Квантовая природа человеческого сознания нуждается в экспериментальном подтверждении

Физик Роджер Пенроуз (Roger Penrose) из Оксфордского университета (Великобритания) и анестезиолог Стюарт Хамерофф (Stuart Hameroff) из Аризонского университета (США) довольно давно представили теорию о том, что наше сознание суть квантовый компьютер. Только не те экспериментальные установки, которые иногда помогают в решении отдельных Google-задач, а полноценные «сильные» версии квантовых компьютеров, о создании которых человечество пока лишь мечтает:

Если верить названным учёным, в нашем мозгу используется несколько полезнейших особенностей квантовомеханических процессов - к примеру, способность одной частицы находиться сразу в двух местах.

В середине июня г-да Пенроуз и Хамерофф в очередной раз выступали с подобными идеями - на сей раз на международном конгрессе «Глобальное будущее-2045», который проходил в Нью-Йорке (США).

Рис. 1. Теория Пенрозуа однозначна: наше сознание - продукт деятельности квантового компьютера, которым с рождения оснащён каждый человек. Однако D-Wave вроде бы не спешит раздавать свои акции безработным на улицах… Может быть, физик всё-таки неправ? (Илл. Shutterstock).

Один из основных их аргументов выглядит относительно убедительно. Широко известная теорема Гёделя о неполноте ясно показывает: формальная арифметика принципиально ограничена. Более того, ограничена всякая формальная система, в которой можно определить натуральные числа, 0, 1 и пр. базисные понятия того же ряда. Первая теорема Гёделя делает вывод: если формальная арифметика непротиворечива, то в ней существует невыводимая и неопровержимая формула , а вторая постулирует следующее: если формальная арифметика непротиворечива, то в ней невыводима некоторая формула, содержательно утверждающая непротиворечивость этой арифметики . Из этого вытекают важные последствия для расчётов, выполняемых с помощью обычных компьютеров и базирующихся на тех же понятиях, что и формальная арифметика. Однако, замечает г-н Пенроуз, на практике человеческие математики способны доказывать то, что, согласно теореме Гёделя, не должны решать системы компьютерного вида.

Вывод физика прост: это прямо указывает на построение человеческого мозга на принципах, далеко отстоящих от тех, что используются в компьютерах . И поскольку нам неизвестны другие принципы вычислений, кроме классических - заложенных в обычные ЭВМ, и квантовых - предположительно, заложенных в квантовые компьютеры D-Wave, то напрашивается такая мысль: наш мозг основывает свои расчёты на квантовой механике .

Что в этой теории хорошего?

Главное её преимущество в том, что ни один специалист по человеческому мозгу пока не предложил ни одного удовлетворительного объяснения сознания - состояния, при котором субъект сознает себя и способен мыслить.

Очевидно, идея г-на Пенроуза на этом скудном теоретическом фоне кажется по крайней мере теорией, достойной рассмотрения.

И тут мы подходим к тому, чем эта концепция плоха. В самом деле, почему это направление мысли считают маргинальным, хотя сам Роджер Пенроуз, без сомнения, физик выдающийся? Всё просто: он не объясняет, не будучи «специалистом по мозгу», какие конкретно механизмы отвечают за квантовые вычисления в реальном мозгу человека. Стюарт Хамеррофф после ознакомления с теорией предположил, что возможность мозговых квантовых вычислений могут обеспечивать маленькие волокнистые структуры, известные как микротрубочки, входящие в цитоскелет клеток (в том числе аксонов).

Микротрубочки состоят из единиц протеина, известного как тубулин. В определённых районах этого белка электроны начинают «кружиться» очень близко друг к другу. Согласно предположениям г-на Хамероффа, в этой точке электроны могут стать квантово запутанными, после чего даже в случае пространственного разделения действие, происходящее с одним из электронов, может повлиять на другой. В этой ситуации возникновение и исчезновение квантовой когерентности может быть как-то связано с динамической нестабильностью микротрубочек, которые то полимеризуются, то деполимеризуются, причём делают это постоянно, никогда не пребывая в одном устойчивом состоянии.

При этом микротрубочки в одном нейроне могут быть связаны с аналогичными объектами в другом нейроне посредством щелевых контактов - способа соединения клеток при помощи белковых каналов, коннексонов. Последние обеспечивают электрическое соединение двух клеток, а также перенос между ними небольших молекул.

Тем не менее, с точки зрения физического мейнстрима, всё предлагаемое г-ном Хамероффом в части реализации квантовых вычислений в нашей голове  - ненаучная фантастика. Наши нынешние квантовые компьютеры предельно чувствительны к шуму. Чтобы минимизировать его, нужно изолировать систему и охладить её почти до абсолютного нуля, дабы тепло не порождало колебания атомов и не генерировало тем самым шумы. Это делает картину квантовых вычислений в таком тёплом и влажном месте, как человеческий мозг, нереалистичной, уверена основная масса физиков. И даже не пытайтесь спрашивать о том, уверены ли они, что для квантовых состояний нет каких-то особых условий, в которых они могут оставаться когерентными, несмотря на шум, порождаемый высокой температурой. Их ответ будет краток: экспериментальных подтверждений таким процессам нет.

В принципе, квантовые состояния в мозгу всё же возможны, но основная часть научного мира полагает, что они существуют там слишком короткое время, чтобы на этой основе можно было производить какие-то умственные операции.

Рис. 2. β-тубулин, из которого состоят микротрубочки в нейронах нашего мозга, на самом деле встречается не только в растениях. Даже несчастные прокариоты имеют гомологичный протеин FtsZ! На снимке - тубулин в тетрахимене, пресноводной инфузории. (Фото Pawel Jasnos).

Другой элемент критического восприятия теории Пенроуза родом из исследований мозга. Модель г-на Хамероффа утверждает, что микротрубочки обеспечивают нам квантовое сознание. Но дело в том, что микротрубочки пришли к животным не с Луны. И встречаются даже в растениях, которые, как острит Бернард Баарс (Bernard Baars), возглавляющий Общество наук по изучению мозга, «насколько нам известно, лишены сознания».

Здесь, правда, стоит напомнить, что относительно недавно выяснилось, что и растения в прямом смысле слова живут за счёт квантовомеханических процессов…

И всё же как раз врачи встречают идею не совсем в штыки.

«Если кто-то проведёт эксперимент - один единственный эксперимент, - говорит Бернард Баарс, - то я отброшу весь свой скептицизм». Физики, само собой, настроены резче, примерно как Резерфорд в 1933 году, оценивая перспективы получения энергии от деления атома. Помните?

Интересно, прояснится ли настолько же ситуация с квантовым сознанием за ближайшие 12 лет?