Kuantum Sırları: Beyin Gürültüsüne Yeni Bir Bakış Açısı

Beynin geleneksel olarak iyon akımları ve rastgele deşarjların oluşturduğu elektriksel bir senfoni olarak görüldüğü nörobilim alanında, *Computational and Structural Biotechnology Journal* dergisinde yayınlanan makalede, teorik fizikçi Partha Ghose ve nörobilimci Dimitris Pinotsis'in çalışmaları, nöronal gürültünün bilgiyi yok etmek yerine, kuantum mekaniğine benzer bir şekilde beyne beklenmedik bir uyum kazandırabileceği yönünde radikal bir bakış açısı sunuyor. Bu araştırmacılar, nöronal aktiviteyi tanımlayan klasik denklemlerin, kuantum fiziğinin temel taşı olan Schrödinger denklemine dönüştürülebileceğini gösterdiler. Bu bulgu, beynin en azından kısmen kuantum prensipleri altında işleyebileceği yönünde sıra dışı bir kapı aralıyor.

Nöronal aktivite sadece elektriksel sinyalleri işlemekle kalmaz, aynı zamanda rastgele görünen bir gürültü de üretir. Bu gürültü, iyon kanallarının açılıp kapanması, sinaptik değişiklikler ve aynı uyarana verilen farklı tepkiler gibi birçok kaynaktan beslenir. Çoğu bilim insanı için bu düzensizlikler bir kusur olarak görülürken, Ghose ve Pinotsis, 1960'larda matematikçi Edward Nelson tarafından öne sürülen bir fikri yeniden ele alıyorlar: Sıvı içindeki parçacıkların rastgele hareketi (Brownian hareketi gibi), kuantum fiziğini yöneten denklemlerle aynı şekilde tanımlanabilir. Bu, 'nöronal gürültü' olarak adlandırdığımız şeyin, fizikçilerin bir elektronun konumunu tahmin etmek için kullandıkları olasılık dalgalarına benzer şekilde, daha derin yapılar barındırabileceğini düşündürüyor. Beynin elektriksel dalgalanmaları, deneylerde karşılaşılan bir aksaklıktan çok, uyum içinde örüntüler içerebilir. Bu yaklaşımın temelinde, gürültünün düzenin düşmanı değil, beklenmedik bir müttefiki olduğu fikri yatıyor. Yazarlar, bunu 'düzensizlikten doğan düzen' örneği olarak tanımlıyor ve nöronların bilgiyi nasıl işlediğini anlamak için yeni bir yol açabileceğini belirtiyorlar.

Hipotezi test etmek için araştırmacılar, basit bir matematiksel modelle başladılar: sürüklenmeli rastgele yürüyüş. Bir nöronun zarında uyarıcı veya engelleyici sinyallerin gelişine bağlı olarak ileri veya geri hareket eden bir parçacık hayal edildiğinde, doğru dilde formüle edildiğinde, şaşırtıcı bir şekilde Schrödinger denklemine benzeyen bir denklem ortaya çıkıyor. Bu model, bir nöronun ateşleme eşiğine ulaşma olasılığını veya sessiz kalma olasılığını tanımlamaya olanak tanır. En dikkat çekici olanı, bu formülasyonun sadece matematiksel bir soyutlama olmaması; gerçek nöronlardaki elektriksel potansiyelin nasıl dalgalandığına dair deneysel verilerle de uyum sağlamasıdır. Bunun sonucu olarak, nöronal aktivite, zar potansiyelinin sabit bir değere sahip olmadığı, bir olasılık aralığına sahip olduğu bir kuantum dalgası olarak temsil edilebilir. Bu, beynin minyatür bir kuantum bilgisayar olduğu anlamına gelmez, ancak süreçlerinin büyük ölçekli bir biyolojik sistemde daha önce imkansız olduğu düşünülen özellikleri benimseyebileceği anlamına gelir.

Bir sonraki adım, bu mantığı daha karmaşık bir modele uygulamak oldu: nöronal elektriksel darbelerin nasıl üretildiğini ve iyileştiğini tanımlamak için yaygın olarak kullanılan bir basitleştirme olan FitzHugh-Nagumo modeli. Bu model tipik olarak 'klasik' kabul edilir, ancak yazarlar gürültü unsurunu ekleyerek, bunun da kuantum denklem terimleriyle yeniden yazılabileceğini gösterdiler. FitzHugh-Nagumo modelinin bir 'kuantum çifti'ne sahip olması, beynin fiziğinin düşündüğümüzden daha zengin olabileceğini ima eder. Dahası, kuantum yeniden formülasyonu, ateşleme frekansındaki değişkenlik veya bir uyarandan sonra iyileşme tahminleri gibi klasik hesaplamalara düzeltmeler sunar. Başka bir deyişle, beynin aynı sinyale neden hiçbir zaman tam olarak aynı şekilde yanıt vermediğine dair daha kesin ipuçları sağlayabilir.

Çalışmanın en kışkırtıcı önerilerinden biri, 'nöronal sabit' adı verilen yeni bir parametrenin tanıtılmasıdır; bu, kuantum fiziğinde mikroskobik olguların ölçeğini tanımlayan Planck sabitinin bir analoğudur. Yazarlara göre, her nöronun kendi versiyonu bu sabitten olabilir veya belki de hepsi bilinmeyen evrensel bir değere sahiptir. Pratikte ölçmek için birkaç deney öneriliyor. Biri, kuantum salınıcılar gibi ayrık enerji seviyelerine sahip olabilecek ateşleme eşiğinin altındaki elektriksel salınımları analiz etmek olacaktır. Bir diğeri ise, bir devreninkine benzer elektriksel özelliklerle bağlantılı nöronal zarların endüktansını incelemek olacaktır. Eğer bu nöronal sabit varsa ve ölçülebiliyorsa, bu, bireysel nöronlar düzeyinde kuantum olgularının ilk doğrudan kanıtı olacaktır. Bu, onlarca yıldır süren bir tartışmaya büyük bir adım olacaktır: bilinç ve biliş kuantum fiziği ile ilişkilendirilebilir mi? Bu teorik bulgunun etkileri matematikin çok ötesine uzanıyor. Roger Penrose ve Stuart Hameroff gibi bazı araştırmacılar, bilincin beyin yapılarındaki kuantum uyumuna bağlı olabileceğini savunmuşlardır. Bu yeni çalışma, bu sezgileri deneysel doğrulamaya yaklaştırabilecek sağlam bir çerçeve sunuyor.

Pratik olarak, yazarlar nöronal plastisite gibi olguların – beynin uyum sağlama ve öğrenme yeteneği – bir kuantum bileşeni olabileceğini öne sürüyorlar. Ayrıca, nörolojik hastalıklarla ilişkili belirli beyin salınım desenlerinin bu perspektiften daha iyi açıklanabileceğini speküle ediyorlar. Eğer onaylanırsa, teori, kuantum prensiplerini şimdiye kadar sadece atom altı parçacıklara ayrılmış gibi görünen şeylerle ilişkilendirerek epilepsi veya anesteziklerin etkisi gibi bozuklukları anlamak için beklenmedik bir yol açacaktır. Şu anda teorik bir gelişme olsa da, Ghose ve Pinotsis'in çalışması bir bakış açısı değişikliğini davet ediyor. Biyolojik ve kuantum arasındaki sınır, mikroskobik ölçekle değil, gürültüdeki gizli örüntüleri tespit etme yeteneği ile işaretlenmeyebilir. Zorluk, bu fikirleri laboratuvara çevirmektir. Yazarlara göre anahtar, minimal elektriksel dalgalanmaları yüksek çözünürlüklü tekniklerle ölçebilen deneyler tasarlamaktır. Eğer bu testler ayrık enerji seviyelerinin veya tutarlı kuantum durumlarının varlığı gibi tahminleri doğrularsa, beyin klasik biyolojinin münhasır bölgesi olmaktan çıkacaktır. Söz konusu olan sadece teknik bir detay değil, insan zihnini düşünmenin yeni bir yoludur: temel fizik ile bilinçli deneyim arasında bir köprü. Eğer bu köprü doğrulanırsa, nörobilim ve fiziğin tarihi, yakın zamana kadar bilim kurgu gibi görünen bir şekilde iç içe geçebilir.