Czy świadomość jest zjawiskiem kwantowym? [Teoria Orch-OR]

Opublikowano przez

No i cóż, ktoś tu się zbliża do Świadomości Nieskończonej RA i jej ORch-OR reprezentacji w „skafandrach”, a dokładnie w głowach – CzaRAch/GRA-lach Istot Duchowo-Materialnych. Powoli zmierzamy też do naukowego potwierdzenia faktu, że Świadomość Osobista posiada siłę i moc do zmieniania istniejących stanów materii, czyli fizycznego zmieniania materialnej Rzeczywistość (Jawi).

Nie jestem całkowitym zwolennikiem teorii Orch-OR i chyba już dałem publicznie temu wyraz. Idzie ona jednak moim zdaniem generalnie we właściwym kierunku, zbliżając się do stanowiska wijozowii przyrodzonej (nowej filozofii przyrody). Według mnie przynajmniej z punktu widzenia filozoficznego istnieje jeszcze jeden szczebel między mikrotubulami z ich świadomością kwantową a faktyczną Zewnętrzną Świadomością Nieskończoną – i to jest faktyczny nośnik Cząstki Świadomości Nieskończonej, która zakotwicza się w mózgu istoty duchowo-materialnej w chwili jej poczęcia, a zyskuje możliwość ekspresji wraz z narodzinami istoty i osiągnięciem przez nią stanu „dojrzałej” samoświadomości, co dzieje się w okresie dorastania u ludzi. Jak to jest u innych istot? Niewykluczone że podobnie. Mózg albo inna konstrukcja neuro-biologiczna jest tylko nośnikiem świadomości, a mikrotubule wciąż są jeszcze po stronie ciała (skafandra) zaś subiektywne stany odczuwania są po drugiej stronie G-RA-Nicy (stanu M+I+z+E+RO)* a tam nośnikami są nussony – cząstki zupełnie niematerialne, które nie mają masy ani energii, za to są czystą (w Nawi i Prawi), a w Jedni także Nieskończoną Informacją / In-WIR-mat’em (duchem).

* Stan M I z E RO – graniczny, gdzie M (materia / masa) =0, E (energia) =0, I (informacja)=0/1, z (czas) = 0/1 zaś RO – jest czystą potencją o ładunku nieskończonym (nussonem ROtanu / wIRu), omawiałem dokładnie w niedawnych Wykładniach Trzeciego Kręgu oraz w Lekcji Zero.

Tak czy owak mamy tu do czynienia jak zwykle tylko i aż z Wiaro-Wiedą.

źródło: https://www.youtube.com/watch?v=Go2kaZSTqdk

Wikipedia: Orchestrated objective reduction (Orch OR)

źródło: https://en.wikipedia.org/wiki/Orchestrated_objective_reduction

Orchestrated objective reduction (Orch OR) is a controversial theory postulating that consciousness originates at the quantum level inside neurons (rather than being a product of neural connections). The mechanism is held to be a quantum process called objective reduction that is orchestrated by cellular structures called microtubules. It is proposed that the theory may answer the hard problem of consciousness and provide a mechanism for free will.[1] The hypothesis was put forward in the 1990s by physicist Roger Penrose and anesthesiologist Stuart Hameroff; it combines molecular biology, neuroscience, pharmacology, philosophy, quantum information theory, and quantum gravity.[2][3]

Orkiestrowana redukcja obiektywna (Orch OR) to kontrowersyjna teoria postulująca, że ​​świadomość ma swoje źródło na poziomie kwantowym wewnątrz neuronów (a nie jest produktem połączeń neuronowych). Mechanizm ten jest uważany za proces kwantowy zwany redukcją obiektywną, który jest orkiestrowany przez struktury komórkowe zwane mikrotubulami. Sugeruje się, że teoria ta może rozwiązać trudny problem świadomości i dostarczyć mechanizmu wolnej woli.[1] Hipoteza ta została wysunięta w latach 90. XX wieku przez fizyka Rogera Penrose’a i anestezjologa Stuarta Hameroffa; łączy ona biologię molekularną, neuronaukę, farmakologię, filozofię, teorię informacji kwantowej i grawitację kwantową.[2][3]

While some other theories assert that consciousness emerges as the complexity of the computations performed by cerebral neurons increases,[4][5] Orch OR posits that consciousness is based on non-computable quantum processing performed by qubits formed collectively on cellular microtubules, a process significantly amplified in the neurons. The qubits are based on oscillating dipoles forming superposed resonance rings in helical pathways throughout lattices of microtubules. The oscillations are either electric, due to charge separation from London forces, or magnetic, due to electron spin—and possibly also due to nuclear spins (that can remain isolated for longer periods) that occur in gigahertz, megahertz, and kilohertz frequency ranges.[2][6] Orchestration refers to the hypothetical process by which connective proteins, such as microtubule-associated proteins, influence or orchestrate qubit state reduction by modifying the spacetime-separation of their superimposed states.[7] The latter is based on Penrose’s objective-collapse theory for interpreting quantum mechanics, which postulates the existence of an objective threshold governing the collapse of quantum states, related to the difference of the spacetime curvature of these states in the universe’s fine-scale structure.[8]

Podczas gdy niektóre inne teorie twierdzą, że świadomość pojawia się wraz ze wzrostem złożoności obliczeń wykonywanych przez neurony mózgowe,[4][5] Orch OR zakłada, że ​​świadomość opiera się na nieobliczalnym przetwarzaniu kwantowym wykonywanym przez kubity uformowane zbiorowo na mikrotubulach komórkowych, a proces ten jest znacznie wzmocniony w neuronach. Kubity opierają się na oscylujących dipolach, tworzących superpozycje pierścieni rezonansowych w helikalnych ścieżkach w sieciach mikrotubul. Oscylacje są albo elektryczne, wynikające z separacji ładunków od sił Londona, albo magnetyczne, wynikające ze spinu elektronowego – a potencjalnie również ze spinów jądrowych (które mogą pozostawać izolowane przez dłuższy czas) występujących w zakresach częstotliwości gigaherców, megaherców i kiloherców.[2][6] Orkiestracja odnosi się do hipotetycznego procesu, w którym białka łącznotkankowe, takie jak białka związane z mikrotubulami, wpływają lub organizują redukcję stanu kubitu poprzez modyfikację separacji czasoprzestrzennej ich superpozycyjnych stanów.[7] Ta ostatnia opiera się na teorii kolapsu obiektywnego Penrose’a, służącej do interpretacji mechaniki kwantowej. Zakłada ona istnienie progu obiektywnego regulującego kolaps stanów kwantowych, związanego z różnicą krzywizny czasoprzestrzennej tych stanów w drobnoskalowej strukturze Wszechświata.[8]

Orchestrated objective reduction has been criticized from its inception by mathematicians, philosophers,[9][10][11][12][13] and scientists.[14][15][16] These criticisms focus on three issues: Penrose’s interpretation of Gödel’s theorem; Penrose’s abductive reasoning, linking non-computability to quantum events; and the brain’s unsuitability to host the quantum phenomena required by the theory, since it is considered too „warm, wet and noisy” to avoid decoherence.

Orkiestrowana redukcja obiektywna była krytykowana od samego początku przez matematyków, filozofów[9][10][11][12][13] i naukowców[14][15][16]. Krytyka ta koncentruje się na trzech kwestiach: interpretacji twierdzenia Gödla przez Penrose’a; abdukcyjnym rozumowaniu Penrose’a, łączącym nieobliczalność ze zdarzeniami kwantowymi; oraz niezdolności mózgu do przetwarzania zjawisk kwantowych wymaganych przez teorię, ponieważ jest on uważany za zbyt „ciepły, wilgotny i hałaśliwy”, aby uniknąć dekoherencji.

Background

Further information: Penrose–Lucas argument

Dalsze informacje: Argument Penrose’a i Lucasa

In 1931, mathematician and logician Kurt Gödel proved that any effectively generated theory capable of proving basic arithmetic cannot be both consistent and complete. In other words, a mathematically sound theory lacks the means to prove itself.[17] In his first book concerning consciousness, The Emperor’s New Mind (1989), Roger Penrose argued that equivalent statements to „Gödel-type propositions” had recently been put forward.[18]

W 1931 roku matematyk i logik Kurt Gödel udowodnił, że żadna skutecznie wygenerowana teoria zdolna do udowodnienia podstawowej arytmetyki nie może być jednocześnie spójna i zupełna. Innymi słowy, matematycznie poprawna teoria nie posiada środków do jej udowodnienia[17]. W swojej pierwszej książce poświęconej świadomości, The Emperor’s New Mind (1989), Roger Penrose argumentował, że niedawno wysunięto twierdzenia równoważne „twierdzeniom typu Gödla”.[18]

Partially in response to Gödel’s argument, the Penrose–Lucas argument leaves the question of the physical basis of non-computable behavior open. Most physical laws are computable, and thus algorithmic. However, Penrose determined that wave function collapse was a prime candidate for a non-computable process. In quantum mechanics, particles are treated differently from the objects of classical mechanics. Particles are described by wave functions that evolve according to the Schrödinger equation. Non-stationary wave functions are linear combinations of the eigenstates of the system, a phenomenon described by the superposition principle. When a quantum system interacts with a classical system—i.e., when an observable is measured—the system appears to collapse to a random eigenstate of that observable from a classical vantage point.

Po części w odpowiedzi na argument Gödla, argument Penrose’a–Lucasa pozostawia otwartą kwestię fizycznej podstawy zachowań nieobliczalnych. Większość praw fizycznych jest obliczalna, a zatem algorytmiczna. Penrose stwierdził jednak, że kolaps funkcji falowej jest głównym kandydatem na proces nieobliczalny. W mechanice kwantowej cząstki traktowane są inaczej niż obiekty mechaniki klasycznej. Cząstki są opisywane funkcjami falowymi, które ewoluują zgodnie z równaniem Schrödingera. Niestacjonarne funkcje falowe to liniowe kombinacje stanów własnych układu, zjawisko opisane zasadą superpozycji. Gdy układ kwantowy oddziałuje z układem klasycznym – tj. gdy mierzony jest obiekt obserwowalny – układ zdaje się kolapsować do losowego stanu własnego tego obiektu obserwowalnego z klasycznego punktu widzenia.

If collapse is truly random, then no process or algorithm can deterministically predict its outcome. This provided Penrose with a candidate for the physical basis of the non-computable process that he hypothesized to exist in the brain. However, he disliked the random nature of environmentally induced collapse, as randomness was not a promising basis for mathematical understanding. Penrose proposed that isolated systems may still undergo a new form of wave function collapse, which he called objective reduction (OR).[7]

Jeśli kolaps jest rzeczywiście losowy, to żaden proces ani algorytm nie może deterministycznie przewidzieć jego wyniku. Dało to Penrose’owi kandydata na fizyczną podstawę nieobliczalnego procesu, który jego zdaniem istniał w mózgu. Nie podobał mu się jednak losowy charakter kolapsu indukowanego przez środowisko, ponieważ losowość nie stanowiła obiecującej podstawy dla zrozumienia matematycznego. Penrose zaproponował, że układy izolowane mogą nadal podlegać nowej formie kolapsu funkcji falowej, którą nazwał obiektywną redukcją (OR).[7]

Penrose sought to reconcile general relativity and quantum theory using his own ideas about the possible structure of spacetime.[18][page needed][19] He suggested that at the Planck scale, curved spacetime is not continuous, but discrete. He further postulated that each separated quantum superposition has its own piece of spacetime curvature, a blister in spacetime. Penrose suggests that gravity exerts a force on these spacetime blisters, which become unstable above the Planck scale of 10 − 35 m {\displaystyle 10^{-35}{\text{m}}} and collapse to just one of the possible states. The rough threshold for OR is given by Penrose’s indeterminacy principle: τ ≈ ℏ / E G

{\displaystyle \tau \approx \hbar /E_{G}}

where:

  • τ {\displaystyle \tau } is the time until OR occurs,
  • E G {\displaystyle E_{G}} is the gravitational self-energy or the degree of spacetime separation given by the superpositioned mass, and
  • ℏ {\displaystyle \hbar } is the reduced Planck constant.

Penrose starał się pogodzić ogólną teorię względności z teorią kwantową, wykorzystując własne koncepcje dotyczące możliwej struktury czasoprzestrzeni.[18][potrzebna strona][19] Zasugerował, że w skali Plancka zakrzywiona czasoprzestrzeń nie jest ciągła, lecz dyskretna. Ponadto postulował, że każda oddzielona superpozycja kwantowa ma swój własny fragment krzywizny czasoprzestrzeni – pęcherz w czasoprzestrzeni. Penrose sugeruje, że grawitacja wywiera siłę na te pęcherze czasoprzestrzeni, które stają się niestabilne powyżej skali Plancka 10 − 35 m {\displaystyle 10^{-35}{\text{m}}} i zapadają się do tylko jednego z możliwych stanów. Przybliżony próg dla OR jest określony przez zasadę nieoznaczoności Penrose’a:

τ ≈ ℏ / E G

{\displaystyle \tau \ approx \hbar /E_{G}} gdzie:

τ {\displaystyle \tau } to czas do wystąpienia efektu OR,

E G {\displaystyle E_{G}} to grawitacyjna energia własna lub stopień separacji czasoprzestrzeni określony przez superpozycję masy,

a ℏ {\displaystyle \hbar } to zredukowana stała Plancka.

Thus, the greater the mass–energy of the object, the faster it will undergo OR and vice versa. Mesoscopic objects could collapse on a timescale relevant to neural processing.[7][additional citation(s) needed]

Zatem im większa masa–energia obiektu, tym szybciej ulegnie on efektowi OR i odwrotnie. Obiekty mezoskopowe mogłyby kolapsować w skali czasowej istotnej dla przetwarzania neuronowego.[7][potrzebne dodatkowe źródła]

An essential feature of Penrose’s theory is that the choice of states when objective reduction occurs is selected neither randomly (as are choices following wave function collapse) nor algorithmically. Rather, states are selected by a „non-computable” influence embedded in the Planck scale of spacetime geometry. Penrose claimed that such information is Platonic, representing pure mathematical truths, which relates to Penrose’s ideas concerning the three worlds: the physical, the mental, and the Platonic mathematical world. In Shadows of the Mind (1994), Penrose briefly indicates that this Platonic world could also include aesthetic and ethical values, but he does not commit to this further hypothesis.[19]

Istotną cechą teorii Penrose’a jest to, że wybór stanów, gdy zachodzi redukcja obiektywna, nie jest dokonywany ani losowo (jak wybory po kolapsie funkcji falowej), ani algorytmicznie. Stany są raczej wybierane przez „nieobliczalny” wpływ osadzony w skali Plancka geometrii czasoprzestrzeni. Penrose twierdził, że takie informacje są platońskie, reprezentując czyste prawdy matematyczne, co odnosi się do jego idei dotyczących trzech światów: fizycznego, mentalnego i platońskiego świata matematycznego. W książce „Shadows of the Mind” (1994) Penrose krótko wskazuje, że ten platoński świat może również obejmować wartości estetyczne i etyczne, ale nie podtrzymuje tej dalszej hipotezy.[19]

The Penrose–Lucas argument has been criticized by mathematicians,[20][21][22] computer scientists,[12] and philosophers,[23][24][9][10][11] and the consensus among experts in these fields is that the argument fails,[25][26][27] with different authors attacking various aspects of it.[27][28] Marvin Minsky has argued that because humans can believe false ideas to be true, human mathematical understanding need not be consistent, and consciousness may easily have a deterministic basis.[29] Solomon Feferman has argued that mathematicians do not progress by mechanistic search through proofs, but by trial-and-error reasoning, insight, and inspiration, and that machines do not share this approach with humans.[21]

Argument Penrose’a i Lucasa był krytykowany przez matematyków[20][21][22], informatyków[12] i filozofów[23][24][9][10][11], a wśród ekspertów w tych dziedzinach panuje zgoda co do jego chybionego charakteru[25][26][27], a różni autorzy atakują różne jego aspekty[27][28]. Marvin Minsky argumentował, że ponieważ ludzie mogą wierzyć, że fałszywe idee są prawdziwe, ludzkie rozumienie matematyki nie musi być spójne, a świadomość może z łatwością opierać się na deterministycznych podstawach[29]. Solomon Feferman argumentował, że matematycy nie rozwijają się poprzez mechanistyczne poszukiwanie dowodów, lecz poprzez rozumowanie metodą prób i błędów, wgląd i inspirację, i że maszyny nie podzielają tego podejścia z ludźmi.[21]

Orch OR

Penrose outlined a predecessor to Orch OR in The Emperor’s New Mind, coming to the problem from a mathematical viewpoint and in particular Gödel’s theorem, but it lacked a detailed proposal for how quantum processes could be implemented in the brain. Stuart Hameroff separately worked in cancer research and anesthesia, which gave him an interest in brain processes. Hameroff read Penrose’s book and suggested to him that microtubules within neurons were suitable candidate sites for quantum processing, and ultimately for consciousness.[30][31] Throughout the 1990s, the two collaborated on the Orch OR theory, which Penrose published in Shadows of the Mind (1994).[19]

Penrose nakreślił poprzedniczkę teorii Orch OR w książce „Nowy umysł cesarza”, podchodząc do problemu z matematycznego punktu widzenia, a w szczególności odwołując się do twierdzenia Gödla, jednak brakowało w niej szczegółowej propozycji implementacji procesów kwantowych w mózgu. Stuart Hameroff pracował oddzielnie nad badaniami nad rakiem i anestezjologią, co wzbudziło jego zainteresowanie procesami mózgowymi. Hameroff przeczytał książkę Penrose’a i zasugerował mu, że mikrotubule w neuronach są odpowiednimi miejscami dla przetwarzania kwantowego, a ostatecznie dla świadomości.[30][31] W latach 90. XX wieku obaj współpracowali nad teorią Orch OR, którą Penrose opublikował w książce „Shadows of the Mind” (1994).[19]

Hameroff’s contribution to the theory derived from his study of the neural cytoskeleton, and particularly on microtubules.[31] As neuroscience has progressed, the role of the cytoskeleton and microtubules has assumed greater importance. In addition to providing structural support, microtubule functions include axoplasmic transport and control of the cell’s movement, growth, and shape.[31]

Wkład Hameroffa do teorii wynikał z jego badań nad cytoszkieletem neuronalnym, a w szczególności mikrotubulami.[31] Wraz z rozwojem neuronauki rola cytoszkieletu i mikrotubul nabrała większego znaczenia. Oprócz zapewniania wsparcia strukturalnego, funkcje mikrotubul obejmują transport aksoplazmatyczny oraz kontrolę ruchu, wzrostu i kształtu komórki.[31]

Orch OR combines the Penrose–Lucas argument with Hameroff’s hypothesis on quantum processing in microtubules. It proposes that when condensates in the brain undergo an objective wave function reduction, their collapse connects noncomputational decision-making to experiences embedded in spacetime’s fundamental geometry. The theory further proposes that the microtubules both influence and are influenced by the conventional activity at the synapses between neurons.

Teoria Orch OR łączy argument Penrose’a–Lucasa z hipotezą Hameroffa dotyczącą przetwarzania kwantowego w mikrotubulach. Zakłada ona, że ​​gdy kondensaty w mózgu ulegają obiektywnej redukcji funkcji falowej, ich zapadnięcie się łączy nieobliczeniowe podejmowanie decyzji z doświadczeniami osadzonymi w fundamentalnej geometrii czasoprzestrzeni. Teoria ta zakłada ponadto, że mikrotubule zarówno wpływają, jak i podlegają wpływom konwencjonalnej aktywności synaps między neuronami.

Microtubule computation
A: An axon terminal releases neurotransmitters through a synapse, which are received by microtubules in a neuron’s dendritic spine.
B: Simulated microtubule tubulins switch states.[1]

Obliczenia mikrotubul

A: Zakończenie aksonu uwalnia neuroprzekaźniki przez synapsę, które są odbierane przez mikrotubule w kolcu dendrytycznym neuronu.

B: Symulowane stany przełączania tubulin mikrotubul.[1]

Hameroff proposed that microtubules were suitable candidates for quantum processing.[31] Microtubules are made up of tubulin protein subunits. The tubulin protein dimers of the microtubules have hydrophobic pockets that may contain delocalized π electrons. Tubulin has other, smaller non-polar regions, for example eight tryptophans per tubulin, which contain π electron-rich indole rings distributed throughout tubulin with separations of roughly 2 nm. Hameroff claims that this is close enough for the tubulin π electrons to become quantum entangled.[32] During entanglement, particle states become inseparably correlated.

Hameroff zaproponował, że mikrotubule są odpowiednimi kandydatami do przetwarzania kwantowego.[31] Mikrotubule zbudowane są z podjednostek białkowych tubuliny. Dimery białkowe tubuliny mikrotubul mają hydrofobowe kieszenie, które mogą zawierać zdelokalizowane elektrony π. Tubulina ma inne, mniejsze, niepolarne obszary, na przykład osiem tryptofanów na tubulinę, które zawierają pierścienie indolowe bogate w elektrony π, rozmieszczone w całej tubulinie z odstępami około 2 nm. Hameroff twierdzi, że jest to wystarczająco blisko, aby elektrony π tubuliny uległy splątaniu kwantowemu.[32] Podczas splątania stany cząstek stają się nierozerwalnie skorelowane.

Hameroff originally suggested in the fringe Journal of Cosmology that the tubulin-subunit electrons would form a Bose–Einstein condensate.[33] He then proposed a Frohlich condensate, a hypothetical coherent oscillation of dipolar molecules. However, this too was rejected by Reimers’s group.[34] Hameroff and Penrose contested the conclusion, noting that Reimers’s microtubule model was oversimplified.[35]

Hameroff pierwotnie zasugerował w czasopiśmie „Journal of Cosmology”, że elektrony podjednostki tubuliny utworzą kondensat Bosego-Einsteina.[33] Następnie zaproponował kondensat Frohlicha, hipotetyczną koherentną oscylację cząsteczek dipolowych. Jednak i to zostało odrzucone przez grupę Reimersa.[34] Hameroff i Penrose zakwestionowali ten wniosek, zauważając, że model mikrotubul Reimersa jest zbyt uproszczony.[35]

Hameroff then proposed that condensates in microtubules in one neuron can link with microtubule condensates in other neurons and glial cells via the gap junctions of electrical synapses.[36][37] He proposed that the gap between the cells is sufficiently small that quantum objects can tunnel across it, allowing them to extend across a large area of the brain. He further postulated that the action of this large-scale quantum activity is the source of 40 Hz gamma waves, building upon the much less controversial theory that gap junctions are related to gamma oscillation.[38]

Hameroff zaproponował następnie, że kondensaty w mikrotubulach jednego neuronu mogą łączyć się z kondensatami mikrotubul w innych neuronach i komórkach glejowych poprzez połączenia szczelinowe synaps elektrycznych.[36][37] Zasugerował, że przerwa między komórkami s jest na tyle małe, że obiekty kwantowe mogą przez nie tunelować, umożliwiając im rozprzestrzenianie się na duży obszar mózgu. Postulował on ponadto, że działanie tej wielkoskalowej aktywności kwantowej jest źródłem fal gamma o częstotliwości 40 Hz, opierając się na znacznie mniej kontrowersyjnej teorii, że złącza szczelinowe są związane z oscylacjami gamma.[38]

Experimental results
Superradiance

Wyniki eksperymentów

Nadmierna radiancja

In a study Hameroff was part of, Jack Tuszyński of the University of Alberta demonstrated that anesthetics hasten the duration of a process called delayed luminescence, in which microtubules and tubulins re-emit trapped light. Tuszyński suspects that the phenomenon has a quantum origin, with superradiance being investigated as one possibility (in a 2024 study, superradiance was confirmed to occur in networks of tryptophans, which are found in microtubules).[39][40] Tuszyński told New Scientist that „We’re not at the level of interpreting this physiologically, saying 'Yeah, this is where consciousness begins,’ but it may.”[41]

W badaniu, w którym uczestniczył Hameroff, Jack Tuszyński z Uniwersytetu Alberty wykazał, że środki znieczulające przyspieszają proces zwany opóźnioną luminescencją, w którym mikrotubule i tubuliny ponownie emitują uwięzione światło. Tuszyński podejrzewa, że ​​zjawisko to ma podłoże kwantowe, a nadmierna radiancja jest badana jako jedna z możliwości (w badaniu z 2024 roku potwierdzono występowanie nadmiernej radiancji w sieciach tryptofanów, które znajdują się w mikrotubulach)[39][40] Tuszyński powiedział w wywiadzie dla „New Scientist”, że „nie jesteśmy jeszcze na etapie interpretacji fizjologicznej, mówiąc: »Tak, tu zaczyna się świadomość«, ale może tak być”.[41]

The 2024 study, called „Ultraviolet Superradiance from Mega-Networks of Tryptophan in Biological Architectures” and published in The Journal of Physical Chemistry, confirmed superradiance in networks of tryptophans.[39][40] Large networks of tryptophans are a warm and noisy environment, in which quantum effects typically are not expected to take place.[39] The results of the study were theoretically predicted and then experimentally confirmed by the researchers.[39][40] Majed Chergui, who led the experimental team, stated that „It’s a beautiful result. It took very precise and careful application of standard protein spectroscopy methods, but guided by the theoretical predictions of our collaborators, we were able to confirm a stunning signature of superradiance in a micron-scale biological system.”[39] Marlan Scully, a physicist known for his work in the field of theoretical quantum optics, said, „We will certainly be examining closely the implications for quantum effects in living systems for years to come.”[39] The study states that „by analyzing the coupling with the electromagnetic field of mega-networks of Trp present in these biologically relevant architectures, we find the emergence of collective quantum optical effects, namely, superradiant and subradiant eigenmodes. … our work demonstrates that collective and cooperative UV excitations in mega-networks of Trp support robust quantum states in protein aggregates, with observed consequences even under thermal equilibrium conditions.”[40]

Badanie z 2024 roku, zatytułowane „Ultraviolet Superradiance from Mega-Networks of Tryptophan in Biological Architectures” i opublikowane w czasopiśmie „The Journal of Physical Chemistry”, potwierdziło występowanie nadradiancji w sieciach tryptofanu.[39][40] Duże sieci tryptofanu to ciepłe i zaszumione środowisko, w którym zazwyczaj nie oczekuje się występowania efektów kwantowych.[39] Wyniki badania zostały teoretycznie przewidziane, a następnie potwierdzone eksperymentalnie przez naukowców.[39][40] Majed Chergui, który kierował zespołem eksperymentalnym, stwierdził, że „To piękny wynik. Wymagało to bardzo precyzyjnego i ostrożnego zastosowania standardowych metod spektroskopii białek, ale kierując się teoretycznymi przewidywaniami naszych współpracowników, byliśmy w stanie potwierdzić zdumiewający ślad nadpromienistości w mikronowym systemie biologicznym”.[39] Marlan Scully, fizyk znany z pracy w dziedzinie teoretycznej optyki kwantowej, powiedział: „Z pewnością będziemy uważnie badać implikacje dla efektów kwantowych w systemach żywych w nadchodzących latach”.[39] W badaniu stwierdzono, że „analizując sprzężenie z polem elektromagnetycznym megasieci Trp obecnych w tych biologicznie istotnych architekturach, odkrywamy pojawienie się kolektywnych kwantowych efektów optycznych, a mianowicie superpromienistych i podpromienistych modów własnych. … nasza praca pokazuje, że kolektywne i kooperatywne wzbudzenia UV w megasieciach Trp wspierają solidne stany kwantowe w agregatach białkowych, z obserwowanymi konsekwencjami nawet w stanie równowagi termicznej warunki.”[40]

Microtubule quantum vibration theory of anesthetic action

Teoria kwantowych drgań mikrotubul w działaniu znieczulającym

In an experiment, Gregory D. Scholes and Aarat Kalra of Princeton University used lasers to excite molecules within tubulins, causing a prolonged excitation to diffuse through microtubules farther than expected, which did not occur when repeated under anesthesia.[42] However, diffusion results have to be interpreted carefully, since even classical diffusion can be very complex due to the wide range of length scales in the fluid-filled extracellular space.[43]

W eksperymencie Gregory D. Scholes i Aarat Kalra z Uniwersytetu Princeton użyli laserów do wzbudzenia cząsteczek wewnątrz tubulin, powodując, że przedłużone wzbudzenie dyfundowało przez mikrotubule dalej niż oczekiwano, co nie nastąpiło po powtórzeniu w znieczuleniu.[42] Wyniki dyfuzji należy jednak interpretować ostrożnie, ponieważ nawet klasyczna dyfuzja może być bardzo złożona ze względu na szeroki zakres skal długości w wypełnionej płynem przestrzeni zewnątrzkomórkowej.[43]

At high concentrations (~5 MAC), the anesthetic gas halothane causes reversible depolymerization of microtubules.[44] This cannot be the mechanism of anesthetic action, however, because human anesthesia is performed at 1 MAC. (Neither Penrose or Hameroff claim that depolymerization is the mechanism of action for Orch OR.)[45][46] At ~1 MAC halothane, reported minor changes in tubulin protein expression (~1.3-fold) in primary cortical neurons after exposure to halothane and isoflurane are not evidence that tubulin directly interacts with general anesthetics, but rather shows that the proteins controlling tubulin production are possible anesthetic targets.[47] Further proteomic study reports 0.5 mM [14C]halothane binding to tubulin monomers alongside three dozens of other proteins.[48] In addition, modulation of microtubule stability has been reported during anthracene general anesthesia of tadpoles.[49] The study, called „Direct Modulation of Microtubule Stability Contributes to Anthracene General Anesthesia” claims to provide „strong evidence that destabilization of neuronal microtubules provides a path to achieving general anesthesia”.[49]

W wysokich stężeniach (~5 MAC) gaz znieczulający halotan powoduje odwracalną depolimeryzację mikrotubul.[44] Nie może to być jednak mechanizm działania znieczulającego, ponieważ znieczulenie u ludzi wykonuje się przy stężeniu 1 MAC. (Ani Penrose, ani Hameroff nie twierdzą, że depolimeryzacja jest mechanizmem działania Orch OR.)[45][46] Przy stężeniu halotanu ~1 MAC odnotowane niewielkie zmiany w ekspresji białka tubuliny (~1,3-krotne) w pierwotnych neuronach korowych po ekspozycji na halotan i izofluran nie są dowodem na to, że tubulina bezpośrednio oddziałuje z ogólnymi środkami znieczulającymi, ale raczej pokazują, że białka kontrolujące produkcję tubuliny są możliwymi celami środków znieczulających.[47] Dalsze badanie proteomiczne donosi o wiązaniu się 0,5 mM [14C]halotanu z monomerami tubuliny wraz z trzema tuzinami innych białek.[48] Ponadto odnotowano modulację stabilności mikrotubul podczas znieczulenia ogólnego kijanek antracenem.[49] Badanie zatytułowane „Bezpośrednia modulacja stabilności mikrotubul przyczynia się do znieczulenia ogólnego antracenem” ma dostarczać „silnych dowodów na to, że destabilizacja mikrotubul neuronalnych stanowi drogę do osiągnięcia znieczulenia ogólnego”.[49]

Computer modeling of tubulin’s atomic structure[50] found that anesthetic gas molecules bind adjacent to amino acid aromatic rings of non-polar π-electrons and that collective quantum dipole oscillations among all π-electron resonance rings in each tubulin showed a spectrum with a common mode peak at 613 T Hz.[51] Simulated presence of eight different anesthetic gases abolished the 613 THz peak, whereas the presence of two different nonanesthetic gases did not affect the 613 THz peak, from which it was speculated that this 613 THz peak in microtubules could be related to consciousness and anesthetic action.[51]

Modelowanie komputerowe struktury atomowej tubuliny[50] wykazało, że cząsteczki gazu znieczulającego wiążą się w sąsiedztwie pierścieni aromatycznych aminokwasów z niepolarnymi elektronami π, a zbiorcze kwantowe oscylacje dipolowe między wszystkimi pierścieniami rezonansowymi elektronów π w każdej tubulinie wykazały widmo z pikiem wspólnym przy 613 THz.[51] Symulowana obecność ośmiu różnych gazów znieczulających zniwelowała pik 613 THz, podczas gdy obecność dwóch różnych gazów nieanestetycznych nie wpłynęła na pik 613 THz, na podstawie czego wysunięto przypuszczenie, że ten pik 613 THz w mikrotubulach może być związany ze świadomością i działaniem znieczulającym.[51]

Another study that Hameroff was a part of claims to show that „anesthetic molecules can impair π-resonance energy transfer and exciton hopping in 'quantum channels’ of tryptophan rings in tubulin, and thus account for selective action of anesthetics on consciousness and memory”.[52]

Inne badanie, w którym uczestniczył Hameroff, ma wykazać, że „cząsteczki znieczulające mogą zaburzać transfer energii rezonansu π i przeskakiwanie ekscytonów w kanale kwantowym” pierścieni tryptofanowych w tubulinie, a tym samym wyjaśniają selektywne działanie środków znieczulających na świadomość i pamięć”.[52]

In a study published in August 2024, an undergraduate group led by a Wellesley College professor found that rats given epothilone B, a drug that binds to microtubules, took over a minute longer to fall unconscious when exposed to an anesthetic gas.[53]

W badaniu opublikowanym w sierpniu 2024 roku grupa studentów pod kierownictwem profesora z Wellesley College odkryła, że ​​szczury, którym podano epotilon B, lek wiążący się z mikrotubulami, traciły przytomność o ponad minutę dłużej po wystawieniu na działanie gazu znieczulającego.[53]

Criticism

Krytyka

Orch OR has been criticized both by physicists[14][54][34][55][56] and neuroscientists,[57][58][59] who consider it to be a poor model of brain physiology. It has also been critiqued for lacking explanatory power: the philosopher Patricia Churchland wrote, „Pixie dust in the synapses is about as explanatorily powerful as quantum coherence in the microtubules.”[60]

Orch OR był krytykowany zarówno przez fizyków[14][54][34][55][56], jak i neurobiologów[57][58][59], którzy uważają go za słaby model fizjologii mózgu. Krytykowano go również za brak mocy wyjaśniającej: filozof Patricia Churchland napisała: „Pył wróżek w synapsach jest mniej więcej tak samo silny, jak koherencja kwantowa w mikrotubulach”.[60]

David Chalmers has argued against quantum consciousness, discussing instead how quantum mechanics may relate to dualistic consciousness.[61] He has expressed skepticism that any new physics can resolve the hard problem of consciousness[62][63][64] and argued that quantum theories of consciousness suffer from the same weakness as more conventional theories. Just as he has argued that there is no particular reason why specific macroscopic physical features in the brain should give rise to consciousness, he also holds that there is no particular reason why a specific quantum feature, such as the EM field in the brain, should give rise to consciousness.[64]

David Chalmers argumentował przeciwko teorii kwantowej świadomości, omawiając zamiast tego, jak mechanika kwantowa może odnosić się do dualistycznej świadomości.[61] Wyraził sceptycyzm co do tego, że jakakolwiek nowa fizyka może rozwiązać trudny problem świadomości[62][63][64] i argumentował, że kwantowe teorie świadomości cierpią na tę samą słabość, co teorie bardziej konwencjonalne. Tak jak argumentował, że nie ma szczególnego powodu, dla którego określone makroskopowe cechy fizyczne mózgu miałyby prowadzić do powstania świadomości, tak samo uważa, że ​​nie ma szczególnego powodu, dla którego określona cecha kwantowa, taka jak pole elektromagnetyczne w mózgu, miałaby prowadzić do powstania świadomości.[64]

Decoherence in living organisms

Dekoherencja w organizmach żywych

In 2000, Max Tegmark claimed that any quantum coherent system in the brain would undergo effective wave function collapse due to environmental interaction long before it could influence neural processes (the „warm, wet and noisy” argument, as it later came to be known).[14] He determined the decoherence timescale of microtubule entanglement at brain temperatures to be on the order of femtoseconds, far too brief for neural processing. Christof Koch and Klaus Hepp also agreed that quantum coherence does not play, or does not need to play, any major role in neurophysiology.[15][16] Koch and Hepp concluded that „The empirical demonstration of slowly decoherent and controllable quantum bits in neurons connected by electrical or chemical synapses, or the discovery of an efficient quantum algorithm for computations performed by the brain, would do much to bring these speculations from the 'far-out’ to the mere 'very unlikely'”.[15]

W 2000 roku Max Tegmark twierdził, że każdy spójny kwantowo układ w mózgu uległby efektywnemu załamaniu funkcji falowej z powodu interakcji ze środowiskiem na długo przed tym, zanim mógłby wpłynąć na procesy neuronalne (argument „ciepłego, wilgotnego i hałaśliwego”, jak później go nazwano).[14] Określił skalę czasową dekoherencji splątania mikrotubul w temperaturach mózgu na rzędu femtosekund, co jest zdecydowanie zbyt streszczenie dotyczące przetwarzania neuronowego. Christof Koch i Klaus Hepp zgodzili się również, że koherencja kwantowa nie odgrywa, ani nie musi odgrywać, żadnej istotnej roli w neurofizjologii.[15][16] Koch i Hepp doszli do wniosku, że „empiryczne wykazanie powoli dekoherentnych i kontrolowanych bitów kwantowych w neuronach połączonych synapsami elektrycznymi lub chemicznymi, lub odkrycie wydajnego algorytmu kwantowego dla obliczeń wykonywanych przez mózg, w znacznym stopniu przyczyniłoby się do przekształcenia tych spekulacji z „odległych” w „bardzo mało prawdopodobne””.[15]

In response to Tegmark’s claims, Hagan, Tuszynski, and Hameroff claimed that he did not address the Orch OR model but instead a model of his own construction. This involved superpositions of quanta separated by 24 nm rather than the much smaller separations stipulated for Orch OR. As a result, Hameroff’s group claimed a decoherence time seven orders of magnitude greater than Tegmark’s, although still far below 25ms. Hameroff’s group also suggested that the Debye layer of counterions could screen thermal fluctuations, and that the surrounding actin gel might enhance the ordering of water, further screening noise. They also suggested that incoherent metabolic energy could further order water, and finally that the configuration of the microtubule lattice might be suitable for quantum error correction, a means of resisting quantum decoherence.[65][66]

W odpowiedzi na twierdzenia Tegmarka, Hagan, Tuszyński i Hameroff twierdzili, że nie odnosił się on do modelu Orch OR, lecz do modelu własnej konstrukcji. Obejmował on superpozycje kwantów oddzielonych o 24 nm, a nie znacznie mniejsze odległości wymagane dla Orch OR. W rezultacie grupa Hameroffa twierdziła, że ​​czas dekoherencji jest o siedem rzędów wielkości dłuższy niż czas Tegmarka, chociaż wciąż znacznie poniżej 25 ms. Grupa Hameroffa zasugerowała również, że warstwa Debye’a przeciwjonów może ekranować fluktuacje termiczne, a otaczający żel aktynowy może wzmacniać uporządkowanie wody, dodatkowo ekranując szum. Zasugerowali również, że niespójna energia metaboliczna może dodatkowo porządkować wodę, a wreszcie, że konfiguracja sieci mikrotubul może być odpowiednia do kwantowej korekcji błędów, co stanowi sposób przeciwdziałania dekoherencji kwantowej.[65][66]

In 2009, Reimers et al. and McKemmish et al. published critical assessments. Earlier versions of the theory had required tubulin-electrons to form either Bose–Einsteins or Frohlich condensates, and the Reimers group noted the lack of empirical evidence that such could occur. Additionally, they calculated that microtubules could only support weak 8 MHz coherence. McKemmish et al. argued that aromatic molecules cannot switch states, because they are delocalized, and that changes in tubulin protein-conformation driven by GTP conversion would result in a prohibitive energy requirement.[54][34][55]

W 2009 roku Reimers i in. oraz McKemmish i in. opublikowali krytyczne oceny. Wcześniejsze wersje teorii wymagały, aby elektrony tubuliny tworzyły kondensaty Bosego-Einsteina lub Frohlicha, a grupa Reimersa zauważyła brak dowodów empirycznych na to, że takie zjawisko może zachodzić. Ponadto obliczyli, że mikrotubule mogą wspierać jedynie słabą koherencję o częstotliwości 8 MHz. McKemmish i in. argumentowali, że cząsteczki aromatyczne nie mogą zmieniać stanów, ponieważ są zdelokalizowane, a zmiany w Konformacja białek tubuliny napędzana konwersją GTP skutkowałaby nadmiernym zapotrzebowaniem na energię.[54][34][55]

In 2022, a group of Italian physicists conducted several experiments that failed to observe spontaneous radiation emissions predicted by the Diósi–Penrose collapse model, but that „Penrose’s original collapse model, unlike Diósi’s, did not predict spontaneous radiation, so has not been ruled out.”[67][68]

W 2022 roku grupa włoskich fizyków przeprowadziła kilka eksperymentów, w których nie zaobserwowano spontanicznej emisji promieniowania przewidywanej przez model kolapsu Diósiego-Penrose’a, ale „pierwotny model kolapsu Penrose’a, w przeciwieństwie do modelu Diósiego, nie przewidywał spontanicznej emisji promieniowania, więc nie został wykluczony”.[67][68]

This section has multiple issues. Please help improve it or discuss these issues on the talk page. (Learn how and when to remove these messages)

UWAGA: Poniższa sekcja zawiera dużo błędów i wymaga dalszego ulepszania

Endogenous ferritin quenches microtubule radiance, which may prevent generation of ultraviolet biophotons

Endogenna ferrytyna tłumi promieniowanie mikrotubul, co może zapobiegać generowaniu biofotonów ultrafioletowych.

While some of the studies mentioned above purport to show superradiance and an influence of anesthetics on decreasing excitation diffusion through microtubules, those studies were performed under artificial conditions that failed to include proteins associated with microtubules like ferritin,[69] which quenches microtubule superradiance.[70] Evidence published prior to those studies establishes that ferritin interacts with microtubules in vivo and is essential for microtubule stability and function.[71] For instance, those studies overlooked that:

Chociaż niektóre z wyżej wymienionych badań rzekomo wykazują nadpromienistość i wpływ środków znieczulających na zmniejszenie dyfuzji wzbudzenia przez mikrotubule, badania te przeprowadzono w sztucznych warunkach, które nie uwzględniały białek związanych z mikrotubulami, takich jak ferrytyna,[69] co gasi nadpromieniowanie mikrotubul.[70] Dowody opublikowane przed tymi badaniami wskazują, że ferrytyna oddziałuje z mikrotubulami in vivo i jest niezbędna do ich stabilności i funkcjonowania.[71] Na przykład w tych badaniach pominięto fakt, że:

  • Studies of biophotons in the human body fail to find any evidence of ultraviolet (UV) biophotons.[72] In contrast, at least one of the studies cited above that is relied on as evidence of microtubule superradiance in support of Orch-OR relies on earlier studies of UV biophotons measured in single-celled organisms like E. coli and respiratory deficient yeast as the basis for its contention that such biophotons are present in cells.[73][74] That study also used UV-vis equipment with a light source that can generate 1020 photons per second, which is not representative of neurons’ environment.
  • Ferritin in the human body absorbs UV from external sources at least in the skin and in the cornea, where the levels of UV photons are much higher than measured biophoton levels of UV even in E. coli and yeast.[75][76] Endogenous ferritin in neurons would absorb UV biophotons that might be emitted from chemical processes (at levels that are too low to measure), and those UV biophotons would not even reach microtubules to cause superradiance or energy transport.
  • Ferritin contains tryptophan residues, the same material in microtubules that is supposed to cause microtubule superradiance.[77] According to one of the studies cited above, microtubule superradiance is based on special configurations of tryptophan residues. The failure of that study to consider additional ferritin tryptophan residues in the vicinity of microtubule tryptophan residues means that the study is not relevant to cellular environments that include ferritin (which is basically every cell). As noted above, ferritin perturbs tubulin in the vicinity of tryptophan residues, which invalidates an a priori assumption of that study.
  • Ferritin has stronger ionic interaction with microtubules than the anesthetics that were used in one of the studies cited above and has electrical and magnetic properties that those anesthetics lack.[78][79][80] Even if anesthetics interact with microtubules, ferritin has stronger interactions with microtubules, which may explain why ferritin is able to quench microtubule fluorescence.

Badania biofotonów. W ludzkim ciele nie znaleziono żadnych dowodów na obecność biofotonów ultrafioletowych (UV).[72] Z kolei co najmniej jedno z badań cytowanych powyżej, na które powołuje się jako na dowód nadpromienistości mikrotubul na poparcie teorii Orch-OR, opiera się na wcześniejszych badaniach biofotonów UV mierzonych u organizmów jednokomórkowych, takich jak E. coli i drożdże z niewydolnością układu oddechowego, jako podstawie swojego twierdzenia, że ​​takie biofotony występują w komórkach.[73][74] W badaniu tym wykorzystano również sprzęt UV-vis ze źródłem światła generującym 1020 fotonów na sekundę, co nie jest reprezentatywne dla środowiska neuronów.

Ferrytyna w ludzkim ciele pochłania promieniowanie UV ze źródeł zewnętrznych, przynajmniej w skórze i rogówce, gdzie poziomy fotonów UV są znacznie wyższe niż zmierzone poziomy biofotonów UV, nawet w E. coli i drożdżach.[75][76] Endogenna ferrytyna w neuronach absorbowałaby biofotony UV, które mogłyby być emitowane w procesach chemicznych (na poziomach zbyt niskich, aby je zmierzyć), a te biofotony UV nie docierałyby nawet do mikrotubul, powodując nadpromienistość lub transport energii.

Ferrytyna zawiera reszty tryptofanu, ten sam materiał w mikrotubulach, który rzekomo powoduje nadpromienistość mikrotubul.[77] Według jednego z cytowanych powyżej badań, nadpromienistość mikrotubul opiera się na specjalnych konfiguracjach reszt tryptofanu. Brak uwzględnienia w tym badaniu dodatkowych reszt tryptofanu ferrytyny w pobliżu reszt tryptofanu mikrotubul oznacza, że ​​badanie to nie ma znaczenia dla środowisk komórkowych, w których występuje ferrytyna (czyli zasadniczo każda komórka). Jak wspomniano powyżej, ferrytyna zaburza działanie tubuliny w pobliżu reszt tryptofanu, co podważa a priori założenie tego badania.

Ferrytyna wykazuje silniejsze oddziaływanie jonowe z mikrotubulami niż środki znieczulające stosowane w jednym z wyżej wymienionych badań i posiada właściwości elektryczne i magnetyczne, których tym środkom znieczulającym brakuje.[78][79][80] Nawet jeśli środki znieczulające oddziałują z mikrotubulami, ferrytyna wykazuje silniejsze oddziaływanie z mikrotubulami, co może wyjaśniać, dlaczego ferrytyna jest w stanie tłumić fluorescencję mikrotubul.

In summary, experiments trying to demonstrate microtubule superradiance involved unrealistic levels of UV light and artificial environments, and excluded cellular substances that would prevent microtubule superradiance and energy transport.

Podsumowując, eksperymenty mające na celu wykazanie nadpromienistości mikrotubul obejmowały nierealistyczne poziomy promieniowania UV i sztuczne środowiska, a także wykluczały substancje komórkowe, które mogłyby zapobiegać nadpromienistości mikrotubul i transportowi energii.

Neuroscience

Further information: Neuroscience

Dalsze informacje: Neuronauka

Biology-based criticisms have been offered, including a lack of explanation for the probabilistic release of neurotransmitters from presynaptic axon terminals[81][82][83] and an error in the calculated number of the tubulin dimers per cortical neuron.[84]

Pojawiły się krytyczne uwagi oparte na biologii, w tym brak wyjaśnienia probabilistycznego uwalniania neuroprzekaźników z presynaptycznych zakończeń aksonów[81][82][83] oraz błąd w obliczonej liczbie dimerów tubuliny przypadającej na neuron korowy.[84]

In 2014, Penrose and Hameroff published responses to some criticisms and revisions to many of the theory’s peripheral assumptions, while retaining the core hypothesis.[2][6]

W 2014 roku Penrose i Hameroff opublikowali odpowiedzi na krytykę i rewizje wielu peryferyjnych założeń teorii, zachowując jednocześnie hipotezę główną.[2][6]

See also
References
Sources
Podziel się!