Большое, малое и человеческий разум - Роджер Пенроуз

В системе микротрубок внутри нейронной сети могут происходить крупномасштабные квантовомеханические события, формирующие «разумные события» из отдельных OR-возможностей. Требуемая эффективная изоляция может обеспечиваться слоем упорядоченных молекул воды на стенках трубок. «Настройка» квантовой деятельности может осуществляться белками, ассоциированными с микротрубками (БАМ), соединяющими микротрубки в «узлах» нейронной сети.

Для полноты предлагаемого описания необходимо еще изобразить когерентное квантовое колебание, происходящее в трубках и распространяющееся на большие области мозга. Много лет назад очень общую идею такого типа выдвинул Роберт Фрёлих, предполагавший обнаружить такие структуры именно в биологических системах. Микротрубки представляются мне весьма удобной средой для проявления крупномасштабных квантово-когерентных явлений. Относительно термина «крупномасштабный» я бы хотел напомнить вам описанные в гл. 2 эффекты квантовой нелокальности (типа парадокса Эйнштейна-Подольского-Розена), которые наглядно демонстрируют нерасторжимую связь событий и эффектов, происходящих на очень больших расстояниях друг от друга. Нелокальные эффекты квантовой механики нельзя понять, рассматривая некоторые события в качестве совершенно независимых, поскольку они требуют учета каких-то глобальных связей.

Мне кажется, что сознание тоже представляет собой нечто глобальное, и любой физический процесс, ответственный за сознание, должен носить существенно обобщенный характер. Квантовая когерентность, очевидно, удовлетворяет всем требованиям в этом отношении. Для осуществления крупномасштабной квантовой когерентности необходима высокая степень изоляции, которая обеспечивается стенками микротрубок. Конформационные переходы тубулина могут потребовать дополнительной изоляции, которую создает слой упорядоченных молекул воды, покрывающих внешнюю сторону микротрубок. Эта упорядоченная, или структурированная, вода (ее наличие в живых клетках установлено совершенно точно) может и сама играть достаточно важную роль в процессах квантово-когерентных колебаний внутри трубок. Хотя всё сказанное может показаться чрезвычайно сложным, тем не менее его нельзя считать совершенно бессмысленным.

Квантовые колебания в трубках должны быть как-то связаны с функционированием самих микротрубок (а именно: с механизмом работы клеточных автоматов, который предлагал Хамерофф), однако для нашего рассмотрения важнее связать эту идею с квантовомеханическим поведением. Поэтому следует говорить не о вычислительных операциях в обычном смысле этого слова, а о так называемых квантовых вычислениях, в которых участвуют суперпозиции таких операций. При последовательном и целостном подходе мы должны были бы рассматривать вычисления только на квантовом уровне, однако в нашем случае квантовое состояние в какой-то момент оказывается «запутанным» с окружением, в результате чего мы должны, по-видимому, случайным образом «перескочить» на классический уровень в соответствии со стандартной R-процедурой квантовой механики. Было бы не очень разумно требовать возникновения истинной невычислимости на этом этапе, поскольку тогда должны со всей очевидностью проявиться и невычислимые особенности OR-перехода, требующие полной изоляции. Поэтому я считаю, что в мозгу должно существовать нечто, обеспечивающее изоляцию, достаточную для того, чтобы OR-физика могла сыграть свою важную роль. Короче говоря, для осуществления суперпозиционных вычислений в микротрубках требуется лишь одно: вычисления должны осуществляться в настолько изолированном состоянии, чтобы могли проявиться новые физические закономерности.

Таким образом, я предлагаю следующий механизм: квантовые вычисления осуществляются за достаточно длительное время, в течение которого система должна оставаться изолированной от окружения. За этот временной промежуток (который составляет около секунды и представляет собой один из критериев, о которых я упоминал, описывая стандартные квантовые операции) осуществляются невычислительные операции, в результате которых мы получаем некие результаты, существенно отличные от рассматриваемых в обычной квантовой теории.

Конечно, все приведенные рассуждения содержат много умозрительных и рискованных предположений, однако этот подход предлагает некий реальный прогресс в установлении связи между сознанием и биофизическими процессами. Предлагаемая модель дает значительно более специфическую, содержательную и количественно определенную картину, чем все существующие подходы. Мы можем, например, попытаться найти минимальное число нейронов, требуемых для осуществления OR-перехода. Необходимо также оценить величину временного интервала (или масштаба) Т, о котором я говорил в конце гл. 2. Кстати, давайте задумаемся о том, какой смысл будет иметь оценка величины Т в предположении, что «события сознания» действительно связаны с OR-переходами. Означает ли Т оценку времени осознавания? В этой связи можно отметить, что существуют две разные экспериментальные методики (обе развиты группой Б. Либета), позволяющие как бы раздельно изучать активное познание (связанное со свободой воли) и пассивное сознание (чувственные восприятия).

Рассмотрим сначала первую из этих методик, которую можно связать с проблемой свободы воли. В экспериментах Либета и Корнхубера на голове испытуемых укрепляли электроды, позволяющие регистрировать электрическую активность мозга, после чего испытуемому давалась возможность нажимать на заданную кнопку в любой момент времени по собственному желанию. Усредненные результаты многочисленных экспериментов (приведенные на рис. 3.20, а) наглядно демонстрируют, что каждому действию испытуемого (повторяю: он знает и верит, что поступает в соответствии лишь с собственным волевым решением) соответствует электрическое возбуждение длительностью около секунды, т. е. принятие спонтанных решений (актов свободной воли) связанно с временной задержкой порядка одной секунды.

Рис. 3.20.

а — результаты опытов Корнхубера, позднее модифицированных и повторенных Либетом и его группой. В момент t = 0 испытуемый принимает решение согнуть палец, однако предварительные сигналы (данные усреднены по многим испытаниям) показывают, что «предвиденье» намерения возникает в мозгу раньше; б — эксперименты группы Либета. 1 — испытуемому «кажется», что раздражение кожи совпадает по времени с истинным моментом подачи раздражающего сигнала; 2 — в кору мозга раздражение поступает на полсекунды раньше, чем истинный сигнал раздражения; 3 — в мозгу раздражение «обгоняет» сигнал истинного раздражения более чем на полсекунды; 4 — такое же раздражение в мозгу может обеспечить «обратную маскировку» ранее поданного раздражения кожи, демонстрируя, что это раздражение якобы не происходит одновременно с раздражением в мозгу; 5 — если реальное раздражение кожи осуществляется немного позднее сигнала в мозгу, то «кожное восприятие» сдвигается по времени назад в отличие от осознанного восприятия.

Очень интересные результаты были получены в экспериментах с пассивным осознаванием (которые, кстати, оказались значительно более сложными при осуществлении). Выяснилось, что пассивное осознавание или восприятие чего-либо требует возбуждения мозговой активности длительностью около половины секунды (рис. 3.20, б). В этих экспериментах применялась методика, позволяющая организовать задержку сознательного восприятия раздражения кожи на некоторое время. Очень интересно, что когда эта задержка не превышала половины секунды, испытуемые были уверены, что они воспринимают момент раздражения совершенно точно! Эти результаты выглядят довольно странными, особенно при их сопоставлении. Фактически получается, что «осознание воли» требует 1 секунды, а чувственное восприятие или осознание — около половины секунды. Если вы считаете, что осознание есть нечто, приводящее к какому-то действию, то сталкиваетесь со следующим парадоксом. Вам требуется примерно полсекунды, чтобы осознать некоторое событие. Затем вы должны заставить свое сознание реагировать и вам требуется примерно 1 секунда для принятия свободного решения по возникшей проблеме, т. е. весь процесс принятия осознанного и волевого решения займет около полутора секунд. Мне это представляется совершенно неправдоподобным! Даже с учетом очевидного факта, что большая часть многих разговоров происходит неосознанно и почти автоматически, срок в полторы секунды для осознанного ответа представляется очень длинным и странным!