- 過去30年間、科学者たちは人間の脳が認知を獲得するために量子プロセスを必要とするかどうかを調べてきました。
- 上海大学の新しい研究では、数学モデルを使用して、特定の脂肪構造（神経細胞の軸索を覆っている）が量子もつれした二光子対を生成する可能性があり、ニューロン間の同期に役立つ可能性があることを示唆しています。
- しかし、科学者たちは長い間、脳はこの種の現象が発生するには熱くて乱雑すぎると主張しており、脳内で発生するこの現象を検出することは非常に困難な作業になるでしょう。
人間の脳はコンピューターに似ていると長い間主張されてきました。しかし、実際には、それは脳を過小評価しています。ニューロンとトランジスタを比較するのは便利な比喩ですが（まったく的外れというわけではありません）、脳は超効率的で、エネルギーは再生可能であり、最先端のコンピューターでさえ実現できない計算能力を備えています。多くの点で、人間の脳の内部の仕組みは、未知の計算フロンティアを構成しています。
あなたの脳はラップトップや世界で最も先進的なスーパーコンピューターよりも優れていますが、これらのマシンは古典物理学に基づいて動作します。しかし、世の中には別の種類のコンピューターがあります。量子コンピューターです。
人間の脳に量子特性があるという考えは新しいものではありません。実際、英国の物理学者ロジャー・ペンローズと米国の麻酔科医スチュアート・ハメロフは、90年代に「組織化された客観的還元」意識モデルで初めてこの物議を醸す概念を提唱しました。それ以来、多くの証拠が、脳は本格的な量子コンピュータではないかもしれませんが、一部の量子特性は実際に意識の生成に役立つ可能性があることを少なくとも示唆してきました。
現在、上海大学の新しい研究は、神経学の法廷にさらに別の証拠を提出しています。それは、人間の脳の特定のプロセスが量子もつれに似た動作を示すというものです。量子もつれとは、2つの粒子（通常は光子）が遠く離れていても密接に結びつく現象です。この現象は、量子もつれを「遠隔作用の不気味さ」と呼んだアルバート・アインシュタインを含む最も優れた頭脳でさえ困惑させました。
ミエリン・シリンダーと、ニューロンの軸索に沿ったその位置を詳しく見てみましょう。
今月、物理学レビューE誌に掲載されたこの研究は、神経細胞の軸索（他の神経や体組織に電気インパルスを伝達する繊維）を取り囲むミエリンと呼ばれる脂肪質の物質が、光子の絡み合いが可能な環境を提供していることを示唆しています。これは、情報処理と迅速な応答に不可欠な認知、特に同期の高まりを説明できる可能性があります。
「脳内の意識は、何百万ものニューロンの同期した活動にかかっていますが、そのような同期を調整するメカニズムは依然として不明です」と論文には書かれています。「結果は、ミエリン鞘によって形成された円筒形の空洞が、振動モードからの自発的な光子放出を促進し、かなりの数の絡み合った光子対を生成できることを示唆しています」
研究チームは、赤外線光子がミエリン鞘にどのような影響を与え、化学結合、具体的にはこの脂肪組織に埋め込まれた炭素水素結合にエネルギーを与えるかを詳述する数学モデルを構築しました。これにより、多くのペアが絡み合った二光子生成が促進され、神経系内で一種の「量子通信リソース」として機能する可能性があります。
「脳が活動しているとき、何百万ものニューロンが同時に発火します」と、この研究の共著者であるヨン・コン・チェン氏はニューサイエンティスト誌に語っています。「進化の力が遠く離れた場所での便利な動作を求めているのであれば、量子もつれは、この役割に最適な候補となるでしょう」
この研究に「うわー、本当なら」という感じがするのは、あなただけではありません。まず、科学者が脳の新たな「量子通信リソース」に興奮しすぎる前に、この現象が生物学的な環境（おそらくマウスの脳）で確認される必要があります。そして、それは著者らが容易に認める困難なプロセスです。
さらに、量子もつれが意識に何らかの役割を果たしているという考えは主流ではありません。量子現象が認知の側面を駆動する可能性があるという考えの背後にいる第一人者の一人であるハメロフは、数か月前にニューサイエンティスト誌に、意識モデルの発表後「私たちを非難することが非常に多かった」と語っていました。
しかし、科学は仮説と厳密なテストによって存在の真の性質を見極める仕事です。そして、歴史が示しているように、かつては「遠く離れた不気味な作用」のように見えたものが、すぐに量子の世界の礎となる可能性があります。
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