthed, og jeg havde en struktur," fortalte Hameroff WordsSideKick.com.

Problemer med modellen

Interessant som det lyder, har Orch OR modellen ikke testet eksperimentelt, og mange forskere afviser det.

Kvantecomputere - computere, der udnytter kvante mekaniske effekter for at opnå ekstremt hurtige beregninger - er teoretiseret, men kun én (bygget af firmaet D-Wave) er kommercielt tilgængelig, og om det er en sand quantumcomputer debatteres. Sådanne computere ville være yderst følsomme for forstyrrelser i et system, som forskere henviser til som "støj". For at minimere støj er det vigtigt at isolere systemet og holde det meget koldt (fordi varme får partikler til at fremskynde og generere støj).

At bygge quantum computere er udfordrende selv under omhyggeligt kontrollerede forhold. "Dette maler et øde billede for kvante beregning inde i den våde og varme hjerne", skrev Christof Koch og Klaus Hepp fra University of Zurich, Schweiz, i et essay, der blev offentliggjort i 2006 i tidsskriftet Nature.

Et andet problem med modellen har at gøre med tidsrammer involveret i kvant beregning. MIT fysikeren Max Tegmark har lavet beregninger af kvanteffekter i hjernen og fundet, at kvantetilstande i hjernen var alt for kort tid til at føre til en meningsfuld hjernebehandling. Tegmark hedder Orch OR-modellen vag, og siger, at de eneste tal han har set for mere konkrete modeller, er langt væk.

"Mange mennesker synes at føle, at bevidstheden er et mysterium og kvantemekanik er et mysterium, så de skal være relaterede", fortæller Tegmark WordsSideKick.com.

The Orch OR model trækker også kritik fra neuroscientists. Modellen fastholder, at kvanteforskydninger inde i mikrotubuli frembringer bevidsthed. Men mikrotubuli findes også i planteceller, siger den teoretiske neuroscientist Bernard Baars, administrerende direktør for nonprofit Society for Mind-Brain Sciences i Falls Church, VA., Der tilføjede, "planter er efter vores bedste bevidsthed ikke bevidste".

Disse kritikker udelukker i princippet ikke kvantebevidsthed, men uden eksperimentelle beviser forbliver mange videnskabsmænd ikke overbevist.

"Hvis nogen kommer op med blot et enkelt eksperiment," for at demonstrere kvantbevidsthed, sagde Baars, "Jeg vil droppe al min skepsis."

Redaktørens note: Denne artikel blev opdateret den 27. juni 2013 for at ændre udsagnet om, at "ingen kvantecomputere... er blevet realiseret." Virksomheden D-Wave hævder at have skabt en, selv om nogle har spørgsmålstegn ved, om det virkelig fungerer som en kvantecomputer.

Addendum: (1. juli 2013)

Som svar på kritikken af ​​Orch OR-modellen, der er citeret i denne artikel, tilbyder Stuart Hameroff flere beviser. Som svar på klagepunktet om, at hjernen er for varm til kvanteberegninger, citerer Hameroff en 2013-undersøgelse ledet af Anirban Bandyopadhyay ved Institut for Materialevidenskab (NIMS) i Tsukuba, Japan, som fandt, at "mikrotubuli bliver i det væsentlige kvanteførende, når de stimuleres ved specifikke resonansfrekvenser, "sagde hameroff.

Som svar på kritikken om, at mikrotubuli findes i (ubevidste) planteceller, sagde Hameroff, at planter kun har et lille antal mikrotubuli, sandsynligvis for få til at nå den tærskel, der er nødvendig for bevidstheden. Men han bemærkede også, at Gregory Engel fra University of Chicago og kolleger har observeret kvanteffekter i plantens fotosyntese. "Hvis en tomat eller rutabaga kan udnytte kvantekonhærens ved varm temperatur, hvorfor kan ikke vores hjerner?" Hameroff sagde.

Som reaktion på generelle indvendinger mod manglende beviser for hans teori anførte Hameroff en 2013-undersøgelse ledet Rod Eckenhoff ved University of Pennsylvania, der tyder på, at anæstetika - som kun stopper bevidst hjerneaktivitet - virker via mikrotubuli.

Disse undersøgelser giver en vis støtte til Orch OR modellen. Men som med alle videnskabelige hypoteser skal modellen samle betydelige beviser for at opnå en bred accept blandt videnskaben.

Følge efter Tanya Lewis Twitter og Google+. Følg os @wordssidekick, Facebook & Google+. Originalartikel på WordsSideKick.com.


Video Supplement: The Science of Thinking.




DA.WordsSideKick.com
All Rights Reserved!
Reproduktion Af Materialer Tilladt Kun Prostanovkoy Aktivt Link Til Webstedet DA.WordsSideKick.com

© 2005–2019 DA.WordsSideKick.com