Aktualizované v pondelok 1. júla o 9:25 hod. ET.
NEW YORK - Myšlienka, že vedomie vychádza z kvantových mechanických javov v mozgu, je zaujímavá, ale podľa vedcov jej chýbajú dôkazy.
Fyzik Roger Penrose z Oxfordskej univerzity a anestéziológ Stuart Hameroff z University of Arizona navrhujú, aby mozog pôsobil ako kvantový počítač - počítač, ktorý využíva kvantové mechanické javy (ako je schopnosť častíc byť v dve miesta naraz) na vykonanie zložitých výpočtov. V mozgu môžu vlákna vo vnútri neurónov tvoriť základné jednotky kvantového výpočtu, Penrose a Hameroff vysvetlil na medzinárodnom kongrese Global Future 2045, futuristickej konferencii, ktorá sa tu konala 15. - 16. júna.
Táto myšlienka je príťažlivá, pretože neurovedy zatiaľ nemajú uspokojivé vysvetlenie vedomia - stav uvedomovania si a zmyslových zážitkov a myšlienok. Mnoho vedcov je však skeptických a odvoláva sa na nedostatok experimentálnych dôkazov o tejto myšlienke.
Model OR OR
Penrose a Hameroff rozvíjali svoje myšlienky nezávisle, ale začiatkom 90. rokov spolupracovali na vývoji modelu, ktorý nazývajú model OR (Orchestrated Objective Reduction).
Penroseova práca spočíva na interpretácii matematickej teórie Kurt Godela o neúplnosti, ktorá uvádza, že určité výsledky nemožno pomocou počítačového algoritmu dokázať. Penrose tvrdí, že ľudskí matematici sú schopní dokázať takzvané výsledky „Godel-unprovable“, a preto ľudské mozgy nemôžu byť opísané ako typické počítače. Namiesto toho hovorí, že na dosiahnutie týchto vyšších schopností sa musia mozgové procesy spoliehať na kvantovú mechaniku.
Ale Penroseova teória nevysvetlila, ako k tomuto kvantovému počítaniu došlo v skutočných mozgoch, len že tento jav bude potrebný na vyriešenie určitých matematických rovníc. Hameroff prečítal Penroseovu prácu a navrhol malé vláknité štruktúry, ktoré dávajú bunkám ich štrukturálnu podporu - známu ako mikrotubuly - by mohli byť schopné vykonávať kvantové výpočty.
Mikrotubuly sú tvorené jednotkami proteínového tubulínu, ktorý obsahuje oblasti, v ktorých elektróny krúžia okolo seba veľmi blízko. Hameroff navrhol, aby sa tieto elektróny mohli stať „kvantovo zapletenými“, čo je stav, v ktorom si dve častice zachovajú spojenie a akcia vykonaná na jednom ovplyvní druhú, aj keď sú tieto dva vzdialenosti oddelené.
V modeli OR sú matematické pravdepodobnosti, ktoré opisujú kvantové stavy týchto zapletených elektrónov v mikrotubuliach, nestabilné v čase a čase. Tieto matematické pravdepodobnosti sa nazývajú vlnovými funkciami av tomto scenári sa zrútia a prechádzajú zo stavu pravdepodobnosti do konkrétnej skutočnosti. V tomto stave môžu byť mikrotubuly v jednom neuróne spojené s mikrotubulami v iných neurónoch prostredníctvom elektrických spojení známych ako medzerové spoje. Tieto križovatky by umožnili elektrónom „tunelovať“ do iných oblastí mozgu, čo by viedlo k vlnám nervovej aktivity, ktoré sú vnímané ako vedomé skúsenosti.
„Penrose mala mechanizmus vedomia a ja som mal štruktúru,“ povedal Hameroff pre LiveScience.
Problémy s modelom
Zaujímavé, ako to znie, model OR OR nebol experimentálne testovaný a mnohí vedci ho odmietajú.
Kvantové počítače - počítače, ktoré využívajú kvantové mechanické efekty na dosiahnutie extrémne rýchlych výpočtov - boli teoretizované, ale iba jeden (postavený spoločnosťou D-Wave) je komerčne dostupný a či sa jedná o skutočný kvantový počítač, o ktorom sa diskutuje. Takéto počítače by boli mimoriadne citlivé na poruchy systému, ktorý vedci označujú ako „hluk“. Aby sa minimalizoval hluk, je dôležité izolovať systém a udržiavať ho veľmi chladné (pretože teplo spôsobuje, že častice zrýchľujú a vytvárajú hluk).
Budovanie kvantových počítačov je náročné aj za starostlivo kontrolovaných podmienok. „Toto maľuje pustý obraz pre kvantové výpočty vo vlhkom a teplom mozgu,“ napísali Christof Koch a Klaus Hepp z univerzity v Zürichu vo Švajčiarsku v eseji uverejnenej v roku 2006 v časopise Nature.
Ďalší problém s modelom sa týka časových harmonogramov zahrnutých do kvantového výpočtu. Fyzik MIT Max Tegmark urobil výpočty kvantových efektov v mozgu a zistil, že kvantové stavy v mozgu trvajú príliš krátko, aby viedli k zmysluplnému spracovaniu mozgu. Tegmark označil model OR za nejasný, pretože jediné čísla, ktoré videl pre konkrétnejšie modely, sú ďaleko.
„Zdá sa, že veľa ľudí má pocit, že vedomie je záhadou, a kvantová mechanika je záhadou, takže musia súvisieť,“ povedal Tegmark pre LiveScience.
Model OR OR čerpá kritiku aj od neurovedcov. Model sa domnieva, že kvantové fluktuácie vo vnútri mikrotubúl vyvolávajú vedomie. Mikrotubuly sa však nachádzajú aj v rastlinných bunkách, uviedol teoretický neurovedec Bernard Baars, generálny riaditeľ neziskovej spoločnosti pre vedy mozgu v Falls Church, VA., Ktorý dodal: „rastliny, podľa našich najlepších vedomostí, nie sú pri vedomí“.
Tieto kritiky v zásade nevylučujú kvantové vedomie, ale bez experimentálnych dôkazov mnoho vedcov zostáva presvedčených.
„Ak niekto príde iba s jedným experimentom,“ na preukázanie kvantového vedomia povedal Baars, „upustím od všetkého svojho skepticizmu.“
Poznámka editora: Tento článok bol aktualizovaný 27. júna 2013 s cieľom zmeniť a doplniť vyhlásenie, že „neboli realizované žiadne kvantové počítače…“. Spoločnosť D-Wave tvrdí, že si ju vytvorila, aj keď niektorí sa pýtali, či skutočne funguje ako kvantový počítač.
Dodatok: (1. júla 2013)
V reakcii na kritiku modelu OROR uvedenú v tomto článku, Stuart Hameroff ponúka niekoľko dôkazov. V odpovedi na námietku, že mozog je príliš veľký na kvantové výpočty, cituje Hameroff štúdiu z roku 2013 vedenú Anirbanom Bandyopadhyayom v Národnom inštitúte materiálových vied (NIMS) v japonskom Tsukube, ktorý zistil, že „mikrotubuly sa stávajú v podstate kvantovo vodivé, keď sú stimulované pri konkrétnych rezonančných frekvenciách, “uviedol Hameroff.
V odpovedi na kritiku, že mikrotubuly sa nachádzajú aj v (nevedomých) rastlinných bunkách, Hameroff uviedol, že rastliny majú iba malý počet mikrotubulov, pravdepodobne príliš málo na to, aby dosiahli prahovú hodnotu potrebnú na vedomie. Poznamenal však tiež, že Gregory Engel z University of Chicago a jeho kolegovia pozorovali kvantové účinky pri fotosyntéze rastlín. "Ak paradajka alebo rutabaga dokážu využiť kvantovú koherenciu pri vysokej teplote, prečo nemôžu naše mozgy?" Povedal Hameroff.
V reakcii na všeobecné námietky proti nedostatku dôkazov pre svoju teóriu Hameroff citoval štúdiu vedenú Rodom Eckenhoffom z roku 2013 na univerzite v Pensylvánii, ktorá naznačuje, že anestetiká, ktoré zastavujú iba vedomú mozgovú aktivitu, pôsobia cez mikrotubuly.
Tieto štúdie poskytujú určitú podporu modelu Orch OR. Ale ako vo všetkých vedeckých hypotézach, model musí zhromažďovať významné dôkazy, aby si získal všeobecnú akceptáciu medzi vedeckou komunitou.
