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Julio - Noviembre 2021 del Sitio Web BigThink
traducción de
Adela Kaufmann
Parte 1 Julio 22, 2021
Un físico teórico vuelve a la teoría de Penrose y Hameroff de la "conciencia quántica"...
Una de las cuestiones abiertas más importantes de la ciencia es cómo
se establece nuestra conciencia. En la década de 1990, mucho antes de ganar el Premio Nobel de Física 2020 por su predicción de los agujeros negros, el físico Roger Penrose se asoció con el anestesiólogo Stuart Hameroff para proponer una respuesta ambiciosa.
Afirmaron que el sistema neuronal del cerebro forma una intrincada red, y que la conciencia que esto produce debería obedecer las reglas de la mecánica quántica, la teoría que determina cómo las partículas diminutas como los electrones se mueven. Esto, argumentan, podría explicar la misteriosa complejidad de la conciencia humana.
Penrose y Hameroff fueron recibidos con incredulidad. Las leyes de la mecánica quántica generalmente solo se aplican a temperaturas muy bajas.
Los ordenadores cuánticos, por ejemplo, en la actualidad funcionan a alrededor de -272° C. A temperaturas más altas, la mecánica clásica se hace cargo. Dado que nuestro cuerpo funciona a temperatura ambiente, es de esperar que se rija por las leyes clásicas de la física.
Por esta razón, la teoría de la conciencia quántica ha sido descartada por muchos científicos, aunque otros son partidarios persuadidos.
En lugar de entrar en este debate, decidí unir fuerzas con colegas de China, dirigidos por el profesor Xian-Min Jin de la Universidad Jiaotong de Shanghai, para probar algunos de los principios que sustentan la teoría quántica de la conciencia.
En nuestro nuevo artículo, hemos investigado cómo las partículas quánticas podrían moverse en una estructura compleja como el cerebro - pero en un laboratorio.
Si nuestros hallazgos se pueden comparar algún día con la actividad medida en el cerebro, podemos acercarnos un paso más a validar o descartar la controvertida teoría de Penrose y Hameroff.
Cerebros y fractales
Nuestros cerebros están compuestos por células llamadas neuronas y se cree que su actividad combinada genera conciencia...
Cada neurona contiene microtúbulos, que transportan sustancias a diferentes partes de la célula.
La teoría de Penrose-Hameroff de la conciencia quántica sostiene que los microtúbulos están estructurados en un patrón fractal que permitiría que ocurrieran procesos cuánticos.
Los fractales son estructuras que no son ni bidimensionales ni tridimensionales, sino que tienen un valor fraccionario intermedio.
En matemáticas, los fractales emergen como hermosos patrones que se repiten infinitamente, generando lo que parece imposible: una estructura que tiene un área finita, pero un perímetro infinito.
Esto puede parecer imposible de visualizar, pero los fractales ocurren con frecuencia en la naturaleza.
Si observa de cerca las flores de una coliflor o las ramas de un helecho, verá que ambas están compuestas por la misma forma básica que se repite una y otra vez, pero a escalas cada vez más pequeñas.
Esa es una característica clave de los fractales.
Lo mismo sucede si miras dentro de tu propio cuerpo:
Los fractales también aparecen en las encantadoras obras de arte repetidas de MC Escher y Jackson Pollock, y se han utilizado durante décadas en tecnología, como en el diseño de antenas.
Esta extensión de Circle Limit III de Escher muestra su naturaleza fractal, repetitiva. (Vladimir-Bulatov / Deviantart, CC BY-NC-SA)
Todos estos son ejemplos de fractales clásicos: fractales que se rigen por las leyes de la física clásica en lugar de la física quántica.
Debido a que son infinitamente intrincados, lo que permite que la complejidad emerja de patrones simples repetidos, podrían ser las estructuras que sustentan las misteriosas profundidades de nuestra mente.
Pero si este es el caso, solo podría estar sucediendo a nivel cuántico, con partículas diminutas que se mueven en patrones fractales dentro de las neuronas del cerebro.
Por eso la propuesta de Penrose y Hameroff se llama,
Conciencia quántica
Todavía no podemos medir el comportamiento de los fractales cuánticos en el cerebro, si es que existen.
Pero la tecnología avanzada significa que ahora podemos medir fractales cuánticos en el laboratorio. En una investigación reciente que involucró un microscopio de efecto túnel (STM), mis colegas en Utrecht y yo dispusimos cuidadosamente los electrones en un patrón fractal, creando un fractal cuántico.
Cuando medimos la función de onda de los electrones, que describe su estado cuántico, descubrimos que ellos también vivían en la dimensión fractal dictada por el patrón físico que habíamos creado.
En este caso, el patrón que usamos en la escala quántica fue el triángulo de Sierpiński, que es una forma que se encuentra en algún lugar entre unidimensional y bidimensional.
Este fue un hallazgo emocionante, pero las técnicas STM no pueden probar cómo se mueven las partículas quánticas, lo que nos diría más sobre cómo pueden ocurrir los procesos cuánticos en el cerebro.
Entonces, en nuestra última investigación, mis colegas de la Universidad Jiaotong de Shanghai y yo fuimos un paso más allá.
Utilizando experimentos fotónicos de última generación, pudimos revelar el movimiento cuántico que tiene lugar dentro de los con un detalle sin precedentes.
Y en cada una de estas estructuras realizamos cientos de experimentos.
También realizamos experimentos en un fractal de forma cuadrada llamada la alfombra de Sierpiński. (Johannes Rössel / wikimedia)
Nuestras observaciones de estos experimentos revelan que los fractales cuánticos en realidad se comportan de manera diferente a los clásicos.
Específicamente, encontramos que la propagación de la luz a través de un fractal se rige por diferentes, en el caso, en comparación con el caso clásico.
Este nuevo conocimiento de los fractales cuánticos podría proporcionar las bases para que los científicos prueben experimentalmente la teoría de la conciencia quántica.
Si las mediciones quánticas del cerebro humano fuesen un día tomadas, podrían compararse con nuestros resultados para decidir definitivamente si la conciencia es un fenómeno clásico o cuántico.
Nuestro trabajo también podría tener profundas implicaciones en todos los campos científicos.
Al investigar el transporte cuántico en nuestras estructuras fractales diseñadas artificialmente, es posible que hayamos dado los primeros pequeños pasos hacia la unificación de la física, las matemáticas y la biología, lo que podría enriquecer enormemente nuestra comprensión del mundo que nos rodea, así como del mundo que existe en nuestras cabezas.
Parte 2
Mecánica quántica + conciencia: No hay nada mejor que mezclar dos grandes misterios por producir uno aún más grande...
Por supuesto, hay muchas formas de explorar esta cuestión, y la ciencia no es la única. Los artistas y filósofos tienen muy merecidamente el derecho a dilucidar algunos aspectos de nuestra identidad y vida subjetiva.
En un sentido, la ciencia es el nuevo chico en el bloque, teniendo
en cuenta que podemos fechar las primeras "casi" reflexiones
científicas sobre la mente y la materia a principios del siglo 17con
Descartes. Mucho más allá de Descartes y su dualidad mente-cuerpo, han surgido nuevas preguntas que son tan emocionantes como nebulosas:
No hay nada mejor que mezclar dos grandes misterios para producir uno aún mayor.
La verdad es que a pesar del tremendo éxito de la física quántica en lo que respecta a sus aplicaciones - las tecnologías digitales y nucleares que definen gran parte de la vida moderna - su interpretación sigue siendo incierta, un blanco de acalorados debates entre los físicos.
Sabemos cómo utilizar la física quántica, pero no sabemos qué es lo que nos dice acerca de la naturaleza de la realidad.
El cerebro es una caja negra
En cuanto a cómo el cerebro sostiene nuestra mente y conciencia, todavía sabemos muy poco, incluso si los avances en las técnicas de imágenes en las últimas dos décadas han revelado, hasta cierto punto, cómo los grupos de neuronas, a menudo en diferentes regiones del cerebro, se encienden bajo diferentes estímulos como luces en un árbol de Navidad.
En pocas palabras, el problema aquí es que marcar la actividad neuronal es la parte fácil de la tarea.
La parte difícil es comprender cómo las neuronas activas conspiran para crear el sentido de quiénes somos, es decir, traducir la actividad bioeléctrica y el flujo sanguíneo en autoconciencia.
En el siglo 17, Descartes propuso dividir la mente y la materia:
La mente no es materia, pero, maneras que dejó perplejo incluso a Descartes, puede influir en la materia.
Descartes también postuló que la mente precede a la materia, la esencia de sus famosos,
Este dualismo mente-cuerpo provocó y provoca mucha confusión, especialmente para quienes lo utilizan para defender la existencia de algún tipo de alma o espíritu que sea independiente de la materia y que pueda sobrevivir a su inexorable decadencia.
¿Cómo persiste el "yo" que eres sin las estructuras básicas del cerebro material?
En gran parte, los científicos y los filósofos defienden que solo existe la materia. El hecho de que el funcionamiento del cerebro siga siendo misterioso no se debe a alguna entidad inmaterial, sino a nuestra propia dificultad para comprender su complejidad.
Hay quienes proponen que, para comprender el cerebro, debemos comenzar de abajo hacia arriba: desde las neuronas individuales hasta los enlaces sinápticos y los neurotransmisores que fluyen entre ellos, hasta los grupos de neuronas y los circuitos cerebrales.
Están aquellos, especialmente los filósofos,
... a veces conocidos como los "Misterianos", que defienden que somos cognitivamente incapaces (o, como dice McGinn, "cognitivamente cerrados" a) comprender la conciencia, es decir, la experiencia subjetiva que tenemos cuando sentimos algo, ya sea el tono de un color o el enamoramiento.
¿Puede la mecánica quántica explicar la conciencia?
El extraño comportamiento de los sistemas cuánticos inspira especulaciones sobre cómo pueden desempeñar un papel en el funcionamiento del cerebro.
Después de todo, si adoptamos un enfoque de abajo hacia arriba, el cerebro está hecho de neuronas; y las neuronas, como cualquier otra célula, necesitan proteínas y una gran cantidad de biomoléculas para funcionar.
Dado que los efectos cuánticos tienen lugar a nivel molecular, es posible que puedan hacer algo importante para la conciencia.
El primer efecto cuántico que puede ser relevante es la superposición,
Por ejemplo, antes de que se detecte un electrón, puede estar en muchos lugares a la vez, o al menos así es como interpretamos los datos.
La maquinaria matemática de la mecánica quántica nos permite calcular la probabilidad de que el electrón se encuentre aquí o allá una vez medido.
Los datos, entonces, son las medidas de la posición del electrón dentro de la precisión del dispositivo de medición.
Esto es lo que han propuesto el físico ganador del Premio Nobel Roger Penrose y el anestesiólogo Stuart Hameroff.
Más abajo se muestra un video muy instructivo de su punto de vista:
La entidad activa que promueve la selección es una proteína llamada tubulina, que forma los microtúbulos que brindan soporte esquelético a la neurona.
Los microtúbulos podrían ser una especie de red de carreteras quánticas que respalda la superposición y los estados entrelazados de la tubulina dentro de las neuronas.
Supuestamente actúan como una computadora quántica para optimizar el rendimiento neuronal e interneuronal. Otras ideas provienen de Giulio Tononi y Christoph Kochen su Teoría de la Información Integrada, donde afirman que se aplica a las vibraciones quánticas en los microtúbulos.
El segundo efecto cuántico que podría ser relevante es el entrelazamiento,
Decimos que los estados entrelazados se comportan como una sola entidad, perdiendo sus identidades individuales.
La idea aquí es utilizar el aspecto espacial de los estados entrelazados para "extender" los efectos cuánticos con una firma determinada a través de largas distancias dentro de las redes neuronales.
Agua fría para la conciencia quántica
Ha habido fuertes críticas a las ideas de Penrose y Hameroff desde ángulos experimentales y teóricos.
Los argumentos teóricos, por ejemplo presentados por el físico del MIT Max Tegmark, sugieren que el cerebro está demasiado ocupado y es un ambiente cálido para sostener estados cuánticos coherentes.
De hecho, los estados cuánticos coherentes son muy frágiles:
En efecto, el ambiente cálido del cerebro puede convertir la mecánica quántica en física clásica.
No hay duda de que los efectos cuánticos añaden cierto grado de desconcierto a nuestra comprensión del mundo.
También es cierto que, al menos en el nivel sináptico, donde una gran cantidad de neurotransmisores fluyendo a través de estrechas puertas de aceptación, los efectos cuánticos podrían, de hecho, influir.
Actualmente, la opinión mayoritaria apunta hacia una explicación clásica del funcionamiento del cerebro a través de la miríada de acoplamientos de grupos neuronales y sus incesantes disparos.
Dada la naturaleza compleja de la conectividad interneuronal, ciertamente hay espacio para la exploración y la especulación. Como suele ser el caso, la solución puede no ser "una o la otra", sino "ambas".
Puede haber una cooperación entre los efectos cuánticos y clásicos que determinan conjuntamente el funcionamiento del cerebro en diferentes niveles.
Esta incognoscibilidad bien puede ser lo que rescatará lo que queda de nuestra humanidad de la imparable mecanización y objetivación de la existencia moderna...
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