עודכן ביום שני, 1 ביולי, בשעה 9:25 אחר הצהריים.
ניו יורק - הרעיון שהתודעה נובעת מתופעות מכניות קוונטיות במוח הוא מסקרן, ועם זאת חסר ראיות, אומרים מדענים.
הפיזיקאי רוג'ר פנרוז, מאוניברסיטת אוקספורד, והמרדים סטיוארט האמרוף מאוניברסיטת אריזונה, מציעים שהמוח ישמש כמחשב קוונטי - מכונה חישובית שעושה שימוש בתופעות מכניות קוונטיות (כמו היכולת של חלקיקים להיות בתוך שני מקומות בבת אחת) לביצוע חישובים מורכבים. במוח, סיבים בתוך נוירונים יכולים להוות את היחידות הבסיסיות של חישוב קוונטי, כך הסבירו פנרוז והמרוף בקונגרס העולמי העולמי 2045, ועידה עתידנית שהתקיימה כאן 15-16 ביוני.
הרעיון מושך, מכיוון שמדעי המוח, עד כה, אין הסבר מספק לתודעה - המצב של להיות מודע לעצמו ולחוות חוויות ומחשבות חושיות. אבל מדענים רבים סקפטיים, ומציינים חוסר ראיות ניסיוניות לרעיון.
דגם ה- Orch OR
פנרוז והמרוף פיתחו את רעיונותיהם באופן עצמאי, אך שיתפו פעולה בראשית שנות התשעים כדי לפתח את מה שהם מכנים מודל הפחתת המטרה התזמורתי (Orch OR).
עבודתו של פנרוז נשענת על פרשנות למשפט הלא-שלמות של המתמטיקאי קורט גודל, הקובע כי לא ניתן להוכיח תוצאות מסוימות באמצעות אלגוריתם מחשב. פנרוז טוען כי מתמטיקאים אנושיים מסוגלים להוכיח תוצאות כביכול "Godel-unprovable", ולכן אי אפשר לתאר את המוח האנושי כמחשבים טיפוסיים. במקום זאת, לדבריו, כדי להשיג יכולות גבוהות יותר אלה, על תהליכי המוח להסתמך על מכניקת הקוונטים.
אולם התיאוריה של פנרוז לא הסבירה כיצד חישוב קוונטי זה התרחש בתוך מוחם בפועל, רק שהתופעה תידרש לפתור משוואות מתמטיות מסוימות. המרוף קרא את עבודתו של פנרוז והציע מבנים סיביים קטנים המעניקים לתאים את התמיכה המבנית שלהם - המכונה מיקרו-צינורות - עשויים להיות מסוגלים לבצע חישובי קוונטים.
המיקרו-צינורות מורכבים מיחידות של טובולין החלבוני, המכיל אזורים שבהם האלקטרונים מסתחררים זה לזה קרוב מאוד. האמרוף הציע כי האלקטרונים הללו יכולים להיות "מסתבכים קוונטיים", מצב בו שני חלקיקים שומרים על קשר, ופעולה המתבצעת על האחת משפיעה על השנייה, גם כאשר השניים מופרדים על ידי מרחק.
במודל Orch OR, ההסתברויות המתמטיות המתארות את מצבי הקוונטים של האלקטרונים הסבוכים הללו במיקרו-צינורות הופכות לא יציבות בזמן החלל. ההסתברויות המתמטיות הללו נקראות פונקציות גל, ובתרחיש זה הן קורסות, עוברות ממצב של הסתברות למציאות מסוימת. במצב זה ניתן היה לקשור את המיקרו-צינורות בנוירון אחד לאלה הנוירונים האחרים באמצעות חיבורים חשמליים המכונים צמתים פערים. צמתים אלה יאפשרו לאלקטרונים "להתעלות" לאזורים אחרים במוח, וכתוצאה מכך גלי פעילות עצבית הנתפסים כחוויה מודעת.
"לפנרוזה היה מנגנון תודעה, והיה לי מבנה", אמר האמרוף ל- LiveScience.
בעיות עם הדגם
מעניין ככל שזה נשמע, דגם ה- Orch OR לא נבדק בניסוי, ומדענים רבים דוחים אותו.
מחשבים קוונטיים - מחשבים המנצלים את ההשפעות המכניות הקוונטיות כדי להשיג חישובים מהירים במיוחד - אומנו תיאוריה, אך רק אחד (שנבנה על ידי חברת D-Wave) זמין מבחינה מסחרית, והאם מדובר במחשב קוונטי אמיתי מתלבט. מחשבים כאלה יהיו רגישים ביותר להפרעות במערכת, שעל פי מדענים מכנים אותה "רעש". על מנת למזער את הרעש, חשוב לבודד את המערכת ולהשאיר אותה קר מאוד (מכיוון שחום גורם לחלקיקים להאיץ ולייצר רעש).
בניית מחשבים קוונטיים מאתגרת גם בתנאים מבוקרים בקפידה. "זה מצייר תמונה שוממה לחישוב קוונטי בתוך המוח הרטוב והחם", כתבו כריסטוף קוך וקלוס הייפ מאוניברסיטת ציריך, שוויץ, במאמר שפורסם בשנת 2006 בכתב העת Nature.
בעיה נוספת עם המודל קשורה לטווחי הזמן המעורבים בחישוב הקוונטי. הפיזיקאי של ה- MIT, מקס טגמרק, ביצע חישובים של השפעות קוונטיות במוח, ומצא כי מצבי קוונטים במוח נמשכים זמן קצר מדי כדי להוביל לעיבוד מוחי משמעותי. טגמרק כינה את דגם ה- Orch OR מעורפל, ואמר שהמספרים היחידים שראה עבור דגמים קונקרטיים יותר הם רחוקים.
"נראה כי אנשים רבים חשים שהתודעה היא תעלומה ומכניקת הקוונטים היא תעלומה, ולכן הם חייבים להיות קשורים", אמר טגמרק ל- LiveScience.
מודל ה- Orch OR מושך גם ביקורת מצד מדעני המוח. המודל גורס כי תנודות קוונטיות בתוך מיקרו-צינורות מייצרות תודעה. אבל מיקרו-צינורות נמצאים גם בתאי צמחים, אמר המדע העיוני התיאורטי ברנארד בארס, מנכ"ל האגודה למלכ"רים למדעי מוח במוח פאלס צ'רץ ', והוסיף כי "צמחים, למיטב ידיעתנו, אינם מודעים."
ביקורות אלה אינן שוללות את התודעה הקוונטית באופן עקרוני, אך ללא עדויות ניסיוניות מדענים רבים נותרים בלתי משוכנעים.
"אם מישהו יעלה רק ניסוי אחד בודד," כדי להפגין את התודעה הקוונטית, אמר בארס, "אני אפיל את כל הספקנות שלי."
הערת העורך: מאמר זה עודכן ב- 27 ביוני 2013 כדי לתקן את ההצהרה כי "לא התקיימו מחשבים קוונטיים ...". החברה D-Wave טוענת כי יצרה כזו, אם כי יש כאלה ששאלו האם היא באמת מתפקדת כמחשב קוונטי.
תוספת: (1 ביולי 2013)
בתגובה לביקורות על מודל ה- Orch OR שהובאו במאמר זה, סטיוארט המרוף מציע כמה ראיות. בתשובה להתנגדות שהמוח חם מדי לחישובי קוונטים, האמרוף מצטט מחקר שנערך בשנת 2013 בראשות אנירבן בנדיופאדיי במכון הלאומי למדעי החומרים (NIMS) בצוקובה, יפן, שגילה כי "מיקרו-צינורות הופכים למעשה למוליכים קוונטיים כאשר הם מגורים בתדרים מהודדים ספציפיים, "אמר האמרוף.
בתשובה לביקורת כי מיקרו-צינורות נמצאים גם בתאי צמחים (לא מודעים), אמר אמר כי לצמחים יש רק מספר קטן של מיקרו-צינורות, ככל הנראה מעטים מדי בכדי להגיע לסף הדרוש לתודעה. אך הוא גם ציין כי גרגורי אנגל מאוניברסיטת שיקגו ועמיתיו צפו בהשפעות קוונטיות בפוטוסינתזה של הצמח. "אם עגבנייה או רוטבאגה יכולים לנצל קוהרנטיות קוונטית בטמפרטורה חמה, מדוע המוח שלנו לא יכול?" אמר האמר.
בתגובה להתנגדויות כלליות לחוסר ראיות לתיאוריה שלו, ציין האמרוף כי מחקר שנערך בשנת 2013 הוביל את רוד אקנהוף מאוניברסיטת פנסילבניה, שמציע כי הרדמה - המפסיקה רק פעילות מוחית מודעת - פועלת באמצעות מיקרו-צינורות.
מחקרים אלה מעניקים תמיכה מסוימת למודל Orch OR. אך כמו בכל ההשערות המדעיות, על המודל לצבור ראיות משמעותיות כדי לקבל הסכמה נרחבת בקרב הקהילה המדעית.
