В прошлый раз я опубликовал подобную статью раскрывавшую эту тему поверхностно и с метафорическим окрасом, что незамедлительно привело к бурной реакции некоторых индивидов, которые начали утверждать что я как автор этой статьи- являюсь мягко говоря "поехавшим" и сплетаю квантовую физику с "бредом". Выходит что это ответка.
Ссылка на источники в конце статьи
Вопрос о природе сознания является одним из самых фундаментальных в современной науке. Хотя традиционные подходы в нейробиологии и когнитивной психологии стремятся объяснить сознание как эмерджентное свойство сложных нейронных сетей, появляются альтернативные гипотезы, предполагающие его глубокую связь с фундаментальными законами квантовой физики. Данное исследование представляет собой всесторонний анализ теории, согласно которой сознание возникает не просто как результат сложности биологической сети, а как прямое следствие квантовых явлений, происходящих в микротрубочках нейронов. Особое внимание уделяется спорному вопросу быстрой декогеренции в теплой и шумной среде мозга и тому, как кратковременные квантовые импульсы могут оказывать глобальное влияние на наши мысли и решения. Анализ показывает, что эта область знаний переживает период активного развития, где старые парадигмы ставятся под сомнение новыми данными из квантовой биологии и нейронаук, открывая путь к более глубокому пониманию природы «Я».
Теория Orch OR: Квантовые процессы в микротрубочках как возможный носитель сознания
Концепция о том, что сознание может быть связано с квантовыми явлениями в мозге, получила широкое распространение благодаря работе Роджера Пенроуза и Стюарта Хамероффа, представленной в виде теории оркестрованной объективной редукции (Orchestrated Objective Reduction, Orch-OR) [[2,4]]. Эта теория, разработанная в 1990-х годах и опубликованная в 1996 году, предлагает радикальный взгляд на происхождение сознания, выходящий за рамки чисто классических моделей [[2,27]]. Согласно Orch-OR, ключевым игроком в создании сознания являются микротрубочки — белковые структуры, составляющие цитоскелет клеток, включая нейроны [[1,3,14,33]]. Эти полые цилиндрические полимеры, состоящие из белка тубулина, играют важнейшую роль в поддержании формы клетки, внутриклеточном транспорте и делении [[32,36]].
В рамках теории Orch-OR микротрубочки рассматриваются не просто как пассивный скелет, а как активные элементы для хранения и обработки информации [[33]]. Авторы предполагают, что отдельные молекулы тубулина могут функционировать как "биологические кубиты" — базовые единицы информации в квантовом компьютере [[14,21]]. Это возможно благодаря наличию в тубулине конъюгированных π-электронов, которые, по мнению сторонников теории, способны находиться в состоянии квантовой суперпозиции, то есть одновременно представлять несколько состояний (например, разные электронные конфигурации или пространственные ориентации) [[33]]. Такая когерентность позволяет микротрубочкам выполнять параллельные вычисления на субнейронном уровне, оперируя огромным количеством вариантов одновременно [[33]].
Центральным механизмом Orch-OR является процесс, который авторы называют "оркестрованной объективной редукцией" (Orch OR) [[3,14]]. Этот процесс состоит из двух частей. Во-первых, это самоколлапс волновой функции, известный как объективная редукция (Objective Reduction, OR), который, согласно гипотезе Пенроуза, является фундаментальным гравитационным процессом, а не просто результатом наблюдения, как в стандартной копенгагенской интерпретации квантовой механики [[33]]. Коллапс происходит, когда локализованное квантовое состояние (в данном случае, состояние суперпозиции в микротрубочке) достигает определенного энергетического порога, связанным со временем жизни системы и силой гравитационного поля [[18,30]]. Во-вторых, этот процесс "оркеструется" (orchestrates) синаптической активностью и другими нейробиологическими процессами [[14]]. Это означает, что нейронные сигналы и входные данные из окружающих нейронов формируют "партитуру", которая направляет и организует коллапс квантовых состояний в микротрубочках. Именно такой акт коллапса каждого кубита в ансамбле микротрубочек в одном нейроне и интерпретируется как отдельный "акт сознания" — мельчайшая единица субъективного опыта [[21,33]].
Сторонники теории утверждают, что такие каскады актов сознания, происходящие в миллионах нейронов, формируют непрерывный поток нашего восприятия [[33]]. Они также предлагают модель, согласно которой время сохранения когерентности может достигать сотен миллисекунд, что достаточно для формирования осмысленных моментов сознания [[18]]. Кроме того, они связывают когерентные высокочастотные колебания (Гц-диапазон) с гамма-ритмами мозга (~50 Гц), которые ассоциируются с осознанностью и интеграцией информации [[14]]. Таким образом, Orch-OR представляет собой попытку создать единую теорию, связывающую квантовые процессы, происходящие в специфических биологических структурах, с высокоуровневым психологическим феноменом — сознанием. Эта теория также допускает возможность существования протосознания повсеместно, так как коллапс квантовых состояний является фундаментальным процессом, а человеческий мозг лишь "оркеструет" этот процесс, создавая сложный и осмысленный опыт [[33]].
Проблема декогеренции: Возможные механизмы защиты
Одним из наиболее серьезных и часто упоминаемых аргументов против любой квантовой теории сознания является проблема декогеренции. Декогеренция — это фундаментальный процесс квантовой механики, в ходе которого когерентное квантовое состояние, такое как суперпозиция, теряет свои свойства и "распадается" на классические состояния из-за взаимодействия с окружающей средой [[5,12,29]]. Для сохранения квантовых эффектов, например, в квантовых компьютерах, требуется создание экстремальных условий: сверхнизкие температуры (близкие к абсолютному нулю) и высокий вакуум, чтобы минимизировать взаимодействие с частицами окружающего мира [[5]]. Человеческий мозг, напротив, представляет собой среду, характеризующуюся высокой температурой (около 37°C), высокой влажностью и постоянным "шумом" в виде химических реакций и теплового движения молекул [[1,21]].
Именно этот контраст породил основную критику. Физик Макс Тегмарк из MIT в своей работе рассчитал, что в условиях тёплой, влажной и шумной среды мозга квантовые состояния в микротрубочках должны разрушаться за считанные фемтосекунды (10⁻¹⁵ секунд) [[3,19,21]]. Это время на порядки меньше времени, необходимого для проведения нейронных процессов, которые занимают миллисекунды, что делает невозможным любое значимое квантовое влияние на сознание [[3]]. Эта оценка стала своего рода "золотым стандартом" критики теории Orch-OR и других гипотез о квантовом сознании [[7]].
Тем не менее, сторонники квантовых моделей сознания не признают этот аргумент окончательным. Они указывают на несколько возможных механизмов защиты квантовых состояний от декогеренции в биологических системах, которые могли бы продлить их жизнь до макроскопического, нейробиологически значимого масштаба времени.
-
1. Структурная изоляция
-- Микротрубочки могут быть экранированы от окружающей среды мембранами или гелеподобной цитоплазмой, что снижает вероятность взаимодействия с водой и ионами.
[[3]]
2. Сверхбыстрая динамика
-- Исследования Джека Тушинского показали, что квантовые реакции в микротрубочках могут длиться наносекунды, что на три порядка дольше, чем предсказывалось Тегмарком.
[[1,34]]
3. Фрактальная структура
-- Микротрубочки имеют сложную, фрактальную структуру, которая может создавать условия для эффективного сохранения когерентности.
[[22,27]]
4. Когерентные колебания
-- Предполагается, что микротрубочки поддерживают когерентные гигагерцовые колебания, которые могут защищать квантовые состояния.
[[14]]
5. Миелин
-- Миелиновые оболочки могут усиливать инфракрасные фотоны, генерируемые нейронами, что способствует образованию запутанных фотонов и передаче сигнала между нейронами.
[[2,6,34]]
6. Антискрипты
-- Анестетики, нарушающие работу микротрубочек, могут служить "антискриптами", блокирующими квантовые процессы, что подтверждает их наличие.
[[3,16]]
-
Особый интерес представляет работа Джека Тушинского, который обнаружил, что квантовые реакции в микротрубочках могут продолжаться в течение нескольких наносекунд — в тысячи раз дольше, чем рассчитал Тегмарк [[34]]. Это нарушает прежнюю оценку и открывает возможность для квантовых событий влиять на нейронную динамику. Другие исследования также указывают на уникальные свойства миелина, который, по одной из гипотез, может создавать условия для квантовой запутанности между нейронами через генерацию запутанных фотонов [[2,6]]. Кроме того, эксперименты в Университете Центральной Флориды показали, что свет может проходить через микротрубочки без деградации, что также указывает на их устойчивость к внешнему воздействию [[1]]. Хотя эти механизмы пока остаются преимущественно теоретическими, они демонстрируют, что проблема декогеренции не является абсолютно непреодолимым препятствием для квантовых теорий сознания, а скорее вызовом, требующим дальнейших исследований.
От квантовых импульсов к глобальным мыслям: Механизмы амплификации
Если принять, что квантовые процессы в микротрубочках действительно существуют и способны оказывать влияние на нейронную активность, возникает следующий вопрос: как можно перейти от кратковременного и микроскопического события к глобальному и долговременному феномену, известному как сознательное решение? Как один квантовый флуктуация, длительность которой может составлять лишь доли миллисекунды, способна изменить ход наших мыслей и поведения? Научное сообщество предлагает несколько моделей, объясняющих этот переход, которые можно условно назвать механизмами амплификации.
Наиболее развитой из этих моделей является гипотеза амплификации хаотической динамики. Она предполагает, что мозг работает в режиме самоорганизованной критичности — состоянии на границе между полным порядком и беспорядочным хаосом [[23]]. В этом критическом состоянии даже очень малые флуктуации могут быть эффективно "усилены" до макроскопических уровней. Исследования показывают, что нейронные сети склонны к возникновению "нейронных лавин" — каскадов последовательной активации, подчиняющихся степенному закону распределения [[23]]. Это означает, что система чувствительна к малым возмущениям. Таким возмущением может стать квантовый туннелирование или другой квантовый эффект в одном из тысяч микротрубочек в нейроне. Эта флуктуация может вызвать небольшое отклонение в работе одного нейрона, которое затем распространится по сети, инициируя каскад активности, достаточный для того, чтобы нейрон достиг порога возбуждения и выпустил нейромедиатор [[23]]. В этой модели квантовый выбор не предопределяет исход полностью, но он становится решающим звеном в длинной цепи причинно-следственных событий, которая приводит к конкретному поведенческому ответу. Эта идея была развита в теории "свободного бита" Скотта Ааронсона, где квантовый шум усиливается до уровня, влияющего на поведенческий выбор [[23]].
Другой важный механизм — это синхронизация и рекуррентная обработка. Сознание часто ассоциируется с синхронизацией нейронной активности на различных частотах, особенно в гамма-диапазоне (30–100 Гц) [[17,34]]. Теория Эмерджентной Интеграции и Рекуррентного Отображения (ЭИРО) утверждает, что именно рекуррентные связи между нейронными сетями лежат в основе сознания [[10]]. Сознательная обработка информации — это не просто прохождение сигнала от первичных корковых отделов к ассоциативным, а многочисленные обратные проходы, позволяющие интегрировать информацию, создавать контекст и формировать целостный образ [[10]]. Если квантовый импульс в микротрубочке одного нейрона вызывает небольшое возбуждение, это возбуждение может быть гораздо более значимым, если оно происходит в тот момент, когда нейронная сеть находится в состоянии готовности к синхронизации. Квантовый импульс может действовать как "запуск" или "катализатор", который позволяет системе войти в состояние глобальной синхронизации и рекуррентной обработки, что и приводит к осознанию стимула или формированию решения [[10]].
Наконец, нельзя недооценивать роль нейропластичности и обучения. Авторская модель, описанная в одном из источников, рассматривает сознание как систему, где веса связей между различными "ветвями" (аналогичными когнитивным путям) обновляются на основе квантовых импульсов [[31]]. Импульс δ_i от определенной когнитивной ветви приводит к увеличению ее веса, если она совпадает по фазе с основным потоком сознания, что закрепляет данный паттерн мышления [[31]]. Этот процесс аналогичен принципу "fire together, wire together" (накаппаевский синаптический пластический закон). Таким образом, каждый квантовый акт, оказывающий влияние, может изменять структуру и функции нейронной сети, закрепляя определенные пути решения и делая их более вероятными в будущем. В этом смысле кратковременный квантовый эффект становится долгосрочным изменением в организации мозга, которое и определяет нашу личность и привычки.
Квантовая или эмерджентная природа?
Вопрос о том, являются ли квантовая природа сознания и его эмерджентное свойство взаимоисключающими, является центральным для понимания сложной природы этого феномена. Эмерджентность — это концепция, согласно которой из сложных взаимодействий множества простых компонентов возникают новые, качественно отличающиеся свойства, которых нет у самих компонентов [[8,9]]. Примерами служат термодинамика, возникающая из квантовой механики, или психология, являющаяся эмерджентным свойством нейробиологических процессов [[9]]. Сознание часто рассматривается как пример сильной эмерджентности — феномена, чье возникновение принципиально невозможно предсказать только на основе знания базовых физических законов [[8]].
Исходя из этого, можно было бы предположить, что гипотеза о квантовых основах сознания и эмерджентная теория являются конкурентами. Однако анализ предоставленных данных показывает, что они могут быть не просто совместимы, а глубоко взаимодополняющими. Можно предложить следующую модель, объединяющую обе концепции:
1. Квантовые законы как фундамент: Сознание начинается на самом фундаментальном уровне материи. Квантовые процессы, происходящие в микротрубочках, обеспечивают "первопричину" или "источник недетерминизма". Это место, где реальность не является жестко предопределенной классическими законами физики. Здесь возникают квантовые флуктуации, которые являются истинно случайными и непредсказуемыми [[23]]. В этой модели сознание не является просто побочным продуктом сложности, а имеет свою собственную, уникальную причинную мощь на уровне самой реальности [[11]].
2. Эмерджентность как организация: Квантовые флуктуации сами по себе не являются сознанием. Их необходимо "организовать" в осмысленный опыт. Этот процесс организации происходит на макроскопическом уровне нейронных сетей. Сложные рекуррентные связи, синаптическая пластичность, интеграция информации через таламо-кортикальные петли и синхронизация нейронных осцилляций работают как "оркестр", который управляет и направляет квантовые события [[10,17]]. Именно эта организация и составляет суть эмерджентного свойства сознания. Сознание — это не просто результат сложности, а сложность, организованная таким образом, чтобы порождать целостный, интегрированный и осмысленный опыт.
3. Симбиоз двух уровней: В этой объединенной модели квантовый уровень предоставляет сознанию свободу воли и творческий потенциал, позволяя ему выбирать из множества возможных будущих путей. Эмерджентный уровень обеспечивает этому выбору структуру, преемственность и контекст. Например, квантовый импульс может выбрать один из нескольких потенциальных путей решения проблемы. Затем эмерджентные процессы, такие как рекуррентная обработка, интегрируют этот выбор с предыдущим опытом, знаниями и целями, формируя окончательное сознательное решение. Таким образом, квантовые законы дают материал, а эмерджентная организация придает ему форму.
Таким образом, вместо того чтобы быть взаимоисключающими, квантовая теория и эмерджентная теория становятся двумя сторонами одной медали. Квантовая теория объясняет *источник* сознания — его непредсказуемость и творческую природу. Эмерджентная теория объясняет *структуру* сознания — его целостность, непрерывность и связь с личным опытом. Эта синергия позволяет объяснить, как сознание может быть одновременно фундаментальным свойством Вселенной (через квантовые законы) и сложным, адаптивным свойством человеческого мозга (через эмерджентные процессы).
Косвенные подтверждения и экспериментальные пути
Поскольку прямое наблюдение за квантовыми процессами внутри живых нейронов с помощью неинвазивных методов пока невозможно, научное сообщество ищет косвенные доказательства в пользу квантовых теорий сознания. Эти доказательства не подтверждают теорию в целом, но могут указывать на то, что биологические системы используют квантовые эффекты, и предоставляют направления для будущих исследований.
Одним из наиболее перспективных направлений является изучение действия анестетиков. Анестетики вызывают потерю сознания, и многие из них, по данным исследований, воздействуют на микротрубочки. Например, препараты, стабилизирующие микротрубочки (например, эпотилон B), замедляют наступление бессознательного состояния под действием анестетика изофлурана [[16]]. Контрольные крысы, получавшие стабилизаторы, дольше сохраняли сознание, чем контрольная группа [[1]]. Сторонники Orch-OR интерпретируют эти результаты как прямое доказательство того, что анестетики нарушают работу микротрубочек, в частности их квантовые оптические эффекты, что и приводит к потере сознания [[16]]. Хотя другие гипотезы также пытаются объяснить действие анестетиков через взаимодействие с микротрубочками, их специфическое предсказание о нарушении квантовых процессов делает эту область ключевой для проверки теории.
Другим важным источником данных является квантовая биология. Несмотря на то, что прямых доказательств квантовых эффектов в нейрональной активности все еще не существует [[6]], исследования в других областях биологии показали, что живые системы способны использовать квантовые явления в "шумных" условиях. Яркими примерами являются фотосинтез, где энергия света передается с почти 100% эффективностью благодаря квантовой когерентности, и навигация птиц, основанная на квантовой запутанности в глазах [[3]]. Эти открытия демонстрируют, что естественная эволюция нашла пути для использования квантовых свойств, что делает менее фантастической саму идею о квантовых процессах в мозге.
Исследователи также обращаются к уже существующим технологиям для поиска косвенных свидетельств. Например, были предложены гипотезы о том, что квантовые эффекты могут лежать в основе некоторых аспектов человеческого мышления. Китайские ученые показали, что логические ошибки в мышлении людей могут быть описаны формулами квантовой теории вероятностей [[13]]. Это не доказывает, что мозг — это квантовый компьютер, но указывает на сходство в стратегиях принятия решений, которые могут быть объяснены как в рамках классической, так и в рамках квантовой вероятностной модели. Кроме того, в рамках Расширенной концепции Эверетта (РКЭ) Менского предполагается, что сознание связано с разделением альтернативных ветвей мировой волновой функции, что, по его мнению, объясняет стрелу времени и свободу воли [[28]].
Будущие экспериментальные проверки теорий сознания будут зависеть от развития новых технологий. Проект QuBrain направлен на поиск квантовой когерентности в мозге [[3]]. Разрабатываются методы высокоразрешающей спектроскопии, которые позволят исследовать квантовые состояния в микротрубочках [[3]]. Также ведутся работы по поиску "мозговых кубитов" — биохимических кубитов, состоящих из ядер фосфора в мозге, которые могут хранить квантовую информацию [[24,32]]. Хотя эти проекты находятся на ранних стадиях, они представляют собой первый шаг к эмпирической проверке гипотез, которые долгое время оставались в области философских дебатов. Таким образом, хотя окончательные доказательства еще впереди, текущая научная работа уже предоставляет ряд косвенных, но убедительных указаний в пользу возможности квантовой природы сознания.
Перспективы: Будущее исследования природы сознания
Подводя итог, можно заключить, что гипотеза о квантовой природе сознания, воплощенная в теории Orch-OR, представляет собой смелую и многогранную попытку ответить на один из величайших вопросов науки. Несмотря на серьезные возражения, в первую очередь связанные с проблемой декогеренции в теплом и шумном мозге, эта теория активно развивается и получает подкрепление из новых областей знаний. Анализ показывает, что ключевая дилемма — "краткосрочный квантовый импульс vs. глобальное влияние на мысли" — может быть разрешена через комплексный подход, сочетающий несколько механизмов амплификации. Вместо того чтобы рассматривать квантовые и эмерджентные подходы как взаимоисключающие, они представляются как два взаимодополняющих уровня организации, где квантовые законы обеспечивают источник недетерминизма и творчества, а эмерджентные процессы в нейронных сетях создают из этого потока целостный и осмысленный опыт.
Перспективы данной области исследований кажутся многообещающими. Во-первых, продолжающиеся исследования в квантовой биологии, показывающие использование квантовых эффектов в таких сложных системах, как фотосинтетические комплексы, подрывают аргумент о невозможности квантовых явлений в биологии [[3]]. Во-вторых, разработка новых экспериментальных методов, таких как высокоразрешающая спектроскопия и проекты типа QuBrain, позволит в ближайшем будущем получить прямые или косвенные данные о квантовых процессах в мозге [[3,24]]. В-третьих, развитие теоретических моделей, таких как теория конструктора информации Дэвида Дойча и Чиары Марлетто, может предоставить новый математический аппарат для описания сознания как информационного явления, основанного на возможностях физических преобразований [[13]].
В заключение, хотя теория Orch-OR и остается спорной, она стимулирует глубокий пересмотр существующих представлений о сознании. Она предлагает перейти от упрощенной метафоры "мозг — это компьютер" к более сложной и точной аналогии "мозг — это квантовый компьютер", организованный в сложную эмерджентную сеть. Эта модель не только пытается решить проблему произвольности и субъективности сознания, но и предлагает конкретные, хоть и труднопроверяемые, пути для будущих исследований. Будущее изучения сознания, вероятно, будет определяться именно способностью объединить фундаментальные законы физики, сложные принципы организации биологических систем и богатый внутренний мир человеческого опыта в единую, непротиворечивую картину.
