Een fascinerende vraag die raakt aan een van de grootste mysteries van de neurowetenschap luidt: Bestaat er een relatie tussen microtubuli en bewustzijn? De hypothese dat microtubuli een cruciale rol zouden spelen bij het ontstaan van bewustzijn is afkomstig van de beroemde Engelse wiskundige en Nobelprijswinnaar Sir Roger Penrose en de Amerikaanse anesthesioloog Stuart Hameroff. Deze hypothese wordt de Orchestrated Objective Reduction (Orch-Or) theorie genoemd. Microtubuli zijn de microscopische kleine eiwitstructuren die het cytoskelet van onze cellen vormen. Het cytoskelet of celskelet is een netwerk van vezels en buisjes dat de cel zijn stevigheid, vorm en beweeglijkheid geeft. Het bestaat uit verschillende soorten eiwitten, die meer zijn dan alleen een cellulair steigersysteem. Volgens sommige theoretici vormen zij de ultieme kwantum-scène- waarop het drama van het bewustzijn zich afspeelt. Penrose en Hameroff veronderstellen dat deze buisjes, vooral in de neuronen van de hersenen, delicate kwantumberekeningen kunnen uitvoeren, zoals kwantumcoherentie- en kwantumsuperpositie, die uiteindelijk collapsen (of reduceren) tot een klassieke toestand en dat deze momenten van gereduceerde kwantuminformatie subjectieve ervaringen of “ bewustzijnsmomenten “ genereren. Het is zeker een verleidelijke gedachte dat onze geest niet slechts een klassieke computer is van vurende neuronen, maar een diep kwantum georkestreerd fenomeen, geworteld in de fundamentele structuur van de materie zelf.
Hoewel de Orch-Or-theorie elegant en visionair is, wordt deze door de meerderheid van de neurowetenschappers en natuurkundigen met grote scepsis bekeken. De voornaamste kritiekpunten zijn dat de warme, natte en lawaaierige omgeving van de hersenen kwantumeffecten (zoals coherentie) veel te snel zou verstoren. Een proces dat we decoherentie noemen, namelijk het proces in de kwantummechanica waarbij een kwantumsysteem zijn samenhang (coherentie) verliest door interactie met zijn omgeving, waardoor het zijn kwantumkarakteristieken verliest en gedrag vertoont dat meer lijkt op de klassieke natuurkunde. Tot op heden ontbreekt er overtuigend experimenteel bewijs dat dergelijke kwantumeffecten op de voorgestelde schaal in de hersenen plaatsvinden. Kortom, het idee is een van de meest ambitieuze en speculatieve pogingen om bewustzijn te verklaren, maar het blijft een hypothese aan de rand van de mainstream wetenschap, meer een filosofisch gekleurd vergezicht dan een bewezen feit.
Maar welke argumenten hanteren Penrose en Hameroff om hun gelijk te krijgen? Zij hanteren een reeks diepzinnige, interdisciplinaire argumenten om hun controversiële theorie te verdedigen. Hun argumentatie is niet gebaseerd op één enkel bewijsstuk, maar op een reeks puzzelstukjes die volgens hen alleen door een kwantumbenadering in de microtubuli verklaard kunnen worden. Penrose spreekt over het onverklaarbare van het bewustzijn. Hij begint met een filosofisch, zowel wiskundig argument. Hij stelt dat menselijk begrip en bewustzijn niet-algoritmisch zijn. Ze kunnen niet worden nagebootst door een klassieke computer. Hij baseert dit op zijn interpretatie van de onvolledigheidsstellingen van Gödel, die aantonen dat er in formele systemen ware uitspraken zijn die niet binnen dat systeem bewezen kunnen worden. Deze stelling is een fundamentele stelling in de wiskundige logica die beweert dat elk consistent axiomatisch systeem, krachtig genoeg om elementaire rekenkunde te beschrijven, incompleet is. Want er zullen altijd ware uitspraken zijn die niet binnen dat systeem bewezen kunnen worden. Dit betekent dat er geen enkel systeem bestaat dat alle ware wiskundige feiten kan bewijzen en tegelijkertijd vrij is van tegenspraak. Een mens (een bewust wezen) kan die waarheid echter wél inzien. De implicatie die volgt: Er moet dus iets niet berekenbaar en niet conventioneel aan het werk zijn in onze hersenen. Penrose zoekt de verklaring in de kwantumwereld, waar het proces van golffunctiereductie (de collaps van mogelijkheden naar een realiteit) volgens hem een fundamenteel niet-algoritmisch proces is. Alleen een kwantumproces kan de eenheid van de bewuste ervaring verklaren. Onze ervaring is niet gefragmenteerd, we ervaren één, verenigd veld van bewustzijn (een stroom van gedachten en gevoelens), terwijl de hersenen uit talloze afzonderlijke, parallelle processen bestaan. Hoe integreren miljarden neuronen die op verschillende plekken en tijden vuren tot één enkele, coherente ervaring? Penrose en Hameroff stellen dat kwantumverstrengeling over enorme netwerken van microtubuli deze binding tussen ver uiteenliggende hersengebieden zou kunnen creëren, waardoor een verenigd kwantumveld ontstaat dat aan de basis ligt van de verenigde bewuste ervaring. Hameroff, als anesthesioloog, wijst erop dat anesthesiegassen bewustzijn uitschakelen zonder de hersenactiviteit( zoals op EEG te zien) volledig te stoppen. Neuronen blijven vuren, maar de organisatie van die activiteit verdwijnt. Anesthetica werken, volgens hun theorie, doordat ze zich precies nestelen in de microtubuli en de kwantumcoherentie daarin verstoren. Ze lossen de kwantumtoestand op en schakelen zo het bewustzijn uit, terwijl de klassieke neurale activiteit doorgaat. Dit is misschien een van hun sterkste empirische argumenten, want er is een directe correlatie tussen de potentie van een anestheticum en zijn vermogen om kwantumoscillatie- in microtubuli te beïnvloeden.
Waarom zagen zij de microtubuli als de ideale kwantummachine? Omdat ze volgens hen de perfecte structuur bezitten om kwantumeffecten te beschermen. Ze zijn geordend en gestructureerd, wat helpt bij het handhaven van coherentie. Hun holle inwendige zou kunnen fungeren als een zogenoemde golfgeleider voor kwantuminformatie. Eiwitten zoals tubuline, de bouwstenen van microtubuli, kunnen tussen kwantumstaten schakelen. Ze beweren dat microtubuli een afgeschermde omgeving bieden waar kwantumberekeningen lang genoeg kunnen standhouden om relevant te zijn voor bewustzijn en zo het decoherentie probleem kunnen omzeilen. Het is hierbij cruciaal te benadrukken dat dit argumenten vóór hun hypothese zijn, maar zeker geen algemeen aanvaard bewijs. De belangrijkste kritiek blijft dat de hersenen te warm, te nat en te rommelig zijn voor dergelijke delicate kwantumeffecten en dat bewustzijn waarschijnlijk een emergente eigenschap is van klassieke complexe neurale netwerken. Deze emergentie-theorie is de conservatieve, maar beter onderbouwde benadering. Haar kracht ligt in haar verenigbaarheid met de bekende biologie. We weten dat het manipuleren van neurale netwerken via drugs, laesies of elektrische stimulatie, het bewustzijn direct verandert. Daarbij zijn geen kwantumeffecten nodig om de werking van de hersenen tot nu toe te verklaren. Haar zwakte is dat ze het “moeilijke probleem “ van het bewustzijn nog niet heeft opgelost, want hoe exact subjectieve ervaring ontstaat uit vurende neuronen, blijft nog onopgehelderd. Het voelt voor velen ook als een verklaring die eigenlijk het grote mysterie omzeilt.
De opkomst van krachtige kwantumcomputers zou een game-changer kunnen zijn voor het testen van de Orch-OR-theorie en andere kwantumbewustzijnshypothesen. Het zou dan de eerste keer zijn dat we deze speculatieve ideeën in een gecontroleerde omgeving kunnen onderzoeken. We zouden een extreem gedetailleerd kwantummodel van een tubuline-eiwit en uiteindelijk van een hele microtubulus kunnen bouwen en draaien op een kwantumcomputer. We zouden dan kunnen onderzoeken of kwantumeffecten zoals superpositie en verstrengeling daadwerkelijk lang genoeg standhouden in de warme, complexe omgeving van een cel. Zo’n simulatie zou de theoretische grenzen kunnen berekenen. Maar…….ook al slaagt een kwantumcomputer simulatie erin alle voorspellingen van de Orch-Or hypothese te bevestigen, dan bewijst het nog steeds niet dat dit bewustzijn is. Het lost het filosofische “moeilijke probleem “ niet op hoe subjectieve ervaring ontstaat uit welke fysieke processen dan ook.
Ook een geïsoleerd, vitaal brein zou de ultieme laboratoriumopstelling zijn voor neurowetenschappers, maar het zou niet het ultieme antwoord kunnen geven. Het zou bijna alles kunnen ontrafelen over de mechanica van bewustzijn, maar het zou waarschijnlijk blijven zwijgen over het fundamentele mysterie van de subjectieve ervaring. We zouden dan wel de blauwdruk van de machine kunnen begrijpen, maar nog steeds niet weten hoe het voelt om die machine te zijn.
De volgende vraag welke ik mezelf stel heeft te maken met eerdere beschouwingen over bewustzijn en luidt: Zou een hypothese van een non lokaal bewustzijn nog kunnen interfereren met de microtubuli? En zo ja, zouden ze in zo’n model zelfs een ideale ontvanger of interface (antenne) kunnen zijn? In de Orch-Or-theorie zijn microtubuli al voorgesteld als een platform voor delicate kwantumeffecten. Kwantummechanica is zelf notoir non-lokaal, denk maar aan verstrengelde deeltjes die instantaan op elkaar lijken te reageren, ongeacht afstand. Een non-lokaal bewustzijnsveld zou deze inherent non lokale aard van de kwantummechanica kunnen gebruiken om microtubuli te beïnvloeden. De microtubuli zouden fungeren als de verankeringspunten of reduceerders waar het non-lokale bewustzijn een meetbaar effect uitoefent op de fysieke wereld door de zogenaamde “golffunctie collaps “ te sturen. Stuart Hameroff noemt zijn theorie niet voor niets Orchestrerende Objective Reduction. Maar wat orkestreert deze collaps? Penrose en Hameroff suggereren dat het gebeurt volgens de niet berekenbare wiskundige waarheden in de fundamentele ruimtetijd-geometrie. Een non lokaal bewustzijn zou dan die Orkestmeester kunnen zijn. Het zou de kwantumpotenties in de microtubuli begeleiden en sturen in de richting van specifieke uitkomsten, waardoor het de vrije wil, intentionaliteit en de eenheid van ervaring zou kunnen verklaren, die uit louter chaotische neurale activiteit moeilijk valt af te leiden. Het blijft echter een hypothese die zich nog aan directe wetenschappelijke verificatie onttrekt, maar het is een van de mooiste en meest ambitieuze pogingen om de kloof tussen geest en materie te overbruggen. De microtubuli zijn, in deze visie, het magische raakvlak waar de geest het lichaam ontmoet.
J.J.v.Verre.
Bronvermelding:
- Experimenten hinten naar quantumeffecten in de hersenen, Thomas Lewton, NewScientist,21 april 2022.
- Onvolledigheidsstellingen van Gödel, nl.m.wikipeia.org.
- Cytoskelet in beeld, Arjen Dijkgraaf, sciencelink.net, 3 december 2007.
- Gaat quantum computing de grenzen van medische vooruitgang verleggen? Journalistiek team, icthealth.nl, 31 augustus 2023.
- Microtubuli en Bewustzijn, Eric Wargo, reddit.com./ericwargo.com.
Geen opmerkingen:
Een reactie posten