神經科學新理論：大腦「雜訊」或為量子原理展現

傳統神經科學將大腦運作比擬為電氣交響曲，其中被稱為「神經雜訊」的細微波動常被視為測量上的干擾。然而，一項新研究提出了一個革命性的觀點：這些雜訊可能並非資訊的破壞者，反而可能與量子力學的原理相似，賦予大腦意想不到的連貫性。

理論物理學家 Partha Ghose 與神經科學家 Dimitris Pinotsis 在《計算與結構生物技術期刊》上發表的研究指出，描述神經活動的經典方程式，經過轉化後竟能對應到量子物理學中的基本方程式——薛丁格方程式。這項發現開啟了一條不同尋常的途徑，暗示大腦在某種程度上可能遵循量子原理運作。研究人員借鑒了愛德華·納爾遜（Edward Nelson）在1960年代提出的觀點，他認為類似布朗運動的隨機運動可以用量子方程式來描述。研究人員從一個簡單的數學模型開始，發現帶有漂移的隨機遊走，在用量子力學的語言表述時，會出現類似薛丁格方程式的方程式。該模型能描述神經元觸發電脈衝或保持靜默的機率，且與真實神經元電位波動的實驗數據相符。這表明，大腦的電波動不僅是實驗上的干擾，更可能蘊含著連貫的模式，是「雜亂中誕生的秩序」。

進一步，研究人員將此邏輯應用於神經科學中常用的 FitzHugh-Nagumo 模型，證明即使是這個通常被視為「經典」的模型，在加入雜訊元素後，也能被改寫為量子方程式的形式。這項發現意義重大，因為 FitzHugh-Nagumo 模型是模擬神經元和網絡功能的關鍵工具。該模型擁有一個「量子對偶」，意味著大腦的物理學可能比先前想像的要豐富得多。這種量子重構為經典計算提供了修正，可能為大腦對相同信號反應不完全相同提供更精確的解釋。

研究中最具啟發性的提議之一是引入一個新參數：「神經常數」，類似於量子物理學中的普朗克常數。作者提出，他們建議了幾種測量方法，例如分析興奮閾值以下的電振盪。若此神經常數存在且可被測量，將是量子現象在單一神經元層級上首次得到直接證據，對意識與認知的量子關聯爭論具有重大意義。羅傑·彭羅斯（Roger Penrose）和史都華·哈梅羅夫（Stuart Hameroff）關於意識與微管中量子相干性相關的理論，可能會因此獲得嚴格的實驗基礎。此外，研究人員推測，神經可塑性——大腦適應和學習的能力——可能具有量子成分，某些與神經疾病相關的腦振盪模式也可能從此角度得到更好的解釋。若該理論得到證實，將為理解癲癇或麻醉劑等現象開闢意想不到的途徑，將神經元的電行為與量子原理聯繫起來。

儘管目前這仍是理論發展階段，Ghose 和 Pinotsis 的工作邀請我們改變觀點，認為生物學與量子學之間的界限，或許並非由微觀尺度劃定，而是取決於偵測雜訊中隱藏模式的能力。這項研究的關鍵在於設計能夠以高分辨率技術測量最小電波動的實驗。若這些測試證實了離散能級或量子相干態的存在等預測，大腦將不再僅僅是經典生物學的領域，而可能成為連接基礎物理學與意識體驗的橋樑。