[論文レビュー] Theory of Brain Function, Quantum Mechanics and Superstrings

D.V. Nanopoulos|ArXiv.org|May 24, 1995

Fractal and DNA sequence analysis参考文献 7被引用数 20

ひとこと要約

本稿は、超弦理論にインspiredされた量子崩壊メカニズムを介して、脳内のマイクロチューブルに起因する量子ダイナミクスと意識を統合的枠組みで結びつける。マイクロチューブルの周期的構造と誤り訂正符号によって支えられる量子重ね合わせ状態が、新規の量子重力に由来するメカニズムによって動的に崩壊し、意識的出来事の予測される約1秒の timescale で、精神状態が神経放電に変換される。

ABSTRACT

Recent developments/efforts to understand aspects of the brain function at the {\em sub-neural} level are discussed. MicroTubules (MTs) participate in a wide variety of dynamical processes in the cell, especially in bioinformation processes such as learning and memory, by possessing a well-known binary error-correcting code with 64 words. In fact, MTs and DNA/RNA are unique cell structures that possess a code system. It seems that the MTs' code system is strongly related to a kind of ``Mental Code" in the following sense. The MTs' periodic paracrystalline structure make them able to support a superposition of coherent quantum states, as it has been recently conjectured by Hameroff and Penrose, representing an external or mental order, for sufficient time needed for efficient quantum computing. Then the quantum superposition collapses spontaneously/dynamically through a new, string-derived mechanism for collapse proposed recently by Ellis, Mavromatos, and myself. At the moment of collapse, organized quantum exocytosis occurs, and this is how a ``{\em mental order}" may be translated into a ``{\em physiological action}". Our equation for quantum collapse, tailored to the MT system, predicts that it takes 10,000 neurons ${\cal O}(1\,{ m sec})$ to dynamically collapse (process and imprint information). Different observations/experiments and various schools of thought are in agreement with the above numbers concerning ``{\em conscious events}". If indeed MTs, may be considered as the {\em microsites of consciousness}, then several unexplained properties of consciousness/awareness, get easily explained, including ``{\em backward masking}", ``{\em referal backwards in time}". The {\em non-locality} in the cerebral cortex of neurons related to particular missions, and the related {\em unitary sense of self} as well as

研究の動機と目的

• 量子力学と非臨界的超弦理論を統合した、科学的かつ還元論的な脳ダイナミクスの枠組みを構築すること。
• 意識をマイクロチューブル内の量子コherenceと動的崩壊の結果として説明することにより、長年の問題（結合問題、自由意思）を解決すること。
• 波動関数崩壊のための動的で、恣意的でないメカニズムを提唱することで、量子力学と脳機能を調和させること。
• マイクロチューブルの量子ダイナミクスとエネルギー保存則に基づく、検証可能で実験的に確認可能な意識理論を提供すること。
• 神経科学、量子力学、超弦理論といった異なる分野を、脳と宇宙における情報処理の単一原理の下に統合すること。

提案手法

• マイクロチューブルにおける K₁(13,2⁶,5) 二値誤り訂正符号を、バイオインフォーメーション処理の基盤として用いる。
• ハマー・ペンローズの Orch-OR モデルを適用し、マイクロチューブルがその準結晶的周期的構造のおかげで、量子重ね合わせ状態を支えると提唱する。
• エリス、マヴロマトス、ナノポウロスが提唱した超弦理論に由来する動的崩壊メカニズムを導入し、標準的な波動関数崩壊の仮定に代わる。
• 崩壊を、局所的でない、非局所的な量子状態のグローバルな切断としてモデル化し、組織的なエキソサイトーシスによって神経伝達物質の放出が同期化されることを示す。
• 意識的出来事は約1秒のスケールで発生し、十分なコherenceと崩壊ダイナミクスを得るためには約10,000のニューロンが必要であると予測する。
• エネルギー保存則と量子場のダイナミクスを用いることで、基本的な物理法則と整合性を保ちながら、非古典的脳行動を可能にする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 マイクロチューブルは、量子コherenceと制御された崩壊を通じて、意識の物理的基盤として機能できるか？
• RQ2 恣意的でない、動的メカニズムによる量子波動関数崩壊は、意識的出来事のタイミングと選択性をどのように説明できるか？
• RQ3 K₁(13,2⁶,5) コードは、マイクロチューブル内で『精神的コード』を可能にし、情報処理と記憶に寄与する役割を果たすか？
• RQ4 提案された崩壊メカニズムは、量子力学と脳機能、およびグローバル情報処理をどのように調和させるか？
• RQ5 神経信号が脳内で最大距離を移動するのはなぜか？これはマイクロチューブル内のタイムリーな量子崩壊を満たす必要があるため説明可能か？

主な発見

• 本稿は、マイクロチューブルがその周期的な準結晶的構造のおかげで、長期間にわたる量子重ね合わせ状態を支えることができ、細胞レベルでの量子コンピューティングを可能にすると提唱する。
• 非臨界的超弦理論に由来する量子崩壊メカニズムは、約1秒の崩壊時間を予測し、意識的出来事の観察された持続時間と整合する。
• 崩壊は、初期信号に関連する状態のみの神経伝達物質放出の確率を強調し、精神状態を生理的行動に変換する。
• モデルは、バックワードマスキングや時間的遅延効果といった現象を、マイクロチューブルネットワーク内の非局所的量子ダイナミクスの結果として説明できる。
• 脳内での信号伝達の最大距離は、タイムリーな量子崩壊を達成するための十分なマイクロチューブル素材を励起する必要があることから説明できる。
• 理論は、グローバルかつ非局所的なマイクロチューブル内の量子プロセスを通じて、意識、自己の統一性、自由意思、および結合問題を統一的かつ物理的に整合した説明を提供する。