Umysł ze splatania. Koncepcja kwantowej natury świadomości, choć wykluczana przez wielu, nie chce odejść
Od dawna podejrzewano, że świadomość, nasze subiektywne doświadczenie świata, wynika ze skomplikowanych interakcji w naszym mózgu (1). Jednak zrozumienie dokładnej natury świadomości pozostaje wciąż poza zasięgiem. Walczą ze sobą liczne teorie, ale żadna nie zyskała statusu dominującego.
Splątanie w mechanice kwantowej występuje, gdy dwie lub więcej cząstek zostaje skorelowanych i dzieli wzajemnie zależny stan, niezależnie od odległości między nimi. Sugestia, że splątanie kwantowe może zachodzić w naszych mózgach i mieć coś wspólnego ze świadomością, daje interesującą perspektywę. Wyobrażenie sobie, że niezliczone połączenia neuronowe w naszym mózgu, działające zgodnie na zasadzie splątania, prowadzą do pojawienia się świadomości, odwołuje się nie tylko do tajemnic umysłu, ale naszych powiązań z szerzej rozumianą rzeczywistością, nawet całym Wszechświatem.
Od dawna twierdzi się, że ludzki mózg jest podobny do komputera. Porównanie neuronów i tranzystorów jest wygodną metaforą (i nie jest całkowicie nie na miejscu). Jednak mózg jest nieporównywalnie bardziej wydajny, jego energia jest odnawialna i jest zdolny do obliczeń, których nawet najbardziej zaawansowany komputer nie jest w stanie wykonać. Pod wieloma względami wewnętrzne funkcjonowanie ludzkiego mózgu wykracza poza znane nam techniki obliczeniowe. Laptopy działają w oparciu o fizykę klasyczną. Znamy już jednak inny rodzaj komputera, kwantowy… (2).
Fot. stock.adobe.com
Eksperymenty sugerują mechanikę kwantową w mózgu, ale…
Pomysł, że ludzki mózg ma właściwości kwantowe, nie jest nowy. Brytyjski fizyk Roger Penrose i amerykański anestezjolog Stuart Hameroff po raz pierwszy zasugerowali tę kontrowersyjną koncepcję w latach 90., proponując modele „zorkiestrowanej obiektywnej redukcji” świadomości. Od tego czasu wiele dowodów co najmniej sugerowało, że chociaż mózg może nie być pełnoprawnym komputerem kwantowym, niektóre zjawiska kwantowe mogą w rzeczywistości pomóc w generowaniu świadomości.
Kwestia kwantowej natury świadomości budzi ogromne kontrowersje, jednak publikowane w sierpniu 2024 r. wyniki nowych badań dostarczyły kolejnych poszlak na to, że świadomość może mieć takie podłoże. Badania wykazały, że leki wpływające na mikrotubule w neuronach opóźniają początek utraty przytomności spowodowanej gazami znieczulającymi u szczurów, dostarczając silnego wsparcia dla kwantowego modelu świadomości. Interferencja leku wiążącego się z mikrotubulami z efektami znieczulenia sugeruje, że mikrotubule odgrywają kluczową rolę w powstawaniu świadomości. O ile oczywiście świadomość ma konieczny związek z przytomnością. „Jeśli świadomość zostanie ostatecznie zaakceptowana jako zjawisko kwantowe, zrewolucjonizuje to nasze rozumienie tego, co to znaczy być świadomym”, mówi Mike Wiest z Wellesley College, gdzie przeprowadzono opisane wyżej badania.
Inne badanie przeprowadzone na uniwersytecie w Szanghaju wykorzystało modele matematyczne do wysunięcia przypuszczenia, że niektóre struktury tłuszczowe (które osłaniają akson komórki nerwowej) mogą potencjalnie wytwarzać kwantowo splątane pary dwufotonowe, potencjalnie asystując w synchronizacji między neuronami. To kolejny sygnał możliwości generowania świadomości. Jeśli zostanie to potwierdzone obserwacjami i eksperymentami, to zjawisko to mogłoby teoretycznie wyjaśnić, w jaki sposób miliony komórek w mózgu synchronizują swoją aktywność, aby zapewnić jego funkcjonowanie. Badanie opisane w czasopiśmie „Physics Review E” sugeruje, że materiał tłuszczowy, zwany mieliną, który otacza akson komórki nerwowej, włókno, które przekazuje impulsy elektryczne do innych nerwów lub tkanek ciała, zapewnia środowisko, w którym możliwe jest splątanie fotonów. Mogłoby to potencjalnie wyjaśnić rozwój poznania, a zwłaszcza synchronizacji, która jest niezbędna do przetwarzania informacji i szybkiego reagowania. „Świadomość w mózgu opiera się na zsynchronizowanej aktywności milionów neuronów, ale mechanizm odpowiedzialny za organizowanie takiej synchronizacji pozostaje nieuchwytny”, czytamy w artykule. „Kiedy mózg jest aktywny, miliony neuronów uruchamiają się jednocześnie”, powiedział „New Scientist” współautor badania, Yong-Cong Chen. „Gdyby ewolucja szukała poręcznego mechanizmu koordynacji przez działanie na odległość, splątanie kwantowe byłoby idealnym kandydatem do tej roli”.
Inne badania przeprowadzone przez Trinity College w Dublinie (Irlandia) i opublikowane w czerwcu 2024 r. podważają przekonanie o podłożu klasycznym funkcjonowania mózgu. By badać głębię grawitacji kwantowej, naukowcy z Trinity College opracowali pomysłową technikę. Wykorzystując moc wysokoenergetycznych zderzeń cząstek i zaawansowany sprzęt pomiarowy, starali się wykryć potencjalne kwantowe efekty grawitacyjne na poziomie makroskopowym. „Zaadaptowaliśmy pomysł, opracowany na potrzeby eksperymentów mających na celu udowodnienie istnienia grawitacji kwantowej, zgodnie z którym bierzemy znane układy kwantowe, które oddziałują z nieznanym układem. Jeśli znane układy splatają się, to nieznany również musi być układem kwantowym”, powiedział Christian Kerskens, współautor badania i główny fizyk w Trinity College Institute of Neuroscience. „W naszych eksperymentach wykorzystaliśmy spiny protonowe «wody mózgowej» jako znanego systemu. Woda mózgowa” gromadzi się naturalnie jako płyn w naszych mózgach, a spiny protonów można zmierzyć za pomocą rezonansu magnetycznego (MRI). Następnie, wykorzystując specyficzny projekt MRI do poszukiwania splątanych spinów, znaleźliśmy sygnały MRI, które przypominają potencjały wywołane biciem serca, formę sygnałów EEG. EEG mierzy elektryczne prądy mózgowe”. Naukowcy z Trinity College w Dublinie sugerują, że określone procesy neuronalne generują wysoce splątane stany w naszym mózgu, torując drogę do świadomych doświadczeń.
Systemy bez świadomości zachowują się jak świadome
Sceptyczni wobec hipotezy kwantowej natury świadomości naukowcy od dawna argumentowali, że mózg jest zbyt ciepłym, wilgotnym i nieuporządkowanym środowiskiem, aby mogło tam zachodzić i mieć trwalszy charakter zjawisko splatania. Podkreślają ponadto, że wykrycie tego zjawiska w mózgu byłoby niezwykle trudnym zadaniem.
We wrześniu 2023 r. setka badaczy zagadnienia świadomości podpisało publiczny list potępiający jedną z najpopularniejszych teorii świadomości, zintegrowaną teorię informacji, jako pseudonaukę. To z kolei wywołało silne reakcje ze strony badaczy w tej dziedzinie. Pomimo dziesięcioleci badań, niewiele jest oznak konsensusu w sprawie świadomości. Spór toczy się zresztą nie tylko pomiędzy zwolennikami teorii informacji (od której tylko krok do kwantowego świata) a klasycznymi neurologami i psychologami. Pomiędzy klasycznymi teoriami też jest mnóstwo sprzeczności i niewyjaśnionych kwestii.
Ludzka świadomość jest jedną z największych tajemnic nauki. Wiele teorii zastanawia się nad jej istnieniem, a kilka nawet zastanawia się, czy to niewysłowione poznanie może być wynikiem procesów kwantowych wykraczających poza nasze obecne zrozumienie. Technologie takie jak funkcjonalny rezonans magnetyczny (fMRI) i elektroencefalografia (EEG) dają naukowcom bezprecedensowy wgląd w to, jak wiązka neuronów i tłuszczu między naszymi uszami reaguje na bodźce zewnętrzne. Niedawno wieloletnie badanie analizujące pacjentów w niereagującym, „wegetatywnym” stanie wykazało, że prawie jedna czwarta tych pacjentów dawała dowody świadomości podczas badania za pomocą fMRI i EEG. Podkreśla to znaczenie niedostatecznie zbadanego zaburzenia znanego jako „dysocjacja poznawczo-motoryczna”, zjawiska, w którym pacjenci mogą nie reagować na zewnętrzne formy testów poznawczych, ale wykazują oznaki świadomości, gdy są proszeni o wyobrażenie sobie pewnych zadań. Wyniki zostały opublikowane w „The New England Journal of Medicine”. „Niektórzy pacjenci z poważnymi urazami mózgu wydają się nie przetwarzać swojego świata zewnętrznego”, powiedziała w oświadczeniu prasowym Yelena Bodien z Massachusetts General Hospital, główna autorka badania. „Jednakże gdy są one oceniane za pomocą zaawansowanych technik, takich jak fMRI i EEG, możemy wykryć aktywność mózgu, która sugeruje inaczej”.
Chociaż świadomości nie można bezpośrednio zaobserwować, jeśli mamy do czynienia z inną istotą ludzką, można zapytać ją, co czuje, lub poszukać zewnętrznych oznak świadomości. A jeśli w tym samym czasie zeskanujemy jej mózg, można spróbować dopasować dającą się obserwować aktywność mózgu do enigmatycznej świadomości, której jednak nie da się bezpośrednio obserwować. Problem polega także na tym, że nieuchronnie istnieje wiele sposobów interpretacji danych obserwacyjnych. Prowadzi to do skrajnie różnych teorii na temat tego, gdzie w mózgu znajduje się świadomość.
Większość badaczy świadomości wyznaje redukcjonistyczny pogląd na Wszechświat, w którym rządzi fizyka. Ostatnio pojawiły się pewne wyzwania dla tego redukcjonistycznego paradygmatu. Neurobiolog Kevin Mitchell argumentował, że wolna wola świadomych organizmów odgrywa rolę w określaniu tego, co wydarzy się w mózgu, ponad to, co jest ustalone przez prawa fizyki. Z kolei teoria montażu opracowana przez chemika Lee Cronina i fizyczkę Sarę Walker zdecydowanie odrzuca redukcję do równań, argumentując za rodzajem pamięci tkwiącej w naturze, która kieruje budową złożonych cząsteczek.
Szybki postęp w dziedzinie sztucznej inteligencji i robotyki sprawił, że stało się jasne, iż niezwykle złożone zachowanie może istnieć w systemie, który jest całkowicie pozbawiony świadomego doświadczenia. Znane są algorytmy ewolucyjne dla systemów nieożywionych. Dobór naturalny może skonstruować w nich mechanizmy przetrwania, złożone roboty zdolne do śledzenia cech swojego środowiska i inicjowania reakcji behawioralnych sprzyjających przetrwaniu, bez posiadania jakiegokolwiek „życia wewnętrznego”. Dla każdego zachowania adaptacyjnego związanego ze świadomością może istnieć nieświadomy mechanizm, który wywołuje to samo zachowanie. Biorąc to wszystko pod uwagę, pozostaje głęboką tajemnicą, czym w takim razie świadomość jest i dlaczego w ogóle wyewoluowała, skoro nie jest potrzebna do skutecznego działania złożonego systemu.
Czy nie zauważylibyśmy już, gdyby w mózgu zachodziły procesy, które nie redukowałyby się do podstawowej chemii i fizyki? Niestety. Prawda jest taka, że wiemy bardzo niewiele o tym, jak działa mózg. Wiemy dużo o podstawowej chemii, która w nim zachodzi – jak „odpalają się” neurony (3), jak przekazywane są sygnały chemiczne. Wiemy też sporo o dużych funkcjach różnych obszarów mózgu. Ale prawie nic nie wiemy o tym, jak są realizowane na poziomie komórkowym.
Fot. stock.adobe.com
Mirosław Usidus
