Κβαντική σύμπλεξη και συνείδηση

By physicsgg on 10/09/2024 • ( 0 )

Η κατανόηση της φύσης της συνείδησης είναι ένα από τα δυσκολότερα προβλήματα στην επιστήμη. Η ιδέα ότι η ανθρώπινη συνείδηση προκύπτει από τα κβαντικά φαινόμενα που παραγματοποιούνται σε μικροσωληνίσκους στον εγκέφαλο προτάθηκε για πρώτη φορά τη δεκαετία του ’90 από τον φυσικό Penrose και τον αναισθησιολόγο. Stuart Hameroff. Ο συγχρονισμός των νευρώνων εντός του εγκεφαλικού φλοιού αποτελεί την βάση για ποικίλες νευροβιολογικές διεργασίες, στενά συνδεδεμένες με ανωμαλίες στη λειτουργία του εγκεφάλου και τις εγκεφαλικές παθήσεις.

Πρόσφατες μελέτες έχουν επισημάνει τον ρόλο του φωτονίου ως κβαντικού αντικειμένου που εμπλέκεται στη νευρωνική λειτουργία, παρά την εξαιρετικά ασθενή εκπομπή φωτονίων στους ζωντανούς οργανισμούς. Μια τέτοια μελέτη δημοσίευσαν πρόσφατα οι κινέζοι ερευνητές Zefei Liu, Yong-Cong Chen και Ping Ao, με τίτλο «Entangled biphoton generation in the myelin sheath (arxiv.org)», όπου εξετάζεται η δημιουργία του φαινομένου της κβαντικής σύμπλεξης στον ανθρώπινο εγκέφαλο. Οι κινέζοι ερευνητές δείχνουν ότι πολλά συν-πλεκόμενα φωτόνια μπορούν να δημιουργηθούν μέσα στο περίβλημα μυελίνης που καλύπτει τις νευρικές ίνες. Κάτι που θα μπορούσε να εξηγήσει την ταχεία επικοινωνία μεταξύ των νευρώνων, η οποία μέχρι στιγμής πιστεύεται ότι είναι μικρότερη από την ταχύτητα του ήχου, πολύ αργή για να εξηγήσει πώς προκύπτει ο νευρικός συγχρονισμός.

Η επικοινωνία στο εσωτερικό του εγκεφάλου γίνεται με ηλεκτρικά σήματα που μεταδίδονται με τις συνάψεις μεταξύ των νευρώνων – τα κύρια συστατικά του νευρικού ιστού. Είναι η συγχρονισμένη δραστηριότητα εκατομμυρίων νευρώνων στην οποία βασίζεται η συνείδηση ​​(μεταξύ άλλων εγκεφαλικών δραστηριοτήτων). Αλλά ο τρόπος με τον οποίο γίνεται αυτός ο ακριβής συγχρονισμός είναι άγνωστος. Οι συνδέσεις μεταξύ των νευρώνων ονομάζονται νευροάξονες-μακριές δομές παρόμοιες με τα ηλεκτρικά καλώδια- οι οποίες καλύπτονται από μια επένδυση («θήκη») μυελίνης, έναν λευκό ιστό από λιπίδια.

Αποτελούμενη από εκατοντάδες στρώματα, η μυελίνη μονώνει, μορφοποιεί και παρέχει ενέργεια στους νευροάξονες. (Στην πραγματικότητα, μια σειρά τέτοιων περιβλημάτων εκτείνεται σε όλο το μήκος του νευροάξονα. Το περίβλημα μυελίνης έχει συνήθως μήκος περίπου 100 μm, με κενά μεταξύ τους 1 έως 2 μm). Πρόσφατα στοιχεία δείχνουν ότι η μυελίνη παίζει επίσης σημαντικό ρόλο στην διαδικασία του συγχρονισμού μεταξύ νευρώνων. Αλλά η ταχύτητα με την οποία τα σήματα διαδίδονται κατά μήκος των νευροαξόνων είναι μικρότερη από την ταχύτητα του ήχου, μερικές φορές πολύ μικρότερη -πολύ αργή για να δημιουργήσει τους εκατομμύρια συγχρονισμούς νευρώνων που αποτελούν τη βάση για όλα τα καταπληκτικά πράγματα που μπορεί να κάνει ο εγκέφαλος.

Για να λύσουν αυτό το πρόβλημα, οι κινέζοι ερευνητές διερεύνησαν το αν θα μπορούσαν να υπάρχουν συν-πλεγμένα φωτόνια μέσα σε αυτό το σύστημα νευροάξονα-μυελίνης, που θα μπορούσαν διαμέσου της «μαγικής» κβαντικής σύμπλεξης, να επικοινωνήσουν άμεσα στις εμπλεκόμενες αποστάσεις.

Τα φωτόνια που απελευθερώνονται κατά τη διάρκεια του κύκλου του τρικαρβοξυλικού οξέος στους νευρώνες συντονίζουν τις δονήσεις του δεσμού C-H στα μόρια λιπιδίων, αλλάζοντας πιθανώς τη διηλεκτρική σταθερά της μεμβράνης για να ενισχύσουν την αγωγιμότητα του δυναμικού δράσης.

Η λιπιδική μεμβράνη – το περίβλημα μυελίνης που περιβάλλει την εξωτερική πλευρά του νευράξονα – παρέχει ενέργεια στον νευροάξονα, ενισχύει την αγωγή του δυναμικού δράσης και δρα ως μονωτής στο νευρικό σύστημα.

Το περίβλημα μυελίνης θεωρείται γενικά μόνο ως μονωτής. Όμως υπάρχουν στοιχεία που αποδεικνύουν την πλαστικότητα της μυελίνης, αναδεικνύοντας τον ρόλο της πέρα ​​από τη μόνωση και τη δυνατότητά της να προάγει το συγχρονισμό της νευρικής φάσης.

Η μελέτη των κινέζων ερευνητών δείχνει ότι το φάσμα δόνησης των δεσμών C-H στις ουρές του μορίου λιπιδίου, εντός του περιβλήματος της μυελίνης, μπορεί να δημιουργήσει κβαντικά συν-πλεκόμενα ζεύγη φωτονίων μέσω της εκπομπής από τη δεύτερη διεγερμένη κατάσταση στη βασική κατάσταση.

Ένας κύκλος τρικαρβοξυλικού οξέος απελευθερώνει ενέργεια που αποθηκεύεται σε θρεπτικά συστατικά, μαζί με με έναν καταρράκτη υπέρυθρων φωτονίων. Αυτά τα φωτόνια συντονίζονται με τις δονήσεις των δεσμών άνθρακα-υδρογόνου (C-H) στα μόρια λιπιδίων και τα διεγείρουν σε μια υψηλότερη ενεργειακή κατάσταση δόνησης. Καθώς ο δεσμός μεταβαίνει στη συνέχεια σε μια κατάσταση χαμηλότερης δόνησης ενέργειας, απελευθερώνει έναν καταρράκτη φωτονίων.

Η κυλινδρική κοιλότητα που σχηματίζεται από το περίβλημα μυελίνης μπορεί να διευκολύνει την αυθόρμητη εκπομπή φωτονίων από τους κανονικούς τρόπους ταλάντωσης και να δημιουργήσει σημαντικό αριθμό συν-πλεκόμενων ζευγών φωτονίων. Επομένως, η αφθονία των μονάδων δόνησης του δεσμού C-H στους νευρώνες μπορεί να χρησιμεύσει ως πηγή πληροφοριών κβαντικής σύμπλεξης για το νευρικό σύστημα. Αυτά τα ευρήματα μπορεί να προσφέρουν μια εικόνα για την ικανότητα του εγκεφάλου να αξιοποιεί αυτόν τον τρόπο για κβαντική μεταφορά πληροφοριών, αναδεικνύοντας έτσι μια πιθανή πηγή για την συγχρονισμένη δραστηριότητα των νευρώνων.

Σύμφωνα με τον Yong-Cong Chen καθηγητή στο Τμήμα Φυσικής του Πανεπιστημίου της Σαγκάης: «Αν η δύναμη της εξέλιξης αναζητούσε μια πρακτική δράση από απόσταση, η κβαντική σύμπλεξη θα ήταν [ένας] ιδανικός υποψήφιος για αυτόν τον ρόλο». Μια πιθανότητα είναι ότι η κβαντική σύμπλεξη των φωτονίων θα μπορούσε να μετατραπεί σε σύμπλεξη κατά μήκος των καναλιών (αντλιών) ιόντων καλίου στον νευρώνα. Αν ισχύει αυτό, το άνοιγμα και το κλείσιμο ενός καναλιού μπορεί να επηρεάσει την απόδοση ενός άλλου κάπου αλλού.

Προφανώς η εν λόγω εργασία δεν αποδεικνύει την σχέση κβαντικής σύμπλεξης με την συνείδηση, όπως δηλώνουν και οι ίδιοι οι συγγραφείς της: «Δεν θα πούμε ότι υπάρχει άμεση σύνδεση. Σε αυτό το πρώιμο στάδιο, ο πρωταρχικός μας στόχος είναι να εντοπίσουμε πιθανούς μηχανισμούς του νευρωνικού συγχρονισμού, ο οποίος επηρεάζει πολλές νευροβιολογικές διεργασίες. Μέσα από αυτή την εργασία, ελπίζουμε να αποκτήσουμε βαθύτερη κατανόηση αυτών των φαινομένων.»

πηγές: https://phys.org/news/2024-08-photon-entanglement-rapid-brain-consciousness.html – https://twitter.com/NTFabiano/status/1827677201249997008

απο το By physicsgg    29/9/2024