Недавний новаторский эксперимент, в ходе которого крысам вводили анестезию, убедил ученых в том, что крошечные структуры в мозге грызунов отвечают за восприятие сознания. Чтобы осуществить задуманное, эти микроскопические полые трубчатые структуры, называемые “микротрубочками”, не основаны на наших привычных представлениях о классической физике. Вместо этого, как полагают эксперты, микротрубочки выполняют невероятные операции в квантовой области. Ссылаясь на работы более ранних исследователей, авторы исследования делают вывод, что такие же квантовые операции, вероятно, происходят и в человеческом мозге.
Во время своих экспериментов на мозге крыс ученые из колледжа Уэллсли в Массачусетсе давали грызунам изофлуран - тип ингаляционного общего анестетика, который используется для приведения в бессознательное состояние во время медицинских процедур. Одна группа крыс, получавших наркотики, также получала препараты, стабилизирующие микротрубочки, в то время как другая - нет. Исследователи обнаружили, что молекулы, стабилизирующие микротрубочки, сохраняли сознание у крыс дольше, чем у нестабилизированных крыс, которые быстрее теряли “рефлекс выпрямления” или способность восстанавливать нормальную осанку, согласно их результатам, опубликованным в рецензируемом журнале eNeuro в августе 2024 года.
Исследование Уэлсли имеет большое значение, поскольку физический источник сознания оставался загадкой на протяжении десятилетий. Это важный шаг к проверке теории о том, что наш мозг выполняет квантовые операции и что эта способность порождает наше сознание — идея, которая набирала обороты в течение последних трех десятилетий.
Представление о том, что квантовая физика должна лежать в основе сознания, впервые появилось в 1990-х годах, когда лауреат Нобелевской премии физик Роджер Пенроуз, доктор философии, и анестезиолог Стюарт Хамерофф, доктор медицины, популяризировали идею о том, что нейронные микротрубочки запускают квантовые процессы в нашем мозге, приводя к возникновению сознания. В частности, в статье 1996 года они постулировали, что сознание может действовать как квантовая волна, проходящая по микротрубочкам мозга. Это известно как Orch, ИЛИ теория, относящаяся к способности микротрубочек выполнять квантовые вычисления посредством математического процесса, который Пенроуз называет “объективной редукцией”.
В квантовой физике частица не существует в том виде, в каком ее видит классическая физика, с определенным физическим местоположением. Вместо этого она существует как облако вероятностей. Если частица вступает в контакт с окружающей средой, например, при наблюдении с помощью измерительного прибора, то она теряет свою “суперпозицию” из множества состояний. Она переходит в определенное, поддающееся измерению состояние, в котором ее наблюдали. Пенроуз выдвинул гипотезу, что “каждый раз, когда квантовая волновая функция в мозге коллапсирует подобным образом, это приводит к возникновению момента осознанного переживания”.
Если эта квантовая теория сознания, связанная с микротрубочками, окажется верной, она может революционизировать наше понимание сознания и даже укрепить новаторскую теорию о том, что на квантовом уровне сознание способно находиться во всех местах одновременно. Другими словами, он может существовать везде одновременно, предполагая, что ваше собственное сознание может гипотетически соединяться с квантовыми частицами за пределами вашего мозга, возможно, переплетаясь с сознанием по всей Вселенной.
Многие ученые пренебрегают этой теорией, потому что квантовые эффекты были получены только в лабораторных условиях при очень низких температурах. Например, в настоящее время наша технология включает квантовые компьютеры, но их работа зависит от температур, близких к абсолютному нулю (около -273 градусов по Цельсию), чтобы поддерживать их квантовые состояния. Согласно исследованию, проведенному в 2022 году, температура мозга значительно превышает эти пределы и составляет около 32-40 градусов по Цельсию (около 90-104 градусов по Фаренгейту) в самых глубоких отделах мозга. Тем не менее, за прошедшие годы ученые собрали многообещающий набор данных, указывающих на то, что определенные операции на квантовом уровне у животных и растений действительно могут отвечать за жизненные функции.
Например, ученые предполагают, что растения, которые живут при температурах, намного превышающих абсолютный ноль, вероятно, используют квантовые процессы для эффективного преобразования света в энергию. Во-первых, растения преобразуют фотоны, или легкие частицы, в форму вещества, называемую экситонами, и доставляют их в хлоропласты растения, чтобы начать фотосинтез. Во время этого путешествия экситоны должны перемещаться по другим внутренним структурам растения — достаточно быстро, чтобы сохранить свою энергию на всем пути к месту назначения. Ученые предполагают, что растения должны использовать квантовое свойство суперпозиции, чтобы пробовать все возможные пути одновременно. Таким образом, экситоны могут доставляться к месту назначения наиболее эффективным из возможных способов.
Аналогичным образом, возможно, имеет смысл, чтобы миллиарды нейронов, активирующихся одновременно в мозге, работали в соответствии со свойством квантовой запутанности “действовать на расстоянии” — возможностью соединения двух частиц, которые находятся очень далеко друг от друга. Ученые уже наблюдали это явление в атомных частицах ранее. Когда они изучали одну частицу, другая, очень удаленная от них, также меняла свои свойства, хотя эти две частицы, по-видимому, никак не были связаны. Исследование, опубликованное в августе 2024 года в журнале Physics Review E, предполагает, что жировой материал под названием миелин, который покрывает аксоны клеток мозга, обеспечивает идеальную среду для такого переплетения. Поскольку мозг, по-видимому, способен выполнять квантовые операции, облегчающие наши мысли, некоторые ученые предполагают, что этот процесс порождает наше сознание.
Два предыдущих знаковых исследования также подтверждают квантовую точку зрения на сознание. Оба эксперимента включали в себя проникновение частиц света в микротрубочки и наблюдение за тем, что сигнал не ухудшался. Фактически, согласно этим исследованиям, эксперименты продемонстрировали, что квантовые состояния в передаче сигналов по микротрубочкам могут существовать и, вероятно, действительно существуют.
В одном из исследований, проведенном физиком и профессором онкологии Джеком Тушински, доктором философии, ультрафиолетовые фотоны использовались для создания квантовых реакций продолжительностью до пяти наносекунд. Эта квантовая когерентность в микротрубочках длилась в тысячи раз дольше, чем ожидали исследователи. Аналогичным образом, в Университете Центральной Флориды исследователи направили видимый свет на один конец микротрубочек и измерили, сколько времени требуется микротрубочкам, чтобы испустить этот свет. Они наблюдали повторное излучение этого света в течение сотен миллисекунд или секунд — более чем достаточного времени для того, чтобы мозг выполнил все свои функции.
Это наблюдение дает конкретные доказательства того, что нейроны способны работать на скоростях, позволяющих выполнять квантовые операции. Это еще на шаг приближает нас к пониманию того, как именно наш мозг — и, возможно, само наше сознание — связаны с квантовой вселенной.
Разум “как квантовое явление” будет “формировать наше мышление по широкому спектру взаимосвязанных вопросов, таких как, находятся ли в сознании пациенты в коме или животные, не являющиеся людьми”, - говорит нейробиолог и профессор колледжа Уэллсли Майк Вист, доктор философии, в пресс-релизе о недавнем исследовании его команды по анестезии. В дополнение к тому, что новая работа помогает нам лучше понять, как лечить проблемы, связанные со здоровьем мозга, он говорит: “...мы вступаем в новую эру в нашем понимании того, кто мы есть”.
Автор: Манаси Ваг, до прихода в Popular Mechanics работала газетным репортером, научным журналистом, техническим обозревателем и компьютерным инженером. Она всегда ищет способы совместить три величайшие радости в своей жизни: науку, путешествия и еду.
