ТЕОРИЯ, КОТОРУЮ ФИЗИКИ НЕНАВИДЯТ, А ПРОВЕРИТЬ ПОКА НЕ МОГУТ

Стюарт Хамерофф - анестезиолог. Тридцать с лишним лет он усыплял людей перед операциями и каждый раз сталкивался с одним и тем же неприличным вопросом, на который медицина до сих пор не умеет ответить толком: куда девается сознание, когда человеку дают наркоз? Не мозг отключается - мозг продолжает шуметь, нейроны продолжают стрелять, метаболизм идёт своим чередом. А вот ощущение себя - гаснет, как будто кто-то щёлкнул тумблером. И тумблер этот находится явно не там, где его ищет классическая нейронаука. Вот с этого вопроса, который не даёт покоя практикующим анестезиологам уже сто пятьдесят лет, всё и началось.

В девяностых Хамерофф наткнулся на идею, которая прежде интересовала разве что узких специалистов по цитоскелету клетки: внутри каждого нейрона есть микротрубочки - белковые трубочки-каркасы, собранные из молекул тубулина, как кирпичики Lego, выстроенные в спираль. Их обычно считали чисто строительным элементом, чем-то вроде арматуры. Но Хамерофф предположил: а что если эта арматура ещё и обрабатывает информацию? И что если именно туда, а не в синапсы, бьют молекулы анестетика, выключая нечто более тонкое, чем просто проводимость нервного импульса?

Примерно в это же время по соседней дисциплинарной улице шёл сэр Роджер Пенроуз - один из главных математических физиков двадцатого века, соавтор Хокинга по теоремам о сингулярностях, нобелевский лауреат. Пенроуза занимал совершенно другой вопрос: может ли человеческий мозг быть просто компьютером? Опираясь на теорему Гёделя о неполноте, он доказывал, что нет: человек способен понимать истинность математических утверждений, которые в принципе невозможно вывести алгоритмически, формальной системой правил. Значит, рассуждал Пенроуз, в работе мозга есть что-то некомпьютируемое. А единственное место в физике, где встречается фундаментальная, не сводимая к алгоритмам непредсказуемость - это квантовая механика, в частности момент коллапса волновой функции.

Хамерофф прочитал книгу Пенроуза «Новый ум короля» и написал ему письмо. Получился редкий случай в науке: анестезиолог из операционной и теоретик чёрных дыр сложили две половины головоломки и в середине девяностых выпустили совместную теорию - Orch OR, «Orchestrated Objective Reduction», оркестрованная объективная редукция.

Идея в следующем. Тубулиновые молекулы в микротрубочках способны находиться в квантовой суперпозиции - то есть одновременно в нескольких конформационных состояниях, пока их не «подсмотрит» среда. Эти суперпозиции связываются между собой, эволюционируют по уравнению Шрёдингера и в какой-то момент достигают порога, после которого схлопываются - происходит так называемая объективная редукция. Слово «объективная» здесь принципиальное: Пенроуз настаивал, что коллапс волновой функции - это не следствие наблюдения сознательным существом (как в стандартной копенгагенской интерпретации), а самостоятельное физическое событие, продиктованное структурой пространства-времени на планковском масштабе. Грубо говоря, сама геометрия Вселенной время от времени «решает», в каком состоянии быть системе, у которой накопилось слишком много массы-энергии в суперпозиции.

И вот в момент этого схлопывания, по теории Хамероффа и Пенроуза, и рождается элементарный квант сознательного опыта. Не одно сплошное сознание, а серия дискретных вспышек - порядка сорока в секунду, синхронизированных с гамма-ритмом мозга, который как раз и фиксируют электроэнцефалографы. «Оркестрованность» в названии означает, что эти редукции не случайны, а управляются синаптическими входами и памятью нейрона - то есть содержание каждой вспышки сознания формируется тем, что происходит в нейронной сети вокруг.

Звучит экзотично. И звучало бы ещё экзотичнее, если бы не один практический довод, который Хамерофф приводит как анестезиолог: анестетики - вещества химически совершенно разной природы, от инертного ксенона до сложных галогенированных эфиров - гасят сознание избирательно, не выключая прочую активность мозга. Это давний парадокс анестезиологии, известный как корреляция Мейера-Овертона: чем сильнее вещество растворяется в жирах, тем выше его анестетический эффект, причём связь эта удивительно универсальна для веществ с совершенно разной химией. Хамерофф предлагает: что если анестетики бьют не по синапсам, а по квантовым колебаниям именно в микротрубочках?

В 2018 году в журнале Anesthesiology вышла работа, которую сторонники теории до сих пор приводят как главный козырь. Группа китайских исследователей сравнила анестетическое действие разных изотопов ксенона на мышах. Химически все изотопы ксенона абсолютно идентичны - одинаковое количество электронов, одинаковая поляризуемость, одинаковые ван-дер-ваальсовы взаимодействия. Разница только одна: у некоторых изотопов есть ядерный спин, у других нет. Спин - чисто квантовое свойство, оно никак не должно влиять на классическую химию.

И тем не менее изотопы со спином оказались заметно слабее как анестетики, чем изотопы без спина. Разница, которую невозможно объяснить обычной химией, но которую вполне можно объяснить, если анестезия так или иначе завязана на квантовые степени свободы - спины электронов или ядер, способные участвовать в запутанности. Хамерофф потом написал об этом отдельную редакционную статью, сравнив добавление спина с подключением дополнительных роутеров к вай-фаю - больше точек для квантовой запутанности, выше уровень сознания. Это не доказательство Orch OR. Это аномалия, которую теория удачно объясняет, а классическая модель пока объясняет с трудом.

Теперь о том, почему большинство физиков и нейробиологов смотрят на Orch OR со скепсисом, переходящим временами в раздражение. В 1999 году физик Макс Тегмарк (тот самый, что потом прославится книгами по космологии и мультивселенным) опубликовал расчёт, ставший главным камнем преткновения для всей теории. Он посчитал, сколько времени квантовая суперпозиция может продержаться в условиях мозга - тёплого, влажного, заполненного хаотично мечущимися ионами и молекулами - прежде чем декогерирует, то есть провзаимодействует со средой и схлопнется в обычное классическое состояние без всякой пенроузовской «объективной редукции». Результат: десять в минус тринадцатой - десять в минус двадцатой секунды. Фемтосекунды и ещё короче. А когнитивные процессы в мозге происходят на масштабе миллисекунд - в десять триллионов раз медленнее. Получается, любая квантовая суперпозиция в нейроне успевает развалиться раньше, чем нейрон вообще успеет среагировать. Мозг, согласно Тегмарку, слишком «тёплый, мокрый и шумный» для квантовых вычислений - фраза, которая с тех пор кочует по всем критическим статьям как приговор.

Хамерофф с коллегами не сдались. В ответной работе они указали, что Тегмарк считал декогеренцию для модели, которая на самом деле не совпадает с тем, что описывает Orch OR - у него были не те параметры суперпозиции, не тот тип взаимодействия зарядов. После пересчёта с поправками время декогеренции выросло до десяти в минус четвёртой - десяти в минус пятой секунды - уже сопоставимо с миллисекундным масштабом нейронных процессов. Они также указали на упорядоченную воду вокруг микротрубочек, экранирующий слой противоионов и актиновый гель, которые теоретически могут продлевать когерентность ещё на порядки.

Спор не закрыт до сих пор. Это не тот случай, когда одна сторона безоговорочно права, а другая посрамлена - это тот случай, когда у обеих сторон разные исходные допущения о том, какую именно физическую систему они вообще считают.

К 2026 году ситуация выглядит примерно так. Прямого экспериментального подтверждения квантовых вычислений в микротрубочках, работающих именно так, как описывает Orch OR, по-прежнему нет. Но и однозначного опровержения тоже нет - это важно, потому что многие критики в девяностых были уверены, что теорию похоронят буквально за несколько лет.

Японская группа под руководством Анирбана Бандйопадхьяя ещё в две тысячи десятые экспериментально зафиксировала колебания в микротрубочках на мегагерцевых и гигагерцевых частотах - то есть структуры действительно «звенят» на масштабах, теоретически совместимых с квантовыми эффектами. В 2024 году вышла работа, показавшая, что стабилизация микротрубочек определённым химическим веществом задерживает наступление наркоза у крыс - ещё один косвенный довод в пользу того, что цитоскелет нейрона как-то участвует в механизме анестезии, а значит, возможно, и в механизме самого сознания. Появляются и спекулятивные теоретические работы про микротрубочки как «квантовые резонаторы» с высокой добротностью.

При этом сами Пенроуз и Хамерофф признают: окончательное опровержение их модели потребовало бы доказать невозможность квантовых вычислений в микротрубочках при физиологических условиях в принципе - а это сделать пока не удалось ни одной группе критиков.

Допустим на секунду, что Orch OR права хотя бы частично. Что это значит для нас? Во-первых, это означало бы, что сознание - не побочный продукт сложности нейронной сети, не «эмерджентное свойство», возникающее само собой при достаточном количестве связей (как любят формулировать в популярных книгах), а конкретный физический процесс, привязанный к фундаментальной структуре пространства-времени. Не метафора, а механизм, который в принципе можно изучать инструментально - измерять, усиливать, подавлять прицельно.

Во-вторых, теория даёт ответ на так называемую проблему связывания (binding problem) - загадку того, почему миллиарды отдельных нейронов, каждый из которых обрабатывает свой кусочек информации, складываются в единый, целостный поток субъективного опыта, а не в кашу из разрозненных ощущений. Квантовая запутанность между микротрубочками разных нейронов теоретически объясняет эту целостность естественным образом - запутанные системы физически ведут себя как одно целое, даже будучи пространственно разделёнными.

В-третьих, и это самое спекулятивное, но самое будоражащее следствие: если объективная редукция действительно связана с геометрией пространства-времени на планковском масштабе, как настаивает Пенроуз, то сознание перестаёт быть исключительно биологическим феноменом, привязанным к нейронам и белкам. Оно становится свойством, потенциально вписанным в саму ткань физической реальности - присутствующим, в каком-то смысле, везде, где для него есть подходящая структура. Не «душа в машине», а нечто гораздо более странное: сознание как один из фундаментальных ингредиентов Вселенной, который мозг не производит, а улавливает и оркеструет, как радиоприёмник улавливает волну, которая существовала и без него.

Доказать это пока невозможно. Но и закрыть тему пока тоже невозможно - а в науке именно такие нерешённые споры обычно и оказываются самыми плодотворными.

Продолжение следует.

Телеграм: t.me/ainewsline

Источник: vk.com

Комментарии: