Kunnen Kwantumbreineffecten Bewustzijn Verklaren?

{h1}

Een controversiële theorie suggereert dat het brein werkt als een kwantumcomputer, maar tot nu toe ontbreekt het aan bewijzen.

Bijgewerkt op maandag 1 juli om 21:25 uur ET.

NEW YORK - Het idee dat bewustzijn voortkomt uit kwantummechanische verschijnselen in de hersenen is intrigerend, maar het ontbreekt aan bewijzen, zeggen wetenschappers.

Natuurkundige Roger Penrose van de Universiteit van Oxford en anesthesist Stuart Hameroff van de Universiteit van Arizona stellen voor dat het brein werkt als een kwantumcomputer - een computermachine die gebruikmaakt van quantummechanische verschijnselen (zoals het vermogen van deeltjes om in twee plaatsen tegelijk) om complexe berekeningen uit te voeren. In de hersenen konden vezels in neuronen de basiseenheden van kwantumberekening vormen, verklaarden Penrose en Hameroff op het Global Future 2045 International Congress, een futuristische conferentie die hier van 15-16 juni wordt gehouden.

Het idee is aantrekkelijk, omdat de neurowetenschap tot nu toe geen bevredigende verklaring voor het bewustzijn heeft - de staat van zelfbewustzijn en zintuiglijke ervaringen en gedachten hebben. Maar veel wetenschappers zijn sceptisch en citeren een gebrek aan experimenteel bewijs voor het idee. [Consciousness to Sleep: Top 10 Mysteries of the Mind]

Het Orch OR-model

Penrose en Hameroff ontwikkelden hun ideeën onafhankelijk, maar werkten aan het begin van de jaren negentig samen om het Orchestrated Objective Reduction (Orch OR) -model te ontwikkelen.

Penrose's werk berust op een interpretatie van de onvolledigheidsstelling van wiskundige Kurt Godel, waarin staat dat bepaalde resultaten niet kunnen worden bewezen door een computeralgoritme. Penrose betoogt dat menselijke wiskundigen in staat zijn om zogenaamde "Godel-onbewijsbare" resultaten te bewijzen, en daarom kunnen menselijke hersenen niet als typische computers worden beschreven. In plaats daarvan, zegt hij, om deze hogere vermogens te bereiken, moeten hersenprocessen vertrouwen op de kwantummechanica.

Maar de theorie van Penrose legde niet uit hoe deze quantum computing plaatsvond in de hersenen, alleen dat het fenomeen nodig zou zijn om bepaalde wiskundige vergelijkingen op te lossen. Hameroff las het werk van Penrose en suggereerde dat kleine fibreuze structuren die cellen hun structurele ondersteuning geven - bekend als microtubules - in staat zouden kunnen zijn om kwantumberekeningen uit te voeren.

Microtubules zijn opgebouwd uit eenheden van het eiwit tubuline, die gebieden bevatten waar elektronen heel dicht rond elkaar ronddraaien. Hameroff stelde voor dat deze elektronen "quantumverstrengeld" zouden kunnen worden, een toestand waarin twee deeltjes een verbinding behouden, en een actie die op de ene wordt uitgevoerd beïnvloedt de andere, zelfs wanneer de twee op afstand van elkaar zijn gescheiden.

In het Orch OR-model worden de wiskundige kansen die de kwantumtoestanden van deze verstrengelde elektronen in microtubuli beschrijven onstabiel in de ruimte-tijd. Deze wiskundige kansen worden golffuncties genoemd en in dit scenario vallen ze in elkaar en bewegen ze van een staat van waarschijnlijkheid naar een specifieke werkelijkheid. In deze toestand zouden de microtubules in één neuron kunnen worden gekoppeld aan die in andere neuronen via elektrische verbindingen die bekend zijn als spleetovergangen. Deze knooppunten zouden het mogelijk maken dat de elektronen naar andere gebieden van de hersenen "tunnelen", resulterend in golven van neurale activiteit die als bewuste ervaring worden waargenomen.

"Penrose had een mechanisme voor bewustzijn en ik had een structuur", vertelde Hameroff WordsSideKick.com.

Problemen met het model

Interessant als het klinkt, het Orch OR-model is niet experimenteel getest en veel wetenschappers verwerpen het.

Kwantumcomputers - computers die profiteren van kwantummechanische effecten om extreem snelle berekeningen te maken - zijn theoretisch, maar er is er maar één (gebouwd door het bedrijf D-Wave) die commercieel verkrijgbaar is en waarover gediscussieerd wordt of het een echte kwantumcomputer is. Zulke computers zouden extreem gevoelig zijn voor verstoringen in een systeem, die wetenschappers 'ruis' noemen. Om ruis tot een minimum te beperken, is het belangrijk om het systeem te isoleren en het erg koud te houden (omdat warmte ervoor zorgt dat deeltjes sneller gaan kloppen en geluid produceren).

Het bouwen van kwantumcomputers is een uitdaging, zelfs onder zorgvuldig gecontroleerde omstandigheden. "Dit schildert een desolaat beeld voor kwantumberekeningen in de natte en warme hersenen", schreef Christof Koch en Klaus Hepp van de universiteit van Zürich, Zwitserland, in een essay dat in 2006 in het tijdschrift Nature werd gepubliceerd.

Een ander probleem met het model heeft te maken met de tijdsschema's die betrokken zijn bij de kwantumberekening. MIT fysicus Max Tegmark heeft berekeningen van kwantumeffecten in de hersenen gedaan, waarbij hij ontdekte dat kwantumtoestanden in de hersenen veel te kort duren om tot zinvolle hersenverwerking te leiden. Tegmark noemde het Orch OR-model vaag, en zei dat de enige cijfers die hij heeft gezien voor meer concrete modellen, ver weg zijn.

"Veel mensen lijken te voelen dat bewustzijn een mysterie is en kwantummechanica is een mysterie, dus ze moeten met elkaar in verband staan," vertelde Tegmark WordsSideKick.com.

Het Orch OR-model trekt ook kritiek van neurowetenschappers. Het model stelt dat kwantumfluctuaties in microtubuli bewustzijn produceren. Maar microtubuli worden ook gevonden in plantencellen, zei theoretisch neurowetenschapper Bernard Baars, CEO van de non-profit Society for Mind-Brain Sciences in Falls Church, VA., Die eraan toevoegde: "planten, naar ons beste weten, zijn niet bewust."

Deze kritiek sluit kwantumbewustzijn in principe niet uit, maar zonder experimenteel bewijs blijven veel wetenschappers niet overtuigd.

"Als iemand met slechts één experiment komt," om kwantumbewustzijn te demonstreren, zei Baars: "Ik zal al mijn scepticisme laten varen."

Opmerking van de uitgever: Dit artikel is bijgewerkt op 27 juni 2013 om de verklaring te wijzigen dat "geen quantumcomputers... zijn gerealiseerd." Het bedrijf D-Wave beweert er een te hebben gemaakt, hoewel sommigen zich afvroegen of het echt werkt als een kwantumcomputer.

Addendum: (1 juli 2013)

In reactie op de kritiek op het Orch OR-model geciteerd in dit artikel biedt Stuart Hameroff verschillende bewijsstukken. Als reactie op het bezwaar dat het brein te warm is voor kwantumberekeningen, citeert Hameroff in 2013 een onderzoek onder leiding van Anirban Bandyopadhyay van het National Institute of Material Sciences (NIMS) in Tsukuba, Japan, waaruit bleek dat "microtubuli in wezen quantumgeleidend worden wanneer ze worden gestimuleerd. bij specifieke resonantiefrequenties, "zei Hameroff.

In antwoord op de kritiek dat microtubules ook in (onbewuste) plantencellen voorkomen, zei Hameroff dat planten slechts een klein aantal microtubuli hebben, waarschijnlijk te weinig om de drempel te bereiken die nodig is voor het bewustzijn. Maar hij merkte ook op dat Gregory Engel van de Universiteit van Chicago en collega's kwantumeffecten hebben waargenomen in fotosynthese van planten. "Als een tomaat of koolraap kwantumcoherentie bij warme temperaturen kan gebruiken, waarom kunnen onze hersenen dan niet?" Hameroff zei.

In antwoord op algemene bezwaren tegen een gebrek aan bewijs voor zijn theorie citeerde Hameroff in 2013 een studie onder leiding van Rod Eckenhoff aan de Universiteit van Pennsylvania, die suggereert dat anesthetica - die alleen bewuste hersenactiviteit stoppen - werken via microtubules.

Deze studies geven enige steun aan het Orch OR-model. Maar zoals met alle wetenschappelijke hypotheses, moet het model significant bewijsmateriaal verzamelen om een ​​brede acceptatie binnen de wetenschappelijke gemeenschap te verkrijgen.

Volgen Tanya Lewis op tjilpen en Google+. Volg ons @wordssidekick, Facebook & Google+. Origineel artikel op WordsSideKick.com.


Video Supplement: .




WordsSideKick.com
Alle Rechten Voorbehouden!
Reproductie Van Materialen Toegestaan Alleen Prostanovkoy Actieve Link Naar De Site WordsSideKick.com

© 2005–2019 WordsSideKick.com