[論文レビュー] On the Theoretical Possibility of Quantum Visual Information Transfer to the Human Brain

Vahid Salari, Mohammad Rahnama+1 more|arXiv (Cornell University)|Aug 29, 2008

Quantum Mechanics and Applications参考文献 54被引用数 5

ひとこと要約

本稿は、目の量子測定、神経細胞の微小小管における量子コherence、波動関数の収束を統合する多段階的メカニズムを通じて、視覚的量子情報が人間の脳に転送される理論的妥当性を検討する。デコherenceが生じるにもかかわらず、ペンローズ＝ハマロフの量子処理とターヘルドの眼に基づく収束を組み合わせたハイブリッドモデルにより、量子視覚認識への道筋が示唆される。

ABSTRACT

The feasibility of wave function collapse in the human brain has been the subject of vigorous scientific debates since the advent of quantum theory. Scientists like Von Neumann, London, Bauer and Wigner (initially) believed that wave function collapse occurs in the brain or is caused by the mind of the observer. It is a legitimate question to ask how human brain can receive subtle external visual quantum information intact when it must pass through very noisy and complex pathways from the eye to the brain? There are several approaches to investigate information processing in the brain, each of which presents a different set of conclusions. Penrose and Hameroff have hypothesized that there is quantum information processing inside the human brain whose material substrate involves microtubules and consciousness is the result of a collective wavefunction collapse occurring in these structures. Conversely, Tegmark stated that owing to thermal decoherence there cannot be any quantum processing in neurons of the brain and processing in the brain must be classical for cognitive processes. However, Rosa and Faber presented an argument for a middle way which shows that none of the previous authors are completely right and despite the presence of decoherence, it is still possible to consider the brain to be a quantum system. Additionally, Thaheld, has concluded that quantum states of photons do collapse in the human eye and there is no possibility for collapse of visual quantum states in the brain and thus there is no possibility for the quantum state reduction in the brain. In this paper we conclude that if we accept the main essence of the above approaches taken together, each of them can provide a different part of a teleportation mechanism.

研究の動機と目的

• ノイズの多い神経経路を経ても、光子からの視覚的量子情報が人間の脳に完全に転送可能かどうかを調査すること。
• ペンローズ＝ハマロフの微小小管における波動関数収束と、テグマークのデコherenceに関する議論の矛盾を解消すること。
• 眼における波動関数収束（ターヘルドの仮説による）と脳における量子処理が共存可能かどうかを検討すること。
• 異なる量子脳仮説が補完的役割を果たす完全な情報転送メカニズムを統合した理論的枠組みを提唱すること。
• 神経構造内での量子コherenceが、意識的視覚認識を支えるのに十分な長さ維持可能かどうかを評価すること。

提案手法

• 特にターヘルドの結論、すなわち光子状態が網膜で収束するという、人間の眼における量子測定の既存モデルを分析する。
• ペンローズとハマロフの仮説である、波動関数収束の基盤としての微小小管における量子計算を統合する。
• 熱的デコherenceが神経細胞における量子処理を不可能にするというテグマークの主張を、ローザとファーバーの中間的アプローチを用いて評価する。
• 量子情報が最初に眼で収束され、その後非古典的経路を介して微小小管で再コヒーレンス化または処理されるハイブリッドメカニズムを提唱する。
• 量子デコherence理論と波動関数ダイナミクスを用いて、神経経路を通過する間の量子状態の維持をモデル化する。
• 量子情報理論の原則を適用し、網膜から視覚皮質への視覚的量子状態の転送がコヒーレンスの損失なしに可能かどうかを評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 光子からの視覚的量子情報は、網膜から視覚皮質への移行過程で保持可能か？
• RQ2 眼における波動関数収束が生じる一方で、脳内での量子コヒーレンスを維持することが理論的に可能か？
• RQ3 ペンローズ＝ハマロフの微小小管に基づく量子処理モデルは、テグマークのデコherence議論とどのように共存可能か？
• RQ4 眼は視覚的量子状態の初期測定に果たす役割は何か？ そして、それが脳レベルの処理にどのように影響を与えるか？
• RQ5 複数の量子脳仮説の長所を統合した、量子視覚認識を可能にする統一的メカニズムを構築可能か？

主な発見

• 本稿は、ターヘルドの主張に従い眼で波動関数収束が生じるが、それによって脳内でのその後の量子処理が不可能になるわけではないと結論づける。
• ローザとファーバーの中間的モデルに基づき、熱的デコherenceが存在するにもかかわらず、神経細胞の微小小管が認知処理に十分な長さで量子コヒーレンスを維持できる可能性があると主張する。
• 著者らは、二段階プロセスを通じて視覚的量子情報が転送可能であると提唱する。最初に網膜で収束され、その後微小小管で再コヒーレンス化または処理される。
• 理論的モデリングにより、特定の生物学的構造でコヒーレンスが維持される限り、光子からの量子情報が神経経路を通過しても保持可能であると示唆される。
• 本稿は、単一の既存理論が量子視覚転送を完全に説明できないが、眼に基づく収束と微小小管に基づく処理の統合により、実現可能な理論的枠組みが得られると結論づける。
• 結果は、初期測定が網膜で行われた後、神経微小小管で量子状態が安定化されれば、量子視覚認識が理論的に可能であるという考えを支持する。