Исследования ученых из Дублинского университета показывают, что мозг имеет много общего с квантовым компьютером. В частности, результаты исследования свидетельствуют о том, что наши когнитивные функции мозга основаны на квантовых вычислениях, пишет «Новая наука».
Это может объяснить, почему наш мозг превосходит суперкомпьютеры в непредвиденных обстоятельствах, когда нужно принять решение или узнать что-то новое. Известно, что сложные функции мозга зависят от наличия определенных ядерных спинов.
Например, изотопы ксенона со спином 1/2 являются эффективными анестетиками, а изотопы ксенона со спином 0 оказывают незначительное воздействие. Ядерные спины могут влиять на химические реакции — что приводит к наблюдаемым физиологическим результатам — но до сих пор неясно, могут ли эти системы быть неклассическими. Другими словами, может ли мозг опосредовать запутывание? Чтобы выяснить это, исследователи изучили спин протонов в «мозговой жидкости» (из которой состоит спинномозговая жидкость).
«Мы адаптировали идею, разработанную для экспериментов по доказательству существования квантовой гравитации», — объясняет доктор Кристиан Керскенс, старший физик Института неврологии Тринити-колледжа Дублинского университета. Эта идея гласит, что когда известные квантовые системы становятся запутанными (перепутанными), то неизвестная система, которая взаимодействует с ними, обязательно также должна быть квантовой системой.
Хотя неизвестную систему нельзя изучить напрямую, ее эффекты можно наблюдать, как в случае с квантовой гравитацией.
Явление запутанности, обнаруженное с помощью ЯМР
Для своих экспериментов исследователи использовали спин протонов в качестве известной системы.
Напомним, что спин частицы, определяющий ее магнитные и электрические свойства, является квантовомеханическим свойством. Они использовали магнитно-резонансную томографию для неинвазивного измерения активности протонов в сознательном мозге в состоянии покоя около 40 человек. «Если неизвестный посредник существует, то методы ЯМР (Ядерный магнитный резонанс) на основе множественной квантовой когерентности (МКК) могут служить свидетелями запутанности», — отмечают исследователи.
Поскольку существуют сомнения в том, что современные сигналы ЯМР могут содержать квантовые корреляции вообще, они использовали протокол управления на основе нулевой квантовой когерентности (ZQC), в котором они минимизировали классические сигналы, чтобы обойти пределы обнаружения квантовых корреляций в ЯМР.
«Мы обнаружили сигналы, напоминающие вызванные потенциалы сердцебиения, разновидность сигнала электроэнцефалограммы», — говорит Керскенс. В физиологии вызванный потенциал определяется как изменение электрической активности нервной системы в ответ на внешнюю стимуляцию — зрительную, слуховую, сенсорную или двигательную.
«В течение коротких повторяющихся периодов мы обнаружили вызванные сигналы в большинстве участков мозга […]. Эти сигналы не коррелировали с обычным ЯМР-контрастированием», — объясняют авторы исследования.
Эти электрофизиологические потенциалы обычно не обнаруживаются с помощью ЯМР; эти сигналы появлялись только при снижении свойств локальной намагниченности. Поэтому ученые считают, что они смогли наблюдать их только потому, что спины ядерных протонов в мозге были запутаны.
Считается, что сознание основано на квантовых процессах
«Если запутывание является единственным возможным объяснением, это означает, что процессы в мозге должны были взаимодействовать с ядерными спинами, опосредуя запутывание между ядерными спинами. Поэтому мы можем сделать вывод, что эти функции мозга должны быть квантовыми», — заключает физик.
Исследователи также заметили, что функции мозга также коррелировали с производительностью краткосрочной памяти и сознанием, поэтому вполне вероятно, что эти квантовые процессы играют важную роль в наших когнитивных и сознательных функциях мозга.
Это открытие может пролить свет на сознание, функционирование которого по-прежнему трудно понять и объяснить с научной точки зрения. Наблюдения, зафиксированные командой, должны быть подтверждены другими исследованиями, но первые результаты кажутся многообещающими.
Они могут улучшить наше общее понимание того, как работает мозг и, потенциально, как его можно поддерживать и даже лечить. Они также могли бы помочь найти инновационные технологии и построить еще более совершенные квантовые компьютеры, потому что на данный момент наш мозг все еще превосходит суперкомпьютеры в некоторых задачах.
