Cập nhật vào thứ Hai, ngày 1 tháng 7, lúc 9:25 sáng giờ ET.
NEW YORK - Ý tưởng cho rằng ý thức nảy sinh từ các hiện tượng cơ học lượng tử trong não rất hấp dẫn, nhưng thiếu bằng chứng, các nhà khoa học cho biết.
Nhà vật lý Roger Penrose, Đại học Oxford, và bác sĩ gây mê Stuart Hameroff, Đại học Arizona, đề xuất rằng bộ não hoạt động như một máy tính lượng tử - một cỗ máy tính toán sử dụng các hiện tượng cơ học lượng tử (như khả năng của các hạt. hai nơi cùng một lúc) để thực hiện các phép tính phức tạp. Trong não, các sợi bên trong tế bào thần kinh có thể tạo thành các đơn vị tính toán lượng tử cơ bản, Penrose và Hameroff giải thích tại Đại hội Quốc tế Tương lai Toàn cầu 2045, một hội nghị tương lai được tổ chức tại đây từ 15-16 / 6.
Ý tưởng này rất hấp dẫn, bởi vì khoa học thần kinh, cho đến nay, không có lời giải thích thỏa đáng nào cho ý thức - trạng thái tự nhận thức và có những trải nghiệm và suy nghĩ cảm giác. Nhưng nhiều nhà khoa học hoài nghi, trích dẫn thiếu bằng chứng thực nghiệm cho ý tưởng này.
Mô hình dàn nhạc OR
Penrose và Hameroff đã phát triển ý tưởng của họ một cách độc lập, nhưng đã hợp tác vào đầu những năm 1990 để phát triển cái mà họ gọi là mô hình Giảm mục tiêu được phối hợp (dàn OR).
Công trình của Penrose dựa trên việc giải thích định lý bất toàn của nhà toán học Kurt Godel, trong đó tuyên bố rằng một số kết quả nhất định không thể được chứng minh bằng thuật toán máy tính. Penrose lập luận rằng các nhà toán học của con người có khả năng chứng minh cái gọi là kết quả "không thể chứng minh được", và do đó bộ não của con người không thể được mô tả như những máy tính điển hình. Thay vào đó, ông nói, để đạt được những khả năng cao hơn này, các quá trình của não phải dựa vào cơ học lượng tử.
Nhưng lý thuyết của Penrose đã không giải thích làm thế nào tính toán lượng tử này xảy ra bên trong bộ não thực tế, chỉ là hiện tượng này sẽ cần thiết để giải quyết các phương trình toán học nhất định. Hameroff đọc công trình của Penrose và đề xuất các cấu trúc sợi nhỏ cung cấp cho các tế bào sự hỗ trợ cấu trúc của chúng - được gọi là các vi ống - có thể có khả năng thực hiện các tính toán lượng tử.
Các vi ống được tạo thành từ các đơn vị của protein tubulin, chứa các vùng nơi các electron đang quay xung quanh rất gần nhau. Hameroff đề xuất rằng các electron này có thể trở thành "vướng víu lượng tử", trạng thái trong đó hai hạt giữ kết nối và một hành động được thực hiện trên một ảnh hưởng đến nhau, ngay cả khi hai hạt cách nhau một khoảng cách.
Trong mô hình Orch OR, các xác suất toán học mô tả trạng thái lượng tử của các electron vướng víu này trong các vi ống trở nên không ổn định trong không-thời gian. Các xác suất toán học này được gọi là các hàm sóng và trong kịch bản này, chúng sụp đổ, chuyển từ trạng thái xác suất sang thực tế cụ thể. Ở trạng thái này, các vi ống trong một nơron có thể được liên kết với các tế bào thần kinh khác thông qua các kết nối điện được gọi là các mối nối khoảng cách. Các mối nối này sẽ cho phép các electron "chui" đến các vùng khác của não, dẫn đến các sóng hoạt động thần kinh được coi là trải nghiệm có ý thức.
"Penrose có một cơ chế cho ý thức và tôi có một cấu trúc," Hameroff nói với LiveScience.
Vấn đề với mô hình
Điều thú vị là âm thanh của nó, mô hình Orch OR chưa được thử nghiệm và nhiều nhà khoa học từ chối nó.
Máy tính lượng tử - máy tính tận dụng các hiệu ứng cơ học lượng tử để đạt được các phép tính cực nhanh - đã được lý thuyết hóa, nhưng chỉ có một (được chế tạo bởi công ty D-Wave), và liệu có phải là một máy tính lượng tử thực sự hay không. Những máy tính như vậy sẽ cực kỳ nhạy cảm với nhiễu loạn trong một hệ thống, mà các nhà khoa học gọi là "tiếng ồn". Để giảm thiểu tiếng ồn, điều quan trọng là cách ly hệ thống và giữ cho nó rất lạnh (vì nhiệt làm cho các hạt tăng tốc và tạo ra tiếng ồn).
Xây dựng máy tính lượng tử là một thách thức ngay cả trong các điều kiện được kiểm soát cẩn thận. "Điều này vẽ ra một bức tranh hoang vắng cho tính toán lượng tử bên trong bộ não ẩm ướt và ấm áp, của Christ Christof Koch và Klaus Hepp, thuộc Đại học Zurich, Thụy Sĩ, đã viết trong một bài tiểu luận xuất bản năm 2006 trên tạp chí Nature.
Một vấn đề khác với mô hình phải làm với thời gian liên quan đến tính toán lượng tử. Nhà vật lý học MIT Max Tegmark đã thực hiện các tính toán về hiệu ứng lượng tử trong não, phát hiện ra rằng trạng thái lượng tử trong não kéo dài quá ngắn để dẫn đến việc xử lý não có ý nghĩa. Tegmark gọi là mô hình Orch OR mơ hồ, nói rằng những con số duy nhất anh thấy cho các mô hình cụ thể hơn đã tắt.
"Nhiều người dường như cảm thấy rằng ý thức là một bí ẩn và cơ học lượng tử là một bí ẩn, vì vậy họ phải có liên quan", Tegmark nói với LiveScience.
Mô hình Orch OR cũng thu hút sự chỉ trích từ các nhà thần kinh học. Mô hình cho rằng các dao động lượng tử bên trong các vi ống tạo ra ý thức. Nhưng các vi ống cũng được tìm thấy trong các tế bào thực vật, theo nhà khoa học thần kinh lý thuyết Bernard Baars, Giám đốc điều hành của Hiệp hội Khoa học Tâm trí phi lợi nhuận ở Church Church, VA., Người nói thêm, "thực vật, theo hiểu biết tốt nhất của chúng tôi, không có ý thức."
Những lời chỉ trích này không loại trừ ý thức lượng tử về nguyên tắc, nhưng không có bằng chứng thực nghiệm, nhiều nhà khoa học vẫn không thuyết phục.
"Nếu ai đó nghĩ ra chỉ với một thí nghiệm duy nhất", để chứng minh ý thức lượng tử, Baars nói, "Tôi sẽ vứt bỏ mọi hoài nghi của mình."
Lưu ý của biên tập viên: Bài viết này đã được cập nhật vào ngày 27 tháng 6 năm 2013 để sửa đổi tuyên bố rằng "không có máy tính lượng tử nào được thực hiện." Công ty D-Wave tuyên bố đã tạo ra một cái, mặc dù một số người đã đặt câu hỏi liệu nó có thực sự hoạt động như một máy tính lượng tử hay không.
Phụ lục: (ngày 1 tháng 7 năm 2013)
Đáp lại những lời chỉ trích của mô hình Orch OR được trích dẫn trong bài viết này, Stuart Hameroff đưa ra một số bằng chứng. Trả lời cho sự phản đối rằng bộ não quá ấm đối với các tính toán lượng tử, Hameroff trích dẫn một nghiên cứu năm 2013 do Anirban Bandyopadhyay tại Viện Khoa học Vật liệu Quốc gia (NIMS) ở Tsukuba, Nhật Bản, phát hiện ra rằng các vi ống của vi khuẩn trở nên cơ bản khi được kích thích. ở tần số cộng hưởng cụ thể, tổ chức Ham Hamoff nói.
Trả lời những lời chỉ trích rằng các vi ống cũng được tìm thấy trong các tế bào thực vật (vô thức), Hameroff nói rằng thực vật chỉ có một số lượng nhỏ các vi ống, có thể quá ít để đạt đến ngưỡng cần thiết cho ý thức. Nhưng ông cũng lưu ý rằng Gregory Engel của Đại học Chicago và các đồng nghiệp đã quan sát hiệu ứng lượng tử trong quang hợp thực vật. Nếu một quả cà chua hoặc rutabaga có thể sử dụng sự kết hợp lượng tử ở nhiệt độ ấm áp, tại sao bộ não của chúng ta không thể? Hameroff nói.
Đáp lại sự phản đối chung về việc thiếu bằng chứng cho lý thuyết của mình, Hameroff đã trích dẫn một nghiên cứu năm 2013 dẫn đầu Rod Eckenhoff tại Đại học Pennsylvania cho thấy thuốc gây mê - chỉ dừng hoạt động não có ý thức - hành động thông qua các vi ống.
Những nghiên cứu này cho vay một số hỗ trợ cho mô hình Orch OR. Nhưng như với tất cả các giả thuyết khoa học, mô hình phải tích lũy bằng chứng quan trọng để có được sự chấp nhận rộng rãi trong cộng đồng khoa học.
