Да се разбере природата на съзнанието е един от най-трудните проблеми в науката. Някои учени предполагат, че квантовата механика, и по-специално квантовото вплитане, е ключът към разгадаването на явлението.
Изследователска група от Китай е показала, че много вплетени фотони могат да се генерират в миелиновата обвивка, която покрива нервните влакна. Това би могло да обясни бързата комуникация между невроните, за която досега се смяташе, че е под скоростта на звука, твърде бавна, за да обясни как се случва невронната синхронизация.
За това изследване съобщихме преди, но сега Phys.org представя още подробности.
Статията е публикувана в списание Physical Review E.
"Ако силата на еволюцията е търсила удобни за употреба действия на разстояние, квантовото вплитане би било [идеален] кандидат за тази роля", посочва за Phys.org Юн-цун Чън (Yong-Cong Chen). Чън е професор в Шанхайския център за квантови науки за живота и във Физическия факултет на Шанхайския университет.
Мозъкът комуникира в себе си чрез изстрелване на електрически сигнали, наречени синапси, между невроните, които са основните компоненти на нервната тъкан. Именно на синхронизираната активност на милиони неврони разчита съзнанието (наред с другите мозъчни дейности). Но начинът, по който се осъществява тази прецизна синхронизация, е неизвестен.
Връзките между невроните се наричат аксони - дълги структури, наподобяващи електрически проводници - и са покрити с покритие (" кожух") от миелин - бяла тъкан, изградена от липиди.
Съставен от стотици слоеве, миелинът изолира аксоните, оформя ги и доставя енергия на аксоните. ( Всъщност поредица от такива обвивки се простира по цялата дължина на аксона. Обикновено миелиновата обвивка е дълга около 100 микрона, а разстоянията между тях са от 1 до 2 микрона.) Последните данни сочат, че миелинът играе важна роля и за стимулиране на синхронизацията между невроните.
Но скоростта, с която сигналите се разпространяват по аксоните, е под скоростта на звука, понякога много по-ниска - твърде бавна, за да създаде милионите синхронизации на невроните, които са в основата на всички невероятни неща, които мозъкът може да прави.
За да се справят с този проблем, Чън и колегите му изследват дали в системата аксон-миелин могат да се намират заплетени фотони, които, благодарение на магията на квантовото вплитане, могат да комуникират мигновено през съответните разстояния.
Цикълът на трикарбоксилната киселина освобождава енергията, съхранена в хранителните вещества, с каскада от инфрачервени фотони, които се освобождават по време на цикличния процес. Тези фотони се свързват с вибрациите на въглеродно-водородните (C-H) връзки в липидните молекули и ги възбуждат до по-високо енергийно вибриращо състояние. Когато връзката премине в по-ниско енергийно състояние, тя освобождава каскада от фотони.
Китайската група прилага квантовата електрохидродинамика на кухината към идеален цилиндър, заобиколен от миелин, като прави разумното предположение, че външната стена на миелиновата обвивка е идеално цилиндрична проводяща стена.
Квантовата електродинамика на кухината (cavity QED) е изследване на взаимодействието между светлината, затворена в отразяваща кухина, и атоми или други частици, при условия, в които преобладава квантовата природа на фотоните.
Използвайки квантовомеханични техники, те квантуват електромагнитните полета и електрическото поле вътре в кухината, както и фотоните, т.е. третират ги като квантови обекти, и след това, с някои опростяващи допускания, решават получените уравнения.
По този начин се получава вълновата функция на системата от два фотона, взаимодействащи с материята вътре в кухината. След това изчисляват степента на вплитане на фотоните, определяйки квантовата ентропия, мярка за безпорядък, с помощта на разширение на класическата ентропия, разработено от научния полиглот Джон фон Нойман.
"Ние показахме, че двата фотона наистина могат да имат по-висока степен на вплитане при определени случаи", заявява Чън в своето изявление.
Проводимата стена ограничава режимите на електромагнитните вълни, които могат да съществуват в цилиндъра, превръщайки цилиндъра в електромагнитна кухина, която запазва по-голямата част от енергията си в себе си. Тези режими се различават от непрекъснатите електромагнитни вълни ("светлина"), които съществуват в свободното пространство.
Именно тези дискретни режими водят до честото производство на силно вплетени фотони в миелиновата кухина, чиято скорост на производство може да бъде значително повишена в сравнение с два невплетени фотона.
Вплитането означава, че двуфотонното състояние не е класическа комбинация от две фотонни състояния. Вместо това, измерването или взаимодействието с един от фотоните моментално засяга същото свойство на втория фотон, без значение на какво разстояние се намира той.
Вплитането е демонстрирано за система, чиито членове са на разстояние над 1000 км един от друг.
Нищо подобно не съществува в класическата физика - това е чисто квантово явление. В този случай вплитането би увеличило възможността за много по-бърза сигнализация по участъците от миелин, които покриват сегменти от дължината на аксона.
Една от възможностите, пишат авторите, е вплитането на фотоните да се трансформира във вплитане по калиевите йонни канали в неврона. Ако това е така, отварянето и затварянето на един канал може да повлияе на работата на друг някъде другаде.
Чън е заявил пред Phys.org, че техният резултат е комбинация от две явления, които съществуват, но все още са до голяма степен загадъчни: съзнание (да не говорим за квантово съзнание) и квантово вплитане.
"Няма да кажем, че има пряка връзка. На този ранен етап основната ни цел е да определим възможните механизми на невронната синхронизация, която влияе на множество невробиологични процеси. Чрез тази работа се надяваме да постигнем по-добро разбиране".
Докато няма още доказателства, ролята на квантовите явления в областта на човешкия ум ще остане недоказана.
"Квантовата когнитивност сама по себе си е противоречива тема, която е обект на тежки дебати", отбелязва Чън. "Не казваме, че съществува пряка връзка."
Справка: Zefei Liu, Yong-Cong Chen, and Ping Ao; Entangled biphoton generation in the myelin sheath, Physical Review E (2024). DOI: 10.1103/PhysRevE.110.024402. On arXiv: DOI: 10.48550/arxiv.2401.11682
Източник: Photon entanglement could explain the rapid brain signals behind consciousness, David Appell, Phys.org
Още по темата
Човекът
Нервните влакна в мозъка могат да генерират квантово вплитане
Животът
Загадката за размера на мозъка е решена и защо хората нарушават еволюционните правила
Човекът
Здравето на мозъка може буквално да е състояние на ума
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари