Lelkünk a kvantumvilágban

Agy és tudatosság

A modern tudomány még mindig nem tud kielégítő választ adni arra a kérdésre, hogy miként van jelen a tudatosság az agyban.

---

A jelenleg legelfogadottabb nézet szerint, az agy egy 100 milliárd neuronból (idegsejtből) álló, óriási hálózat, amelyben a neuronok mint kétállású „bit” kapcsolók vesznek részt. A neurotranszmitterek által gerjesztett különböző erősségű kapcsolatok teszik lehetővé a tanulást és az intelligens funkciókat. Az „agy mint számítógép” elmélet kielégítő magyarázatot tud adni az olyan kognitív funkciókra, mint amilyen az érzékelés, vagy akár a viselkedésszabályozás. Ezeket a nem tudatos kognitív funkciókat nevezhetjük „robotpilóta” vagy „zombi” üzemmódnak. A lényeg mindenesetre az, hogy ezek az úgy nevezett „könnyű problémák” (easy problems – Koch és Crick, 2001). Azért könnyűek ezek a problémák, mert az agy specifikus területeinek idegsejt működése és a viselkedés közötti ok-okozati összefüggés jól kimutatható és vizsgálható. Persze csak addig, amíg ezek nélkülözik a tudatos akaratot, vagy a tapasztalást.

A „nehéz probléma” (hard problem – Chalmers, 1996) az, hogy vajon a kognitív feldolgozáshoz hogyan kapcsolódik a tudatos tapasztalás. Bármennyire is kezdjük egyre jobban megérteni a neuronok működését, a szinoptikus kapcsolatokat vagy a neurotranszmitterek kémiáját, még sincs magyarázat arra, miként jelenik meg a tudat, az én, a szabad akarat. Miként válik számunkra az idegsejthálózat adatfolyama valami mássá, valami többé? Hogyan lesz a rózsa szirmának textúrája selymességgé, a fénytörése a vörös szín élményévé?

Sok magyarázat szerint, a tudat a neuronhálózat egy kritikus bonyolultságú szintjén jelenik meg. Ez a jelenség, miszerint egy bonyolult rendszer fejlődése során új tulajdonságok alakulnak ki, valóban megfigyelhető más szerveződésekben, mint ahogy az időjárásban, vagy akár az internet esetén. Kérdés, hogy pusztán az idegrendszer bonyolultsága felelős lehet-e a tudatért? Mielőtt még válaszokat keresnénk, nézzük meg, mi a probléma az „agy mint számítógép” modellel.

A legnagyobb probléma, hogy az idegsejtek (illetve úgy általában a sejtek) messze bonyolultabbak annál, mint azt a számítógép modell feltételezi. Vegyük például az egysejtű papucsállatkát. Mint a neve is mutatja, egyetlen darab sejtből áll, mégis képes mozogni, táplálkozni, szaporodni anélkül, hogy akár egyetlen szinoptikus kapcsolattal is rendelkezne. Az említett funkciók ellátását a sejt struktúráját alkotó mikrotubulusok teszik lehetővé. Az agy idegsejtjeit ugyanilyen mikrotubulusok építik fel. (És ezek sérülés figyelhető meg az Alzheimer szindrómában.)

A mikrotubulusok információfeldolgozása lehet talán az alapja az idegrendszeri funkcióknak, de messze bonyolultabban, mint azt az "agy mint számítógép" sugallja.

A kvantum világ

A kvantumelmélet szerint a fizikai folyamatok különböző szinteken léteznek. A kvantum szinten történő folyamatok néha bizarr módon különböznek a hagyományos fizikai világétól. Olyan jelenségek ismertek ezen a szinten, mint a szuperpozíció, amelynek a lényege egyszerűsítve az, hogy a szubatomikus kvantum részecskék egyszerre több állapotban vagy helyen is lehetnek, amely által sokkal inkább hasonlítanak hullámra, mint részecskére. Egy másik jelenség a kvantum-összefonódás, amely szerint egy térben távol eső rendszer részei továbbra is összefüggésben állnak egymással.

A fizikában úgy oldják meg a kvantummechanika különcségeit, hogy a két világot szigorúan elkülönítik. Azonban a tudat valahogyan mégis a két világ mezsgyéjén tud létezni.

A tudat és a kvantum világ

A tudatunk képtelen érzékelni szuperpozíciót vagy a nem helyhez kötött állapotokat. Ha látunk egy macskát átszaladni előttünk, egységesnek érzékeljük annak ellenére, hogy elvileg a macska szubatomikus részei bizonytalan, vagy akár egyidejűleg több helyen is lehetnek. Ráadásul, amikor kvantum rendszereket figyelünk meg, azok valahogyan akkor is egy jól meghatározható állapotot választanak inkább.

Ezt a jelenséget először Niels Bohr vette észre. Úgy találta, hogy mindaddig, amíg a kvantum szuperpozíciókat egy gép méri, minden a matematikai többszörös lehetőség szerint alakul. Azonban ha egy ember figyelte meg azokat, ez változtatott az eredményen. Bohr végül azt a következtetést vonta le, hogy a tudatos megfigyelés hatására a hullámfunkciók összeomlanak; a meg nem figyelt szuperpozíciók csak addig őrzik meg jellemzőiket, amíg egy tudat meg nem figyeli azokat.

Ebben a megközelítésben a tudat okozza a kvantumállapot redukciót, így a tudatot a tudományon kívül helyezve, mint külső hatótényezőt.

---

Penrose

Sir Roger Penrose 1989-ben egy egészen újszerű elmélettel állt elő. Szerinte a tér-idő szeparáció (szuperpozíció) instabil, és egy adott határon egy meghatározott állapotba omlik össze. A szuperpozíció állapotában lévő kvantum részecskék távolodnak, egyre nagyobb feszültséget okozva a tér-idő szövedékében, míg el nem érik a kritikus határt, amikor instabillá válik ez a pozíció, és egy determinált állapotba omlik össze.

Penrose következtetése az, hogy minden egyes ilyen összeomlás vagy redukció, egyfajta fodrozódás vagy feszültségkiegyenlítődés a tér-idő szövedékében, és egyúttal ezek a redukciók feleltethetők meg az egyes tudatos pillanatoknak.

Ezzel épp ellenkezőjét állítja annak, hogy a tudat a tudományon kívüli lenne, miszerint az okozza a kvantum redukciót, mert szerinte a tudat éppen maga a kvantum redukció (egy bizonyos fajtája a redukciónak). Így Penrose elmélete a tudatot az univerzum részeként kezeli.

Ráadásul az elmélete szerint ezek a redukciók és állapotok nem véletlenszerűek. Úgy gondolta, ezek az állapotok a tér-idő szövedékében kódolt információk által meghatározottak. Ezeket az információkat nevezte ő Platóni Értékeknek (Platón ideái nyomán).

Többek között ilyen Platóni Értéknek tekinti a matematikában és egyéb tudományokban „felfedezett” állandókat is (fénysebesség, newtoni gravitáció stb.).

Az elmélete ezen kívül a párhuzamos univerzumok elméletével szemben a sorozat elmélete, vagyis hogy a mostani Ősrobbanás előtt, már több ciklus is volt, amelyek során az univerzum alapjában kódolt Platóni Értékek folyamatosan fejlődtek, elvezetve a mostani állapothoz.

Penrose elmélete fenntartja azonban, hogy a klasszikus világ önmagában létezik, és hogy a tudatosság az a folyamat, amely a kvantum és a klasszikus világ peremén húzódik, és amely diszkrét kvantum fodrozódásokból áll az univerzum szövetében.

Az elmélet továbbfejlesztése

A Penrose-Hameroff elmélet szerint, a tudatosság az agy idegsejtjeinek struktúráját felépítő mikrotubulusok kvantum számításaitól függ. Azon kívül, hogy ezek a mikrotubulusok alkotják a sejtvázat, a sejtek idegrendszereként is működnek, akár egy számítógép. A mikrotubulusok rácsszerkezete bit állapotokként funkcionál. A mikrotubulus szintű feldolgozás így az egyes idegsejtek információfeldolgozási kapacitását néhány neuronális bit/másodpercről, 100.000 milliárd bit/másodpercre növeli.

Pusztán az információfeldolgozási kapacitás megnövekedése azonban nem ad magyarázatot az agy tudatosságára. A Penrose-Hameroff elmélet szerint a mikrotubulusokat alkotó egyik összetevő, a tubulin fehérje kvantum bitként tud funkcionálni a mikrotubulusok „kvantum számítógépeiben”, és mint ilyen kvantum számítási műveleteket, az agyi tudatos folyamatokat az univerzum legalapvetőbb szintjével köti össze.

(Az agyban lévő „kvantum számítógép” legelső kritikája az volt, hogy laboratóriumban ilyen kvantum gépeket csak extrém alacsony hőmérsékleten lehet üzemeltetni, azóta azonban már többen is igazolták az élő szövetekben végbemenő kvantum folyamatokat (Engel és mtsai 2007, Bandyopadhyay 2010.)

---

Következtetések

Az elmélet számomra önmagában is lenyűgöző, azonban az abból levonható következtetések még inkább azok.

Az első, hogy ezek szerint, ha a tudat az univerzum alapszövetéhez kapcsolódik, akkor a kvantum-összefonódás miatt, mindannyian kapcsolódunk egymáshoz közvetve.

A második, ha a tudatosság a mikrotubulusok szintjén van jelen, akkor minden sejtes élőlény részesül belőle. Így bármilyen élőlénnyel találkozunk is, az hordoz magában tudatosságot. Nem állítom, hogy az egysejtűeké ugyanolyan szintű, mint egy lényegesen összetettebb szerveződésé, de tény, hogy van bennük is valamilyen szintű tudatosság.

A harmadik, ha a tudatosságunk az univerzum alapszövetével áll kapcsolatban, ráadásul kvantum szinten „ragadható meg”, az azt jelenti, elvileg létezhet más állapotban is, a kvantum szuperpozíció miatt. Vagyis létezhet a tudatosságunk a testünkön kívül is.

A negyedik, ha az univerzumban kódolt Platóni Értékek fejlődnek az egyes ciklusokban, vajon hányadik ciklusnál tartunk? Honnan indultunk és főleg, merrefelé tartunk? Ahogy a géneket feltérképeztük, úgy térképezzük fel a fizikai állandókat, és úgy általában az univerzum alapinformációit. Vajon képesek leszünk valaha a génsebészet mintájára az univerzum alaptörvényein is változtatni? Bizonyos helyeken „egyszerűen” átírjuk az állandókat, és a fény sebességét megnöveljük, hogy gyorsabban utazzunk, vagy a gravitációt csökkentjük, mert épp az praktikusabb?

És ha valami – az univerzum – fejlődik, génekhez hasonlóan alapkódja van, képes a halálra és a születésre, akkor az él?

Bizonyíthatóság

Hogy ez az elmélet mennyire állja meg a helyét, azt nem tudom eldönteni. Természetesen olvastam kritikákat róla, ellen kritikákat, ellen ellen kritikákat stb.

(Megjegyzés: Penrose elmélete például éppen ellentétes Hawking és Mlodinow elméletével, amely a párhuzamos univerzumokról szól. Erről bővebben A nagy terv című könyvben lehet olvasni.)

Úgy tűnik azonban, hogy épp ahogy az elméletben a tudat a kvantum és a klasszikus világ mezsgyéjén mozog, úgy ez az elmélet a tudomány és a filozófia határán.

A tudományos módszerek mostanra már nem csak a bizonyítást kívánják meg, mert azt sosem tudhatjuk, hogy valami igaz-e, csak azt, hogy jelenleg úgy gondoljuk, igaz. A cáfolhatóság lett az alapkövetelmény. Minden valamirevaló elméletnek meg kell határoznia azt a jól leírható körülményt, ami ha teljesül, akkor az elmélet érvényét veszíti.

Csakhogy az alapvető probléma az, amit Niels Bohr vett észre. Ha a tudatosság is bekerül az egyenletbe, a jelenség megváltozik. Márpedig hogyan figyelhetnénk meg épp a tudatot úgy, hogy ne legyen ott tudatosság?

Csukás Csaba pszichológus

Irodalomjegyzék

Bandyopadhyay, A. (2010).  Direct experimental evidence for quantum states in microtubules and topological invariance. Toward a Science of Consciousness 2011 Abstracts. Retrieved, from   http://www.consciousness.arizona.edu (manuscript in preparation).

Chalmers, D. J. (1996).  The conscious mind – in search of a fundamental theory.  New York: Oxford University Press.

Crick, F. C., & Koch, C. (2001). A framework for consciousness.  Nature Neuroscience, 6 , 119–126.

Engel, G. S., Calhoun, T. R., Read, E. L., Ahn, T.-K., Mancal, T., Cheng, Y.-C., et al. (2007). Evidence for wavelike energy transfer through quantum coherence in photosynthetic systems.  Nature, 446 , 782–786.

Moreira-Almeida, A. & Santana Santos F. (ed.) (2012). Exploring Frontiers of the Mind-Brain Relationship. New York: Springer

Penrose, R. (2010).  Cycles of time: An extraordinary new view of the universe.  London: The Bodley Head.

Penrose, R., & Hameroff, S. R. (1995). Gaps, what gaps? Reply to Grush and Churchland.  Journal of Consciousness Studies, 2 (2), 99–112.