Квантові принципи можуть пояснити «шум» мозку, припускає нейронаука

Традиційно нейронаука розглядала мозок як електричну систему, де «нейронний шум» вважався хаотичними коливаннями, що ускладнюють вимірювання. Однак нова перспектива, запропонована теоретичним фізиком Партою Ґхосом та нейробіологом Дімітрісом Піноцісом, припускає, що цей шум може надавати мозку узгодженості, подібної до квантової механіки.

У дослідженні, опублікованому в *Computational and Structural Biotechnology Journal*, автори продемонстрували, що класичні рівняння, які описують нейронну активність, можуть бути перетворені на версію рівняння Шредінгера, фундаментального для квантової фізики. Це відкриття вказує на можливість того, що мозок функціонує, принаймні частково, за квантовими принципами. Дослідники спираються на ідею Едварда Нельсона 1960-х років про те, що випадковий рух, подібний до броунівського, може бути описаний тими ж рівняннями, що керують квантовою фізикою. Це означає, що «нейронний шум» може приховувати глибші структури, еквівалентні хвилям ймовірності.

Щоб перевірити гіпотезу, дослідники почали з математичної моделі випадкового блукання з дрейфом. Вони показали, що ця модель, сформульована правильною мовою, призводить до рівняння, схожого на рівняння Шредінгера. Цей формалізм узгоджується з експериментальними даними про коливання електричного потенціалу в реальних нейронах, що дозволяє представити нейронну активність як квантову хвилю, де мембранний потенціал має діапазон ймовірностей.

Наступним кроком було застосування цієї логіки до моделі ФітцГ'ю-Наґумо, яка широко використовується для опису генерації та відновлення електричних спайків нейронів. Додавши «шум», автори змогли переписати цю модель у термінах квантових рівнянь. Це свідчить про те, що фізика мозку може бути багатшою, ніж вважалося раніше, і пропонує корекції до класичних розрахунків, які можуть точніше пояснити варіативність реакцій мозку на однакові стимули.

Дослідження також вводить поняття «нейронної сталої», аналогічної до сталої Планка. Автори пропонують експерименти для її вимірювання, такі як аналіз електричних коливань нижче порогу спрацьовування. Якщо ця стала існує і може бути виміряна, це буде прямим доказом квантових явищ на рівні окремих нейронів, що може мати значні наслідки для розуміння свідомості та пізнання. Теорії, такі як теорія Роджера Пенроуза та Стюарта Хамероффа про зв'язок свідомості з квантовою когерентністю в мікротрубочках, можуть отримати сувору експериментальну основу. А також таких явищ, як нейронна пластичність та неврологічні захворювання.

Хоча це наразі теоретичний розвиток, робота Ґхоса та Піноціса запрошує до зміни перспективи, розглядаючи межу між біологічним і квантовим не як мікроскопічний масштаб, а як здатність виявляти приховані патерни в шумі. Переведення цих ідей у лабораторію та розробка експериментів для вимірювання мінімальних електричних коливань є ключовим викликом для підтвердження цієї теорії.