[論文レビュー] The Quantum-Classical and Mind-Brain Linkages: The Quantum Zeno Effect in Binocular Rivalry

Henry P. Stapp|ArXiv.org|Oct 30, 2007

Quantum Mechanics and Applications参考文献 11被引用数 4

ひとこと要約

本稿は、量子ゼノン効果——頻繁な測定が量子状態の時間発展を抑制する現象——が、脳内の知覚状態を安定化させることで、両眼錯覚を説明すると提案している。ヴァン・ノイマンの量子測定理論を用いて、意識的観察が脳状態を知覚的に安定した構成に収束させると主張し、環境によるデコherenceがこの効果を破壊しないのは、系の動的安定性のおかげである。この理論は、意識と知覚の間の量子的・古典的橋渡しを提供する。

ABSTRACT

A quantum mechanical theory of the relationship between perceptions and brain dynamics based on von Neumann's theory of measurments is applied to a recent quantum theoretical treatment of binocular rivaly that makes essential use of the quantum Zeno effect to give good fits to the complex available empirical data. The often-made claim that decoherence effects in the warm, wet, noisy brain must eliminate quantum effects at the macroscopic scale pertaining to perceptions is examined, and it is argued, on the basis of fundamental principles. that the usual decoherence effects will not upset the quantum Zeno effect that is being exploited in the cited work.

研究の動機と目的

• ヴァン・ノイマンの測定理論に基づく量子力学的モデルを用いて、両眼錯覚を説明すること。
• 温暖で湿った脳内環境における環境的デコherenceが、巨視的量子効果（例えば量子ゼノン効果）を破壊するとされる一般的な反論に応えること。
• デコherenceが存在する中でも、量子ゼノン効果が知覚状態を安定化させられることを示すこと。
• 量子測定プロセスを通じて、意識的知覚と神経的相関要因との間の因果的リンクを確立すること。
• 電磁場のコherent状態が、量子的脳ダイナミクスと古典的知覚の間の自然な橋渡しを提供すること。

提案手法

• 脳皮質の活動を約40 Hzのカップリングされた古典的調和振動子（SHOs）でモデル化し、神経ダイナミクスを表現する。
• 片方の目からの入力に対応するSHOs間の弱い結合を導入するために正準変換を適用する。
• 古典的ハミルトニアンを量子化し、頻繁な測定に類似した相互作用から生じる量子ゼノン効果を導出する。
• 神経状態をガウス型波パッケージで表現し、知覚的遷移の確率振幅を求めるために重なり積分を計算する。
• 環境的デコherenceの役割を分析するために、制御不能な位相シフトを導入し、それが量子ゼノン効果の核心的メカニズムに影響しないことを示す。
• ヴァン・ノイマンのプロセス1（測定）を適用し、意識的観察が重ねられた脳状態を知覚的に安定した構成に収束させることを結びつける。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 量子ゼノン効果は、両眼錯覚における知覚状態の安定化を説明できるか？
• RQ2 温暖で湿った環境にある脳内において、環境的デコherenceが巨視的量子効果（例えば量子ゼノン効果）を実際に阻止するのか？
• RQ3 量子測定理論によれば、意識的知覚はどのように特定の神経状態と結びつくのか？
• RQ4 電磁場のコherent状態は、量子的脳ダイナミクスと古典的知覚を結ぶ上で果たす役割は何か？
• RQ5 特定の思考と特定の皮質活動パターンとの間の関連づけに、非奇跡的で自然なメカニズムは存在するか？

主な発見

• 頻繁な測定に類するプロセスが発生することで、量子ゼノン効果が、両眼錯覚における対立的知覚状態間の遷移を抑制し、知覚状態を安定化させる。
• モデルは、環境によるデコherenceが存在する中でも、量子ゼノン効果が安定であることを示しており、これは位相シフトによって引き起こされる影響とは無関係に、重なり積分の絶対値に依存するからである。
• カップリングされたSHOsから導かれる系の古典的軌道は弱い結合下でも安定であり、量子版はその振る舞いを高い忠実度で再現する。
• 知覚的切り替えの確率は時間の累乗に比例し、量子ゼノム効果は系の波パッケージの重なりの時間発展から自然に生じる。
• 電磁場のコherent状態は、神経活動と意識的知覚を結ぶ動的安定性に富み、古典的に解釈可能な基底を提供する。
• この理論は、意識が脳ダイナミクスにおいて自然で因果的な役割を果たすことを示しており、思考と脳状態との間の任意的または奇跡的マッピングの必要性を排除する。