Μπορούν τα κβαντικά φαινόμενα να εξηγήσουν τη συνείδηση;

Πηγή: New Scientist, 23 Οκτωβρίου 2007

Με τις θριαμβευτικές περιγραφές μιας σειράς υποατομικών φαινομένων, η κβαντομηχανική είναι μία από τις επιτυχέστερες επιστημονικές θεωρίες όλων των εποχών. Τελευταία δε προσφέρει μια πολύ δύσκολη εξήγηση ενός από τα μεγάλα μυστήρια στη βιολογία: τη φύση της συνείδησης. Μάλιστα σύμφωνα με τους ειδικούς μπορεί ακόμα να εξηγήσει γιατί τα όνειρα είναι σαν τα όνειρα.

Αριστερά: Έχουμε στην διφορούμενη εικόνα ένα βάζο ή δύο πρόσωπα;

Αυτές οι ελπίδες προέρχονται ένα κβαντικό μοντέλο της συνείδησης που αναπτύχθηκε από τον Ευστράτιο Μανουσάκη του πολιτειακού πανεπιστημίου της Φλόριδας. Το μοντέλο εμπνέεται από τις "αναστροφές της εικόνας" που κάνει ο εγκέφαλος όταν βρίσκεται αντιμέτωπος με μια διφορούμενη εικόνα, όπως αυτή αριστερά, η οποία μπορεί να μοιάζει είτε με ένα βάζο είτε με δύο πρόσωπα. Οι ψυχολόγοι συναρπάζονται εδώ και καιρό από το γεγονός ότι ο εγκέφαλος δεν μπορεί συνειδητά να αντιληφθεί και τις δύο όψεις ταυτόχρονα.

Αν κατανοήσουμε πώς κάνει την αλλαγή ο εγκέφαλος και από τη μια όψη, πχ ένα βάζο, αντιλαμβάνεται λίγο μετά την άλλη όψη που παρουσιάζονται σε μια εικόνα, θα πέσει φως στον τρόπο με τον οποίο παράγεται η συνειδητή εμπειρία. "Εάν μπορούμε να επισημάνουμε τι είναι διαφορετικό για τον εγκέφαλο, όταν κάποιος συνειδητοποιεί μια εικόνα ως προς τη μη συνειδητοποίηση, θα μπορούσαμε να λύσουμε μία από τις μεγαλύτερες ερωτήσεις που έμειναν στην επιστήμη", λέει η Olivia Carter, ένας οπτικός ψυχολόγος στο πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ.

Οι αναστροφές της εικόνας φαίνονται ειδικά όταν παρουσιάζονται ταυτόχρονα στον εγκέφαλο διαφορετικές εικόνες σε κάθε μάτι, οργανώνοντας έναν "διοφθαλμικό ανταγωνισμό", όπως λέγεται. Στα πειράματα που χρησιμοποιούν αυτήν την κατάσταση, οι συμμετέχοντες περιγράφουν πώς η εικόνα που αυτοί αντιλαμβάνονται περιοδικά αλλάζει από ένα βάζο σε ένα πρόσωπο. Οι ερευνητές μπορούν να καταγράψουν το χρόνο μεταξύ των αλλαγών, και χρησιμοποιούν την απεικόνιση του μαγνητικού συντονισμού για να μετρήσουν τις σχετικές νευρικές διαδικασίες στον εγκέφαλο.

Η αντιστροφή που φάνηκε στο διοφθαλμικό ανταγωνισμό υπενθύμισε στο Μανουσάκη την κβαντική συμπεριφορά των σωματιδίων. Σύμφωνα με την κβαντομηχανική, ένα σωματίδιο όπως ένα ηλεκτρόνιο δεν έχει σαφώς καθορισμένες ιδιότητες όσο δεν το παρατηρούμε. Μάλλον, βρίσκεται σε μια πολλαπλότητα αμοιβαία αντιφατικών καταστάσεων που η κάθε μία αντιπροσωπεύονται από μια κυματοσυνάρτηση. Το ηλεκτρόνιο υπάρχει μόνο όταν ένας παρατηρητής μετρά μια ιδιότητα και η κυματοσυνάρτηση καταρρέει σε μία από αυτές τις πολλαπλές επιλογές. Αυτό είναι το φαινόμενο στο οποίο ο Μανουσάκης βάσισε το μοντέλο του.

Κάνοντας δοκιμή της θεωρίας

Τα κβαντικά μοντέλο της συνείδησης δεν είναι νέο, ένα δε από το πιο διάσημα μοντέλα προτάθηκε στα μέσα της δεκαετίας του '90 από το μαθηματικό Roger Penrose στο πανεπιστήμιο της Οξφόρδης και τον Stuart Hameroff, έναν αναισθησιολόγο στο πανεπιστήμιο της Αριζόνας. Στο σενάριό τους, η συνείδηση προκύπτει από κβαντικούς υπολογισμούς που πραγματοποιούνται στις πρωτεϊνικές συνάψεις που ονομάζονται μικροσωλινίσκοι μέσα στους νευρώνες του εγκεφάλου. Αλλά σε αντίθεση από αυτό και άλλα προηγούμενα μοντέλα, του Μανουσάκη είναι ελέγξιμο.

Σε μια αναλογία με την κβαντομηχανική, ο Μανουσάκης καθορίζει δύο ξεχωριστές καταστάσεις του εγκεφάλου: "δυνατή συνείδηση" και "πραγματική συνείδηση". Ο Μανουσάκης αναπαριστάνει την δυνατή συνείδηση - μια κατάσταση στην οποία ο εγκέφαλος λαμβάνει και τις δύο εικόνες ταυτόχρονα - σαν μια κβαντική κυματοσυνάρτηση. Σύμφωνα με το μοντέλο του, η πραγματική συνείδηση εμφανίζεται όταν καταρρέει αυτή η κυματοσυνάρτηση και ο εγκέφαλος αντιλαμβάνεται μια από τις δύο εικόνες. Η διαδικασία αρχίζει έπειτα εκ νέου, με μια άλλη κυματοσυνάρτηση της δυνατής συνείδησης που εν συνεχεία καταρρέει με τη σειρά της, επιτρέποντας στον συμμετέχοντα παρατηρητή να αντιληφθεί την δεύτερη ανταγωνιστική εικόνα.

Για να θέσει τις τιμές των παραμέτρων στο μοντέλο του, ο Μανουσάκης χρησιμοποίησε τους ρυθμούς με τους οποίους οι νευρώνες πυροδοτούνται στον εγκέφαλο των ανθρώπων που συμμετέχουν στα πειράματα του διοφθαλμικού ανταγωνισμού, μαζί με τους ρυθμούς που αυτοί αναφέρουν μεταξύ των αντιληπτών αναστροφών της εικόνας. Έτσι από αυτούς τους ρυθμούς υπολόγισε την τιμή της χαρακτηριστικής συχνότητας που ελέγχει τις κβαντικές διαδικασίες, που μπορούν να κρυφτούν κάτω από τη συνείδηση στον εγκέφαλο.

Τέλος για να δοκιμάσει την προφητική δύναμη του μοντέλου του ο Μανουσάκης χρησιμοποίησε στοιχεία από παρόμοια πειράματα, που πραγματοποιήθηκαν σε ανθρώπους που αργότερα αποδείχθηκε ότι έκαναν χρήση του LSD. Σε αυτά τα πρόσωπα, ο ρυθμός πυροδότησης των νευρώνων ήταν πιο αργός, και όταν το μοντέλο του τροφοδοτήθηκε με το κβαντικό μοντέλο της συνείδησής οδηγήθηκε σε μια διαφορετική πρόβλεψη για το μοτίβο των ρυθμών των αλλαγών της εικόνας, που πρέπει να δουν τα άτομα υπό εξέταση. Είναι ενδιαφέρον, ότι αυτές οι προβλέψεις του θεωρητικού μοντέλου ταίριαξαν με αυτά που τα πρόσωπα που εξετάστηκαν ανέφεραν ότι είχαν δει.

Ο Franco Nori, ένας κβαντικός φυσικός στο πανεπιστήμιο του Μίτσιγκαν, που στο παρελθόν ήταν δύσπιστος για τις προσπάθειες να βρεθεί ένα κβάντο στη συνείδηση, λέει ότι ο Μανουσάκης τον έχει κάνει να αλλάξει τις ιδέες του. "Η θεωρία αυτή είναι διαφορετική, η λογική της είναι άψογη", λέει. Ο Nori εντυπωσιάζεται ιδιαίτερα από τα αποτελέσματα του LSD . "Είναι μια αξιόλογη επίδραση που μπορεί να αποδείξει ότι η συνείδηση και η κβαντική θεωρία συνδέονται στενά", συμπληρώνει.

Αριστερά: Σε αυτή την επεξεργασία του μαγνητογραφήματος του εγκεφάλου φαίνεται η δράση των νευροδιαβιβαστών στις συνάψεις

Ο Henry Stapp, άλλος ένας φυσικός στο Εθνικό Εργαστήριο Lawrence Μπέρκλευ στην Καλιφόρνια που παρήγαγε μια δικιά του θεωρία της κβαντικής συνείδησης, θεωρεί ότι η εργασία του Μανουσάκη θα μπορούσε να έχει βαθιές επιπτώσεις. "Εάν είναι σωστή, είναι μια εργασία ορόσημο που χρησιμοποιεί για πρώτη φορά την κβαντομηχανική για να διευκρινίσει τη δυναμική του εγκεφάλου, και συγχρόνως ταιριάζει με τα υπάρχοντα πειραματικά στοιχεία αλλά και παρέχει τις ελέγξιμες προβλέψεις," λέει. Όταν του γίνονται ερωτήσεις για τον πιθανό μηχανισμό για την κβαντική συνείδηση, εντούτοις, ο Stapp σημειώνει ότι θέλει προσοχή αυτό το ζήτημα. Επισημαίνει ότι οι φυσικοί που προσπαθούν να φτιάξουν τους κβαντικούς υπολογιστές έχουν δυσκολευτεί να διατηρήσουν τις κβαντικές καταστάσεις, καθώς αυτές καταστρέφονται γρήγορα όταν αλληλεπιδρούν με το περιβάλλον τους. "Οι κριτικοί συχνά υποστηρίζουν ότι για αυτόν τον λόγο οι εν λόγω μεγάλης κλίμακας κβαντικές καταστάσεις δεν μπορούν απλά να επιζήσουν στον εγκέφαλο για να συμμετέχουν αρκετό καιρό στις νοητικές διαδικασίες," πιστεύει.

Ο Carter καλωσορίζει τομ Μανουσάκη που εισέρχεται στην ψυχολογία από τον χώρο της φυσικής αλλά υποπτεύεται ότι θα πρέπει να πειστούν περισσότερο οι επιστήμονες της νευρολογίας.

Ο Hameroff προτείνει ότι η κατάσταση της δυνατής συνείδησης αντιστοιχεί με την εμπειρία μας του υποσυνείδητου μυαλού, τις οποίες εμείς καλούμε στα όνειρα. Οι ασυναίσθητες δυνατότητες όπως τα όνειρα μοιάζουν με τις κβαντικές πληροφορίες, λέει, με τις "πολλαπλές συνυπάρχουσες δυνατότητες, το άχρονο, την κρυμμένη ιδέα και την παράξενη λογική τους".

Εντούτοις, δεν νομίζει ότι το μοντέλο του Μανουσάκη είναι αρκετό για να εξηγήσει την προέλευση της συνείδησης, δεδομένου ότι απαιτεί κάποια μορφή εξωτερικής συνείδησης για να είναι σε κατάσταση να παρατηρήσει την κβαντική κατάσταση για να την αναγκάσει να καταρρεύσει. Σε αντίθεση, με το μοντέλο των Penrose-Hameroff, οι κβαντικές καταστάσεις μέσα στους μικροσωληνίσκους μπορούν να καταρρεύσουν χωρίς να υπάρχει ανάγκη για εξωτερική συνείδηση.

Μεταξύ εκείνων που δεν έχουν πειστεί από ολόκληρη την ιδέα μιας κβαντικής βάσης για τη συνείδηση είναι ο Hugh Wilson, ένας οπτικός νευροεπιστήμονας στο πανεπιστήμιο της Υόρκης στο Οντάριο, ο οποίος εκπαιδεύεται επίσης στη φυσική. "Ο εγκέφαλος είναι ένα μακροσκοπικό αντικείμενο," λέει. "Ακριβώς όπως οι κβαντικές διαδικασίες δεν είναι σημαντικές στον καθορισμό της συμπεριφοράς μεγάλων αντικειμένων, όπως είναι οι μπάλες, δεν νομίζω ότι είναι σημαντικές στον καθορισμό των έργων της συνείδησης."

Έξι πόδια, δύο μάτια, ένα φωτόνιο

Μπορείτε να μετατρέψετε μια κατσαρίδα σε κβαντικό ανιχνευτή φωτονίων; Ο Patrick Suppes στο πανεπιστήμιο του Στάνφορντ προσπαθεί να καταφέρει αυτόν τον άθλο για να καθορίσει εάν η κβαντομηχανική θα μπορούσε πραγματικά να λειτουργεί στον εγκέφαλο.

Η κβαντομηχανική δεν επικαλείται συνήθως για να εξηγήσει πώς το μάτι και ο εγκέφαλος αποκρίνονται στο εισερχόμενο φως. Ακόμη και στο αμυδρό φως, τα μάτια μας πλημμυρίζονται από φωτόνια, και οι νόμοι της κλασσικής φυσικής είναι αρκετοί για να εξηγήσουν πώς ο εγκέφαλος μας αποκρίνονται στην έντασή του. Εντούτοις, μερικά μάτια εντόμων είναι πιο ευαίσθητα, και είναι δυνατό αυτά να μπορούν να συλλέξουν μοναδικά φωτόνια, λέει ο Suppes.

Ο Suppes μαζί με τον Jose Acacio de Barros του Πολιτειακού Πανεπιστημίου του Σαν Φρανσίσκο έχουν επινοήσει ένα πείραμα για να το εξετάσουν. Οι κατσαρίδες είναι στο σπίτι στα πολύ αμυδρά περιβάλλοντα, λέει ο Suppes, που παρουσίασε τα σχέδιά του στην διάσκεψη κβαντικών αλληλεπιδράσεων στο Στάνφορντ στις αρχές του τρέχοντος έτους. Οι ερευνητές σκοπεύουν να διδάξουν στις κατσαρίδες ότι θα λάβουν ανταμοιβή εάν κινηθούν προς μια πηγή φωτός. Έπειτα, θα πυροδοτήσουν από ένα λέιζερ ένα ένα φωτόνιο σε αυτές τις "κατσαρίδες Pavlov" για να δουν εάν θα αντιδράσουν.

Ένα θετικό αποτέλεσμα θα δείξει ότι τα κβαντικά φαινόμενα μπορούν να συλλεχθούν και να χειριστούν από τον εγκέφαλο, εξηγεί ο Suppes. "Δεν δείχνουμε συνήθως εμπιστοσύνη στα έντομα ότι θα βρεθούν στα όρια ανάμεσα στην κβαντική και την κλασσική διαίρεση," προσθέτει, "αλλά μπορούμε σύντομα να το κάνουμε."