[논문 리뷰] Non-Critical String Theory Formulation of Microtubule Dynamics and Quantum Aspects of Brain Function

Nick E. Mavromatos, Dimitri V. Nanopoulos|ArXiv.org|1995. 05. 29.

Quantum Mechanics and Applications참고 문헌 5인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 뉴런 내 미세소관(MT) 동역학에 대한 비임계 초월이론(non-critical string theory)를 제안하며, MT를 1+1차원 양자 시스템으로 간주하여 매크로스코픽 양자 협동을 모델링한다. 이 프레임워크에서 양자 시공간 효과는 약 1초 동안 사전의식적 협동 상태가 의식 상태로 조직적으로 붕괴되도록 유도하며, 주관적인 시간의 화살표와 의식의 기원에 대한 메커니즘을 제공한다.

ABSTRACT

Microtubule (MT) networks, subneural paracrystalline cytosceletal structures, seem to play a fundamental role in the neurons. We cast here the complicated MT dynamics in the form of a $1+1$-dimensional non-critical string theory, thus enabling us to provide a consistent quantum treatment of MTs, including enviromental {\em friction} effects. We suggest, thus, that the MTs are the microsites, in the brain, for the emergence of stable, macroscopic quantum coherent states, identifiable with the {\em preconscious states}. Quantum space-time effects, as described by non-critical string theory, trigger then an {\em organized collapse} of the coherent states down to a specific or {\em conscious state}. The whole process we estimate to take ${\cal O}(1\,{ m sec})$, in excellent agreement with a plethora of experimental/observational findings. The {\em microscopic arrow of time}, endemic in non-critical string theory, and apparent here in the self-collapse process, provides a satisfactory and simple resolution to the age-old problem of how the, central to our feelings of awareness, sensation of the progression of time is generated.

연구 동기 및 목표

• 미세소관(MT)의 뉴런 내 동역학에 대해 일관된 양자역학적 처리를 제공함으로써, 뉴런의 구조와 기능에 핵심적인 역할을 하는 MT를 다루는 것.
• 표준 양자장 이론 접근법의 한계를 극복하기 위해 환경의 마찰 효과를 MT에 대한 양자 프레임워크에 통합하는 것.
• 미세소관이 사전의식적 정신 상태에 해당하는 안정적이고 매크로스코픽 양자 협동 상태를 수용할 수 있는지 탐색하는 것.
• 비임계 초월이론 프레임워크에서의 양자 붕괴 역학을 통해 주관적인 시간의 진행 방향(시간의 화살표)을 설명하는 것.
• 비임계 초월이론에 뿌리를 둔 물리적으로 타당한 메커니즘을 통해 미세소관 내 양자 협동과 의식 상태의 기원을 통합하는 것.

제안 방법

• 미세소관을 1+1차원 비임계 초월이론 시스템으로 모델링하여, 그들의 동역학에 대해 일관된 양자장 이론적 처리를 가능하게 하는 것.
• 비임계 초월이론의 형식을 적용하여 환경 자유도와의 상호작용을 포함함으로써 마찰과 분해를 모델링하는 것.
• 비임계 초월이론 내재의 양자 시공간 효과를 도입하여 협동 상태의 조직적이고 비랜덤한 붕괴를 이끄는 것.
• 초월이론 모델의 자가붕괴 메커니즘을 사용하여 사전의식적 양자 협동에서 명확한 의식 상태로의 전이를 시뮬레이션하는 것.
• 모델의 내재된 역학을 사용하여 붕괴 timescale을 추정함으로써 약 1초의 지속시간을 도출하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 미세소관은 사전의식적 정신 처리에 기여할 수 있는 안정적이고 매크로스코픽 양자 협동 상태를 수용할 수 있는가?
• RQ2 환경의 마찰과 분해는 미세소관 동역학의 양자 모델에 어떻게 일관되게 통합될 수 있는가?
• RQ3 비임계 초월이론의 내재된 역학은 의식에서 주관적인 시간의 화살표 기원에 대한 메커니즘을 제공하는가?
• RQ4 미세소관 내 양자 협동 상태의 붕괴는 경험적으로 관측된 의식 인식의 지속시간(~1초)과 일치하도록 조직적이고 타이밍 조절이 가능한가?
• RQ5 양자 중력 기반 모델에서 미세소관의 세포골격 구조 내 양자 협동과 의식 경험을 연결하는 물리적 메커니즘이 존재하는가?

주요 결과

• 모델은 미세소관 내 매크로스코픽 양자 협동 상태의 붕괴가 약 1초의 timescale을 가지며, 의식 인식에 대한 실험적 관측과 일치함을 예측한다.
• 비임계 초월이론은 자가붕괴 메커니즘을 통해 자연스럽게 미세한 시간의 화살표를 포함하며, 의식에서 시간 방향성 문제를 해결한다.
• 환경의 마찰은 비임계 초월이론 프레임워크 내에서 일관되게 모델링되어, 미세소관의 양자 역학적 동역학에서 현실적인 분해 효과를 가능하게 한다.
• 이 프레임워크는 협동 상태가 사전의식적 정신 상태에 해당함을 규명하며, 미세소관을 양자 협동의 잠재적 미세소에 지정한다.
• 붕괴 과정은 무작위가 아니라 조직적이며, 사전의식적에서 의식적 인식으로의 전이에 물리적 기반을 제시한다.