Quanteneffekte Gehirn Bewusstsein erklären könnte?

Aktualisiert am Montag, den 1. Juli um 9:25 Uhr ET.

NEW YORK – Die Idee, dass Bewusstsein von mechanischen Quantenphänomene im Gehirn entsteht ist faszinierend, doch fehlen Beweise, sagen Wissenschaftler.

Physiker Roger Penrose, der University of Oxford und der Anästhesist Stuart Hameroff, von der University of Arizona, vorschlagen, dass das Gehirn als einen Quantencomputer handelt – eine rechnerische Maschine, macht verwenden Quantum mechanische Phänomene (wie die Fähigkeit von Partikeln, an zwei Orten gleichzeitig sein) für komplexe Berechnungen. Im Gehirn könnte Fasern innen Neuronen bilden die Grundeinheiten der Quantenrechnen, Penrose und Hameroff erklärt auf die globale Zukunft 2045 internationalen Kongress, eine futuristische Konferenz hier Juni 15-16.

Die Idee ist attraktiv, weil Neurowissenschaften, bisher keine zufriedenstellende Erklärung für das Bewußtsein hat – den Zustand der selbst-bewusst und mit sinnlichen Erfahrungen und Gedanken. Aber viele Wissenschaftler sind skeptisch, unter Berufung auf einen Mangel der experimentelle Beweis für die Idee. [Bewusstsein zu schlafen: Top 10 Geheimnisse des Geistes]

Das Orch oder Modell

Penrose und Hameroff unabhängig ihre Ideen entwickelt, sondern arbeitete in den frühen 1990er Jahren, nennen sie das orchestriert Ziel Reduktion (Orch OR) Modell zu entwickeln.

Penrose die Arbeit ruht auf einer Auslegung der Mathematiker Kurt Godel Unvollständigkeitssatz, der besagt, dass bestimmte Ergebnisse von einem Computeralgorithmus nicht bewiesen werden können. Penrose argumentiert, dass menschliche Mathematiker in der Lage sind, so genannte "Godel-unbeweisbar" Ergebnisse zu beweisen, und daher nicht menschliche Gehirne als typische Computer beschrieben werden. Stattdessen sagt er, müssen um diese höheren Fähigkeiten zu erreichen, Vorgänge im Gehirn auf die Quantenmechanik verlassen.

Aber Penrose Theorie nicht erklären, wie diese Quanten-computing in tatsächlichen Gehirn, nur fiel ein, dass das Phänomen nötig wäre, um bestimmte mathematische Gleichungen zu lösen. Hameroff lesen Penrose Arbeit und empfohlene kleine faserige Strukturen, die Zellen ihre strukturelle Unterstützung geben – bekannt als Mikrotubuli – möglicherweise in der Lage, Quantum Berechnungen durchzuführen.

Mikrotubuli bestehen aus Einheiten von dem Protein Tubulin enthält Regionen wo Elektronen um sehr nahe beieinander wirbeln sind. Hameroff vorgeschlagen, dass diese Elektronen "Quantum verstrickt," einen Zustand, in dem zwei Teilchen, die eine Verbindung beibehalten, werden könnte und eine Aktion ausgeführt auf einem wirkt andererseits, selbst wenn die beiden durch einen Abstand getrennt sind.

Im Orch oder Modell instabil werden die mathematischen Wahrscheinlichkeiten, die beschreiben, die Quantenzustände dieser verschränkten Elektronen in Mikrotubuli in der Raumzeit. Diese mathematische Wahrscheinlichkeiten sind Wellenfunktionen genannt, und in diesem Szenario sie zusammenbrechen, aus einem Zustand der Wahrscheinlichkeit einer bestimmten Wirklichkeit bewegt. In diesem Zustand konnte die Mikrotubuli in einer Nervenzelle mit denen in anderen Neuronen über elektrische Verbindungen bekannt als Gap Junctions verknüpft werden. Diese Kreuzungen ließen die Elektronen "Tunnel" in andere Regionen des Gehirns, was zu Wellen der neuronalen Aktivität, die als bewusste Erfahrung wahrgenommen werden.

"Penrose hatte einen Mechanismus für Bewusstsein, und ich eine Struktur hatte", sagte Hameroff LiveScience.

Probleme mit dem Modell

Interessant, wie es klingt, das Orch oder Modell nicht experimentell getestet wurde, und viele Wissenschaftler ablehnen.

Quantencomputer – Computer, die quantenmechanische Effekte zu erreichen, extrem schnelle Berechnungen nutzen — haben theoretisiert worden, aber nur eine (gebaut von der Firma D-Wave) ist im Handel erhältlich, und sei es eine wahre Quantencomputer ist umstritten. Solche Computer wäre extrem empfindlich auf Störungen in einem System, die Wissenschaftler bezeichnen als "Lärm." Um Rauschen zu minimieren, ist es wichtig, das System isolieren und halten es sehr kalt (weil Wärme bewirkt, Partikel dass zu beschleunigen und Lärm zu erzeugen).

Quantencomputer zu bauen ist eine Herausforderung auch unter streng kontrollierten Bedingungen. "Dies ist ein desolate Bild für Quantenrechnen im Inneren des Gehirns Feuchte und warme malt," schrieb Christof Koch und Klaus Hepp, Universität Zürich, Schweiz, in einem Essay im Jahr 2006 in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht.

Ein weiteres Problem mit dem Modell hat zu tun mit den Fristen der Quantenrechnen beteiligt. MIT Physiker Max Tegmark getan hat Berechnungen von Quanteneffekten in das Gehirn zu finden, dass Quantenzustände im Gehirn zuletzt viel zu kurzer Zeit zu sinnvollen Gehirn Verarbeitung führen. Tegmark namens Orch oder Model vage, sagen, dass die einzigen Zahlen, die er für weitere konkrete Modelle gesehen ist Weise ausgeschaltet sind.

"Viele Leute scheinen zu glauben, dass Bewusstsein ein Mysterium ist und Quantenmechanik ist ein Geheimnis, so dass sie verwandt werden müssen," sagte Tegmark LiveScience.

Das Orch oder Modell entzieht Neurowissenschaftler sowie Kritik. Das Modell besagt, dass Quanten-Fluktuationen innen Mikrotubuli Bewusstsein erzeugen. Aber theoretische Neurowissenschaftler Bernard Baars, CEO der gemeinnützigen Gesellschaft für Geist-Gehirn-Wissenschaften in Falls Church, Virginia, der hinzufügte, "Pflanzen, nach bestem Wissen und Gewissen, nicht bewusst sind.", sagte Mikrotubuli auch in Pflanzenzellen zu finden sind

Diese Kritik Quantenbewusstsein grundsätzlich nicht ausschließen, aber ohne experimentelle Beweise, bleiben viele Wissenschaftler nicht überzeugt.

"Wenn jemand mit nur einem einzigen Experiment kommt" demonstrieren Quantenbewusstsein Baars sagte: "Ich werde meine Skepsis fallen."

Anmerkung des Herausgebers : Dieser Artikel wurde aktualisiert am 27. Juni 2013, die Anweisung zu ändern, die "... keine Quantencomputer realisiert." Die Firma D-Wave behauptet, einerseits erstellt haben, obwohl einige in Frage stellen, ob es wirklich als ein Quantencomputer durchführt.

Nachtrag: (1. Juli 2013)

In Reaktion auf die Kritik des Modells Orch oder in diesem Artikel zitiert bietet Stuart Hameroff mehrere Stücke von beweisen. Als Antwort auf den Einwand, den das Gehirn ist zu sagte warm für Quanten-Berechnungen, Hameroff zitiert eine 2013-Studie unter der Leitung von Anirban Bandyopadhyay am National Institute of Materials Sciences (NIMS) in Tsukuba, Japan, der zufolge "Mikrotubuli im wesentlichen Quantum leitfähig, wenn bei bestimmten Resonanzfrequenzen angeregt werden", Hameroff.

Als Antwort auf die Kritik, die Mikrotubuli in (unbewussten) Pflanzenzellen zu finden sind, sagte Hameroff, dass Pflanzen nur eine geringe Anzahl von Mikrotubuli, wahrscheinlich auch nur wenige haben, die Schwelle zu erreichen benötigt für das Bewußtsein. Aber er stellte auch fest, dass Gregory Engel von der University of Chicago und Kollegen haben Quanteneffekte in pflanzlichen Photosynthese zu beobachten. "Wenn eine Tomate oder Steckrüben Quanten-Kohärenz bei warmen Temperaturen nutzen kann, warum nicht unsere Gehirne?" Hameroff, sagte.

In Reaktion auf allgemeine Einwände gegen einen Mangel an Beweisen für seine Theorie zitiert Hameroff 2013 Studie Rod Eckenhoff an der University of Pennsylvania führte die suggeriert, dass Anästhetika, die nur bewusste Gehirnaktivität zu stoppen – über Mikrotubuli zu handeln.

Diese Studien unterstützen einige der Orch oder Modell. Aber wie mit allen wissenschaftlichen Hypothesen, das Modell muss akkumulieren erhebliche Anhaltspunkte dafür um breite Akzeptanz innerhalb der wissenschaftlichen Gemeinschaft zu verdienen.

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