量子マインド

デイヴィッド・ボームは量子論と相対性理論は矛盾していると考え、宇宙にはより根本的なレベルが存在することを示唆した。^{[ 10 ]}彼は量子論と相対性理論の両方がこのより深い理論、すなわち量子場理論を指し示していると主張した。このより根本的なレベルは、分割されない全体性と内在的秩序を表すと提案され、そこから私たちが経験する宇宙の明示的秩序が生じる。 ^{[ 10 ]}

ボームが提唱した秩序は、物質と意識の両方に適用される。彼は、それが両者の関係を説明できると示唆した。彼は、心と物質を、根底にある内在秩序から顕在秩序への投影と見なした。ボームは、物質を見ても、意識を理解するのに役立つものは何も見えないと主張した。^{[ 11 ]}

ボームは、自身の提案を反証できる具体的な手段も、意識に関連する形で彼の「潜在秩序」が出現する神経メカニズムも提案しなかった。^{[ 10 ]}彼は後に、量子意識のモデルとしてカール・プリブラムのホロノミック脳理論に協力した。 ^{[ 12 ]}

デイヴィッド・ボームは、心と物質の両方が「内在秩序」から生じると主張する研究でバジル・ハイリーと共同作業を行った。^{[ 13 ]}ハイリーは今度は哲学者パーヴォ・ピルッカネンと共同作業を行った。^{[ 14 ]}ピルッカネンによれば、ボームの提案は「論理的思考プロセスの物理的相関物は脳の古典的に記述可能なレベルにあり、基本的な思考プロセスは量子論的に記述可能なレベルにあるという仮定に自然とつながる」という。^{[ 15 ]}

理論物理学者のロジャー・ペンローズと麻酔科医のスチュアート・ハメロフは、「オーケストレーションされた客観的削減」（Orch-OR）として知られる理論を共同で生み出した。ペンローズとハメロフは当初はそれぞれ別々にアイデアを発展させ、後に1990年代初頭に共同でOrch-ORを生み出した。彼らは2013年に理論を見直し、更新した。^{[ 16 ] [ 17 ]}

ペンローズの議論はゲーデルの不完全性定理に端を発している。意識に関する最初の著書『皇帝の新しい心』（1989年）^{[ 18 ]}の中で、彼は形式体系は自身の無矛盾性を証明できない一方で、ゲーデルの証明不可能な結果は人間の数学者によって証明可能であると主張した。^{[ 19 ]}ペンローズはこれを、人間の数学者は形式的な証明体系ではなく、計算可能なアルゴリズムを実行しているわけでもないという意味だと解釈した。ブリングスヨルドとシャオによれば、この推論は計算の意味に関する誤った曖昧さに基づいている。 ^{[ 20 ]}同書の中でペンローズは次のように書いている。「しかし、脳の奥深くには、単一量子感度を持つ細胞が存在すると推測できる。もしこれが事実であれば、量子力学は脳活動に大きく関与することになるだろう。」^{[ 18 ] : 400}

ペンローズは、波動関数の崩壊が計算不可能なプロセスの唯一の物理的基礎であると結論付けた。そのランダム性に不満を抱いた彼は、孤立して起こる新しい形の波動関数の崩壊を提案し、それを客観的縮小と呼んだ。彼は、各量子重ね合わせには独自の時空曲率があり、これらが1プランク長以上離れると不安定になり崩壊すると示唆した。^{[ 21 ]}ペンローズは、客観的縮小はランダム性でもアルゴリズム処理でもなく、時空幾何学における計算不可能な影響を表し、そこから数学的理解、そして後には意識が派生すると示唆した。^{[ 21 ]}

ハメロフは、微小管が量子挙動に適した宿主であるという仮説を提示した。 ^{[ 22 ]}微小管は、チューブリンタンパク質の二量体サブユニットで構成されている。二量体はそれぞれ、 8 nm 離れた疎水性ポケットを持ち、非局在化π電子を含む可能性がある。チューブリンには、約 2 nm 離れたπ電子に富むインドール環を含む、他のより小さな非極性領域がある。ハメロフは、これらの電子が絡み合うほど十分に近いと提案した。^{[ 23 ]}彼は当初、チューブリンサブユニットの電子がボーズ・アインシュタイン凝縮体を形成すると示唆したが、これは否定された。^{[ 24 ]}その後、彼は双極子分子の仮想的なコヒーレント振動であるフローリッヒ凝縮体を提案したが、これも実験的に否定された。^{[ 25 ]}  

例えば、情報処理により適したA格子微小管が優勢であるという提案は、Kikkawa^ら[26 ] [ ^{27 ]によって反証さ}れ、生体内のすべての微小管はB 格子と継ぎ目を持つことが示された。Orch-ORは、微小管のコヒーレンスが樹状突起層状体（DLB）を介してシナプスに到達すると予測したが、De  Zeeuwら^{[ 28 ]}は、 DLBがギャップ結合から数マイクロメートル離れていることを示すことで、これが不可能であることを証明した。 ^{[ 29 ]}

2014年、ハメロフとペンローズは、2013年3月に日本の物質・材料研究機構のアニルバン・バンディヨパディヤイが微小管で量子振動を発見したこと^{[ 30 ]}がOrch-OR理論を裏付けていると主張した。^{[ 17 ] [ 31 ]}麻酔薬が微小管が疑われる量子励起を維持できる時間を短縮することを示した実験は、意識の量子理論を支持しているように見える。^{[ 32 ]}

2022年4月、アルバータ大学とプリンストン大学で行われた2つの関連実験の結果が「意識の科学」会議で発表され、微小管内で量子プロセスが機能していることを裏付けるさらなる証拠が提供された。スチュアート・ハメロフが参加した研究では、アルバータ大学のジャック・トゥジンスキーが、麻酔薬が遅延発光と呼ばれるプロセスの持続時間を短縮することを実証した。このプロセスでは、微小管とチューブリンが閉じ込められた光を再放出する。トゥジンスキーはこの現象が量子起源であると推測しており、超放射が可能性の1つとして調査されている。2番目の実験では、プリンストン大学のグレゴリー・D・ショールズとアーラット・カルラがレーザーを使用してチューブリン内の分子を励起し、予想よりも長く微小管全体に拡散する励起を引き起こしたが、麻酔下で同じ実験を繰り返してもこのような現象は起こらなかった。^{[ 33 ] [ 34 ]}しかし、拡散の結果は慎重に解釈する必要がある。なぜなら、流体で満たされた細胞外空間の長さスケールの範囲が広いため、古典的な拡散でさえ非常に複雑になる可能性があるからである。^{[ 35 ]}それにもかかわらず、オックスフォード大学の量子物理学者ヴラトコ・ヴェドラルは、意識とのこのつながりは非常に可能性が低いと述べている。^{[ 36 ] [ 37 ]}

また、2022年には、イタリアの物理学者グループがいくつかの実験を行ったが、意識の重力関連量子崩壊モデルを支持する証拠は得られず、意識の量子的説明の可能性は弱まった。^{[ 38 ] [ 39 ]}

これらの理論は科学的な枠組みの中で述べられているが、科学者の個人的な意見から切り離すのは難しい。意見はしばしば、意識の本質についての直観や主観的な考えに基づいている。例えば、ペンローズは次のように書いている。^{[ 40 ]}

私自身の見解では、意識的な活動をシミュレートすることさえ不可能です。意識的な思考の中で起こっていることは、コンピュータでは到底適切に模倣できないものです。何かが意識を持っているかのように振る舞う場合、それは意識を持っていると言えるでしょうか？人々はこれについて延々と議論しています。ある人は「操作的な観点を取るべきだ。意識とは何かは分からない。人が意識を持っているかどうかをどうやって判断するのか？その人の行動によってのみ判断できる。コンピュータやコンピュータ制御のロボットにも同じ基準を適用する」と言うでしょう。また別の人は「いや、何かを感じているかのように振る舞うからといって、それが何かを感じているとは言えない」と言うでしょう。私の見解は、これら両方の見解とは異なります。ロボットは、本当に意識を持っていない限り、意識を持っているかのように説得力のある振る舞いをすることさえできないでしょう。そして、完全にコンピュータ制御されているのであれば、ロボットは意識を持つことはできないと私は考えています。

ペンローズは続けてこう述べている。^{[ 41 ]}

脳が行うことの多くは、コンピューターでもできる。脳の活動すべてがコンピューターで行う活動と全く異なると言っているわけではない。私が主張しているのは、意識の活動は何か異なるということだ。意識が物理学を超えていると言っているわけでもないが、私たちが現在知っている物理学を超えていると言っているのだ。私の主張は、物理学にはまだ理解されていない、非常に重要で、計算とは無関係な何かが存在するはずだということだ。それは私たちの脳に特有のものではなく、物理世界に存在している。しかし、通常は全く取るに足らない役割しか果たしていない。それは量子レベルと古典レベルの振る舞いの間の橋渡し、つまり量子測定が関係するところにあるはずだ。

梅澤博臣らは記憶の貯蔵に関する量子場理論を提案した。^{[ 42 ] [ 43 ]}ジュゼッペ・ヴィティエッロとウォルター・フリーマンは心の対話モデルを提案した。この対話は脳の古典的部分と量子的部分の間で行われる。^{[ 44 ] [ 45 ] [ 46 ]}彼らの脳ダイナミクスの量子場理論モデルは、ペンローズ・ハメロフ理論とは根本的に異なる。

カール・プリブラムのホロノミック脳理論（量子ホログラフィー）は、脳における記憶の高次処理を説明するために量子場理論を援用した。^{[ 52 ] [ 53 ]}彼は、自身のホロノミックモデルが結合問題を解決したと主張した。^{[ 54 ]}プリブラムは、思考過程への量子アプローチに関する研究でボームと共同研究を行った。^{[ 55 ]}プリブラムは、脳内の処理の多くは分散的に行われていると示唆した。^{[ 56 ]}彼は、細繊維でできたフェルト状の樹状突起場が、長期記憶の保存と検索の際に量子場理論の原理に従う可能性があると提案した。 ^{[ 57 ]}

ヘンリー・スタップは、量子波は意識と相互作用するときにのみ減少すると提唱した。彼は、ジョン・フォン・ノイマンの正統的な量子力学から、観測者が将来の行動の基礎として代替の量子可能性の中から1つを選択すると、量子状態が崩壊すると主張した。したがって、崩壊は、観測者がその状態に関連付けられているという期待の中で起こる。スタップの研究は、デイヴィッド・ブルジェやダンコ・ゲオルギエフなどの科学者から批判を受けた。^{[ 58 ] [ 59 ] [ 60 ] [ 61 ]}

CNETは、カテコールアミン作動性ニューロンにおける量子力学的電子輸送を利用する仮説上の神経シグナル伝達機構である。^{[ 62 ] [ 63 ]}この仮説は、多くの独立した研究者による、これらのニューロンに多く存在する鉄貯蔵タンパク質であるフェリチンにおいて、室温および周囲環境下で電子トンネル現象が発生するという観察に基づいている。^{[ 64 ] [ 65 ] [ 66 ] [ 67 ]}この機構の仮説上の機能は行動選択の補助であるが、機構自体は、強い電子間相互作用に関連する物理的機構を使用して、数百万の認知および感覚神経信号を統合することができる。^{[ 68 ] [ 69 ] [ 70 ]}各トンネル現象は電子波動関数の崩壊を伴うが、崩壊は強い電子間相互作用によって生じる物理的効果に付随するものである。

CNETは、黒質緻密部（SNc）組織における電子トンネル効果やSNc組織におけるフェリチンの不規則配列の存在など、これらのニューロンの多くの物理的特性を予測し、それらは後に実験的に観察された。^{[ 71 ] [ 72 ] [ 73 ] [ 74 ]}また、この仮説は、SNc組織に見られるような不規則なフェリチン配列が長距離電子輸送をサポートし、スイッチング機能またはルーティング機能を提供できるはずであると予測しており、これらも後に観察されている。^{[ 75 ] [ 76 ] [ 77 ]}

CNETのもう一つの予測は、最大のSNcニューロンが行動選択を媒介するというものでした。この予測は、当時、予測報酬ドーパミンシグナル伝達に基づいていたこれらのニューロンの機能に関する以前の提案とは矛盾していました。^{[ 78 ] [ 79 ]} その後、ハーバード大学医学部のパスカル・ケーザー博士率いるチームが、これらのニューロンが実際に運動を符号化していることを実証し、CNETの以前の予測と一致しました。^{[ 80 ]} CNETのメカニズムはまだ直接観察されていませんが、フェリチンに標識された量子ドット蛍光体や電子トンネル効果を検出する他の方法を使用することで、観察できる可能性があります。^{[ 81 ]}

CNETは、統合情報理論（IIT）や感覚運動理論（SMT）など、さまざまな意識モデルに結合または行動選択メカニズムとして適用できます。 ^{[ 82 ]}既存の意識モデルの多くは、行動選択や結合を具体的に扱っていないことが指摘されています。たとえば、O'ReganとNoëは結合を「擬似問題」と呼んでいますが、「対象属性が知覚的に単一の対象の一部であるように見えるという事実は、脳の単一の場所や単一のプロセスなど、統一的な方法で『表現』されることを要求するものではありません。それらはそのように表現されるかもしれませんが、これには論理的な必然性はありません。」とも述べています。^{[ 83 ]}物理現象に「論理的な必然性」がないからといって、それが存在しない、あるいは特定されたら無視できるという意味ではありません。同様に、グローバルワークスペース理論（GWT）モデルは、予測報酬ドーパミンシグナル伝達研究からのこれらのニューロンの事前の理解に基づいて、ドーパミンを調節因子として扱っているようですが、^{[ 84 ]} GWTモデルは、カイザーが観察したように、行動選択を媒介するために線条体の瞬間ごとの活動をモデル化するように適応できます。CNETは、その機能の選択メカニズムとしてこれらのニューロンに適用できます。そうでない場合、その機能は競合するニューロンのセットの同時作動による発作を引き起こす可能性があります。CNET自体は意識のモデルではありませんが、神経結合と行動選択を通じてさまざまな意識モデルを統合することができます。しかし、CNETが意識とどのように関連しているかについてのより完全な理解には、多体問題に関係するフェリチンアレイの強い電子間相互作用のより良い理解が必要です。

意識が機能するためには量子効果が必要であるという考えは、依然として哲学の領域にある。ペンローズはそれが必要だと主張しているが、他の意識理論ではそれが必要であるとは示されていない。例えば、ダニエル・デネットは1991年の著書『意識の解明』の中で、量子効果が必要であるとは示していない「多重ドラフトモデル」と呼ばれる理論を提唱した。^{[ 86 ]}どちらの側の哲学的議論も科学的証明ではないが、哲学的分析によってモデルの種類における重要な違いが示され、どのような実験的差異が観察される可能性があるかが示される。しかし、哲学者の間で明確な合意がないため、量子心理論が必要であるという概念的な裏付けはない。^{[ 87 ]}

量子物理学の法則が適用されることを期待せずに、意識のような別の研究分野を理解するために量子力学を類推として用いるという概念的なアプローチが考えられます。このアプローチの一例として、シュレーディンガーの猫の考え方があります。エルヴィン・シュレーディンガーは、重ね合わせ状態にある素粒子に依存させることで、原理的には大規模システムの量子もつれを作り出すことができると説明しました。彼は、鍵のかかった鋼鉄の部屋にいる猫のシナリオを提案しました。猫の生存は、放射性原子の状態、つまり原子が崩壊して放射線を放出したかどうかに依存します。シュレーディンガーによれば、コペンハーゲン解釈では、猫の状態が観測されるまでは、猫は生きていると同時に死んでいる状態にあることになります。シュレーディンガーは、生きていると同時に死んでいる猫という考えを真剣に提唱しようとしたわけではなく、この例は、当時の量子力学の見方の不条理さを説明するために用いられたのです。^{[ 88 ]}しかし、シュレーディンガーの時代以降、物理学者たちは量子力学の数学について別の解釈を与えており、その中には「生きている猫と死んでいる猫」の重ね合わせを実在するものとみなすものもある。^{[ 89 ] [ 90 ]}シュレーディンガーの有名な思考実験は、システムが量子状態の重ね合わせとして存在しなくなるのはいつかという問題を提起している。同様に、意思決定を行う行為は、2 つの決定結果の状態の重ね合わせを持つことに類似しているかどうかを問うことができる。つまり、意思決定を行うということは、脳を状態の組み合わせから 1 つの状態に縮小するために「箱を開ける」ことを意味する。この意思決定の類推は量子力学から派生した形式論を使用しているが、意思決定が行われる実際のメカニズムは示していない。

このように、この考え方は量子認知に似ています。この分野は、脳に微視的な量子力学的な何かがあるという仮説に依存していないため、量子心とは明らかに区別されます。量子認知は、量子のようなパラダイム^{[ 91 ] [ 92 ]}、一般化された量子パラダイム^{[ 93 ]} 、または量子構造パラダイム^{[ 94 ]}に基づいており、脳のような複雑なシステムによる情報処理は、量子情報と量子確率論の枠組みで数学的に記述できます。このモデルは、量子力学を類推としてのみ使用しており、量子力学が動作の物理的メカニズムであるとは提案していません。たとえば、量子認知は、いくつかの決定は2つの選択肢の間に干渉があるかのように分析できると提案していますが、それは物理的な量子干渉効果ではありません。^{[ 95 ]}

量子心仮説に対する主な理論的反論は、脳内の量子状態は神経処理に役立つスケールに達する前にコヒーレンスを失うという主張である。この仮説はマックス・テグマークによって詳細に説明された。彼の計算によると、脳内の量子システムはサブピコ秒の時間スケールでデコヒーレンスを起こす。^{[ 96 ] [ 97 ]}脳の反応は、この高速な時間スケールで計算結果や反応を示したことはない。典型的な反応はミリ秒のオーダーであり、サブピコ秒の時間スケールよりも数兆倍長い。^{[ 98 ]}

ダニエル・デネットは、1秒未満の時間スケールで起こる錯視の多重ドラフトモデルを支持するために実験結果を使用しています。この実験では、数度の角度差で目の2つの異なる色の光が連続して点滅されます。点滅の間隔が1秒未満の場合、最初に点滅した光が2番目の光の位置に移動しているように見えます。さらに、光は視覚野を横切るにつれて色が変わるように見えます。緑色の光は、赤色の光の位置に移動しているように見えるときに赤色に変わるように見えます。デネットは、2番目の光が観察される前に光が色を変えるのをどうやって見ることができるのかと問いかけています。^{[ 86 ]}ベルマンスは、約1秒で起こる別の錯視である皮膚ウサギ錯視は、脳内でモデリングが行われる間に遅延があることを示しており、この遅延はリベットによって発見されたと主張しています。^{[ 99 ]} 1秒未満の時間で起こるこれらのゆっくりとした錯覚は、脳がピコ秒の時間スケールで機能するという提案を支持するものではありません。

ペンローズはこう述べている。^{[ 41 ]}

脳の働きに量子力学を適用しようとすると、問題が生じる。もしそれが量子神経信号の問題だとすれば、これらの神経信号は脳内の他の物質を乱し、量子コヒーレンスがすぐに失われてしまうだろう。通常の神経信号では量子コンピュータを構築することすら不可能だ。なぜなら、それらはあまりにも大きく、あまりにも無秩序な環境にあるからだ。通常の神経信号は古典的に扱うしかない。しかし、微小管のレベルまで掘り下げれば、その内部で量子レベルの活動を実現できる可能性が非常に高い。

私の描く図では、微小管における量子レベルの活動が必要です。その活動は、単に微小管から次の微小管へ、そして神経細胞から次の神経細胞へと、脳の広範囲にわたって伝わる大規模なものでなければなりません。ハメロフが微小管に沿って起こっていると主張する計算活動と弱く結合した、量子的な性質を持つ何らかのコヒーレントな活動が必要なのです。

攻撃方法は様々です。一つは物理学、つまり量子論に直接働きかける方法で、人々が始めている実験や、量子力学を修正するための様々な計画があります。しかし、これらの実験はまだ感度が十分ではなく、多くの具体的なアイデアを検証するには至っていないと思います。こうしたことを検証できるような実験を想像することはできますが、実行は非常に困難でしょう。

ペンローズ氏はインタビューで次のように述べている。

意識が何であれ、それは計算可能な物理学の範疇を超えているに違いない。意識が量子力学に依存しているのではなく、現在の量子力学の理論がどこで間違っているかに依存しているのだ。それは、我々がまだ知らない理論に関係している。^{[ 100 ]}

脳における量子効果の実証は、この問題を説明するか、それがなぜ関係ないのかを説明するか、あるいは脳が体温での量子コヒーレンスの喪失という問題を何らかの方法で回避していることを示す必要がある。ペンローズが提案するように、それは「まだ我々が知らない」新しいタイプの物理理論を必要とするかもしれない。^{[ 100 ]}

ディーパック・チョプラは、「体とは別に存在する」量子魂^{[ 101 ]} 、人間が「無限の可能性の場にアクセスできる」^{[ 102 ]} 、量子ヒーリングや意識の量子効果などの他の量子神秘主義のトピックについて言及している。人間の体は物質ではなくエネルギーと情報で構成される「量子力学的体」によって支えられていると見なす彼は、「人間の老化は流動的で変化しやすく、人の精神状態によって加速したり、減速したり、一時的に停止したり、逆行したりすることさえある」と信じている^{[ 103 ]} 。ロバート・キャロルは、チョプラが自分の教えを正当化するためにアーユルヴェーダと量子力学を統合しようとしていると述べている^{[ 104 ]。}チョプラは、彼が「量子ヒーリング」と呼ぶものが、量子力学と同じ原理に基づいていると主張する効果によって、癌を含むあらゆる種類の病気を治すと主張している。^{[ 105 ]}このため、物理学者たちは、彼が医学的状態や人体に関して量子という用語を使用することに異議を唱えている。 ^{[ 105 ]}チョプラは次のように述べている。「量子論は、観測者効果、非局所性、相関について多くのことを語っていると思います。ですから、量子力学を理解するには意識を等価とするか、少なくとも方程式に組み込む必要があると考える物理学者の学派があると思います。」^{[ 106 ]}一方で、彼は量子効果は「単なる比喩」であるとも主張している。「電子や光子が情報とエネルギーの不可分な単位であるように、思考は意識の不可分な単位です。」^{[ 106 ]}著書『クォンタム・ヒーリング』の中で、チョプラは量子もつれが宇宙のすべてを結びつけており、したがって意識を生み出すに違いないという結論を述べている。 ^{[ 107 ]}

ダニエル・デネットによれば、「この話題に関しては、誰もが専門家だが、彼らは自分の意識体験の本質について特別な個人的権威を持っており、受け入れがたい仮説を覆すことができると考えている。」^{[ 108 ]}

量子効果は脳の生理機能において重要であるが、量子心仮説の批判者たちは、生物学における既知または推測される量子現象の効果が、ニューロン計算において重要な意味を持つほどに拡大するかどうか、ましてや現象としての意識の出現において重要な意味を持つかどうかに疑問を呈している。ダニエル・デネットは、「量子効果はあなたの車、時計、コンピューターに存在します。しかし、ほとんどのもの、つまりほとんどのマクロな物体は、いわば量子効果に無頓着です。それらは量子効果を増幅せず、量子効果に依存しません。」^{[ 41 ]}