Hersenkrakers: Kwantumprincipes als Sleutel tot Hersencohantie?

Een nieuwe benadering suggereert dat de 'neuronaal ruis' in het menselijk brein, die traditioneel werd gezien als een belemmering voor metingen, juist een rol speelt in het creëren van coherentie. Onderzoekers Partha Ghose en Dimitris Pinotsis hebben in een studie gepubliceerd in de *Computational and Structural Biotechnology Journal* aangetoond dat klassieke vergelijkingen die neuronale activiteit beschrijven, omgezet kunnen worden naar een vorm van de Schrödingervergelijking, een fundamentele vergelijking uit de kwantumfysica. Dit opent de mogelijkheid dat het brein deels opereert volgens kwantumprincipes.

De studie bouwt voort op het idee van Edward Nelson uit de jaren '60, die aantoonde dat willekeurige bewegingen, zoals Brownse beweging, beschreven kunnen worden met kwantummechanische vergelijkingen. Ghose en Pinotsis suggereren dat 'neuronaal ruis' diepere structuren kan bevatten, vergelijkbaar met waarschijnlijkheidsgolven die in de kwantumfysica worden gebruikt. In plaats van een experimentele hinder, zouden deze elektrische fluctuaties patronen van coherentie kunnen bevatten, wat leidt tot 'orde geboren uit wanorde'.

Door uit te gaan van een eenvoudig wiskundig model van een 'random walk with drift', waarbij een deeltje beweegt op basis van signalen, ontstaat een vergelijking die sterk lijkt op de Schrödingervergelijking. Dit model beschrijft de waarschijnlijkheid dat een neuron een elektrisch impuls vuurt en komt overeen met experimentele gegevens over elektrische potentialen in neuronen. Deze kwantumformulering zou correcties kunnen bieden op klassieke berekeningen, wat kan verklaren waarom het brein nooit exact twee keer hetzelfde reageert op dezelfde prikkel.

Vervolgens pasten de onderzoekers deze benadering toe op het complexere FitzHugh-Nagumo-model, dat veel wordt gebruikt om de generatie en het herstel van elektrische impulsen van neuronen te beschrijven. Door een ruiselement toe te voegen, konden ze dit model herschrijven in termen van kwantumvergelijkingen. Dit resultaat is bijzonder significant, aangezien het FitzHugh-Nagumo-model een cruciaal instrument is in de neurowetenschappen. Het feit dat het een 'kwantumtweeling' heeft, duidt erop dat de fysica van de hersenen rijker kan zijn dan eerder werd gedacht. De kwantumherformulering biedt ook correcties op klassieke berekeningen, wat mogelijk de variabiliteit van de impulsfrequentie en de reactie op stimuli verklaart.

De onderzoekers introduceren zelfs het concept van een 'neuronaal constant', analoog aan de constante van Planck, die de schaal van microscopische fenomenen in de kwantumfysica definieert. Het meten van deze constante zou direct bewijs kunnen leveren voor kwantumfenomenen op het niveau van individuele neuronen. Dit werk sluit aan bij eerdere suggesties van onderzoekers als Roger Penrose en Stuart Hameroff, die een verband zien tussen bewustzijn en kwantumcoherentie in de hersenen. De studie biedt een theoretisch raamwerk dat deze ideeën dichter bij experimentele verificatie kan brengen en heeft potentiële implicaties voor het begrip van neurale plasticiteit en ziektebeelden zoals epilepsie.