[논문 리뷰] On the Theoretical Possibility of Quantum Visual Information Transfer to the Human Brain

Vahid Salari, Mohammad Rahnama외 1명|arXiv (Cornell University)|2008. 08. 29.

Quantum Mechanics and Applications참고 문헌 54인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 눈에서의 양자 측정, 신경 미세소관에서의 양자 공명, 파동함수 붕괴를 통합하는 다단계 메커니즘을 통해 시각적 양자 정보가 인간 뇌로 전송될 수 있는 이론적 가능성을 탐구한다. 비록 디코herence가 발생하더라도 펜로즈-하머오프의 양자 처리 모델과 테할드의 눈 기반 붕괴를 융합한 하이브리드 모델을 통해 광자의 양자 정보가 유지될 수 있음을 제안하며, 양자 시각 인지의 길을 제시한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 소음이 있는 신경 경로에도 불구하고 광자로부터 온 시각적 양자 정보가 뇌에 그대로 전달될 수 있는지 조사하기 위해.
• 펜로즈-하머오프의 미세소관 붕괴 이론와 테그마르크의 디코herence 논거 사이의 모순되는 이론을 조율하기 위해.
• 테할드의 주장에 따르면 눈에서의 파동함수 붕괴가 뇌 내에서의 양자 처리와 공존할 수 있는지 검토하기 위해.
• 다양한 양자 뇌 가설이 서로 보완적인 구성 요소를 제공하는 완전한 정보 전송 메커니즘을 구성하는 통합 이론적 프레임워크를 제안하기 위해.
• 신경 구조에서 양자 공명이 의식적 인지에 기여할 수 있을 정도로 충분히 오래 지속될 수 있는지 평가하기 위해.

제안 방법

• 특히 테할드의 주장에 따르면 광자 상태가 망막에서 붕괴된다는 결론을 내린 인간 눈에서의 양자 측정 기존 모델을 분석한다.
• 펜로즈와 하머오프의 미세소관에서의 양자 계산 가설을 파동함수 붕괴의 기초로 통합한다.
• 테그마르크의 주장에 따르면 열적 디코herence가 뉴런 내에서의 양자 처리를 방해한다고 보는 것을 평가하며, 로사와 패버의 중간 모델을 사용해 이를 상쇄한다.
• 양자 정보가 먼저 눈에서 붕괴된 후 비고전적 경로를 통해 미세소관에서 재공명되거나 처리되는 하이브리드 메커니즘을 제안한다.
• 양자 디코herence 이론과 파동함수 역학을 사용하여 뉴런 경로를 통해 양자 상태가 유지되는지를 모델링한다.
• 양자 정보 이론의 원리를 적용하여 망막에서 코텍스트로의 시각적 양자 상태 전송이 공명 손실 없이 가능할지 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 망막에서부터 시각 피질으로의 전이 과정에서 광자의 시각적 양자 정보가 유지될 수 있는가?
• RQ2 눈에서의 파동함수 붕괴가 발생하는 것은 바람직한 뇌 내에서의 양자 공명을 유지하는 데 영향을 주는가?
• RQ3 펜로즈-하머오프의 미세소관 기반 양자 처리 모델이 테그마르크의 디코herence 논거와 어떻게 공존할 수 있는가?
• RQ4 눈은 시각적 양자 상태의 초도 측정에서 어떤 역할을 하는가? 그리고 이는 이후 뇌 수준의 처리에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 다양한 양자 뇌 가설의 장점을 통합하여 양자 시각 인지를 가능하게 하는 통합 메커니즘을 구성할 수 있는가?

주요 결과

• 논문은 테할드의 주장에 따르면 눈에서 파동함수 붕괴가 발생하지만, 이는 뇌에서의 후속 양자 처리를 막지 않는다고 결론 내린다.
• 로사와 패버의 중간 모델에 기반해 열적 디코herence가 존재하더라도 뉴런의 미세소관이 인지 처리에 필요한 시간 동안 양자 공명을 유지할 수 있을 것이라고 주장한다.
• 저자들은 시각적 양자 정보가 두 단계 과정을 통해 전달될 수 있다고 제안한다: 망막에서의 초도 붕괴 이후 미세소관에서의 재공명 또는 처리.
• 이론적 모델링 결과, 특정 생물학적 구조에서 공명이 유지된다면 광자의 양자 정보가 뉴런 경로를 통해 유지될 수 있음을 시사한다.
• 기존 이론 중 어느 하나도 양자 시각 전송을 완전히 설명하지 못하지만, 눈 기반 붕괴와 미세소관 기반 처리의 융합은 타당한 이론적 프레임워크를 제공한다.
• 결과적으로, 망막에서의 초도 측정 이후 신경 미세소관에서 양자 상태가 안정화된다면 양자 시각 인지는 이론적으로 가능하다는 것을 지지한다.