[논문 리뷰] Theory of Brain Function, Quantum Mechanics and Superstrings

D.V. Nanopoulos|ArXiv.org|1995. 05. 24.

Fractal and DNA sequence analysis참고 문헌 7인용 수 20

한 줄 요약

이 논문은 뇌 내 마이크로튜불 기반 양자 역학적 동역학을 스크링 이론에 영향을 받은 양자 붕괴 메커니즘을 통해 의식과 연결하는 통합 프레임워크를 제안한다. 이는 마이크로튜불의 정기적 구조와 오류 수정 코드에 의해 지지되는 협동 초월 상태가, 새로운 양자 중력 기반 메커니즘을 통해 동적으로 붕괴되며, 정신 상태가 신경 전달 물질 방출로 번역되며, 의식 사건의 예상 시간 스케일이 약 1초임을 시사한다.

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

연구 동기 및 목표

• 양자역학과 비임계 초끈이론을 통합하는 과학적으로 타당하고 축소론적인 뇌 동역학 프레임워크를 개발하기 위해.
• 의식을 마이크로튜불 내에서의 양자 협동과 동적 붕괴의 결과로 설명함으로써, 오랫동안 남아있던 문제들인 결합 문제와 자유의지 문제를 해결하기 위해.
• 파동 함수 붕괴에 대해 표준적인 가정이 아닌, 역학적 메커니즘을 제안함으로써 양자역학과 뇌 기능을 재결합하기 위해.
• 마이크로튜불의 양자 역학적 동역학과 에너지 보존 원리를 바탕으로 실험적으로 검증 가능한 의식 이론을 제공하기 위해.
• 신경과학, 양자역학, 초끈이론을 하나의 원리인 뇌와 우주의 정보 처리 원리 아래 통합하기 위해.

제안 방법

• 마이크로튜불에서 생물정보 처리의 기초로 K₁(13,2⁶,5) 이진 오류 수정 코드를 사용한다.
• 헤머오프-펜로즈 Orch-OR 모델을 적용하여, 마이크로튜불이 그들의 비정질적 정기적 구조 덕분에 양자 협동 초월 상태를 지지할 수 있다고 제안한다.
• 에일리스, 마브로마토스, 나노파울로스에서 유도된 스크링 이론 기반의 동적 붕괴 메커니즘을 도입하여 표준 파동 함수 붕괴의 가정을 대체한다.
• 붕괴를 국소적이지 않은, 전역적인 분포된 양자 상태의 단절로 모델링하며, 조직화된 방출을 통해 신경전달물질 방출이 동기화됨을 이끈다.
• 의식 사건이 약 1초 동안 발생하며, 충분한 협동과 붕괴 역학을 확보하기 위해 약 10,000개의 뉴런이 필요하다고 예측한다.
• 에너지 보존과 양자장 역학을 사용하여 기본 물리 법칙과 일관성을 유지하면서도 비고전적 뇌 행동을 가능하게 한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 마이크로튜불이 양자 협동과 제어된 붕괴를 통해 의식의 물리적 기초로 작용할 수 있는가?
• RQ2 표준적인 가정이 아닌, 역학적 메커니즘으로서의 양자 파동 함수 붕괴가 의식 사건의 시간 및 선택성에 어떻게 설명될 수 있는가?
• RQ3 K₁(13,2⁶,5) 코드가 마이크로튜불 내에서 '정신적 코드'를 가능하게 하여 정보 처리와 기억에 어떤 역할을 하는가?
• RQ4 제안된 붕괴 메커니즘이 양자역학과 뇌 기능, 전역적 정보 처리를 어떻게 조화시킬 수 있는가?
• RQ5 왜 신경 신호는 뇌에서 최대 거리를 이동하는가? 이는 마이크로튜불 내에서 시기적절한 양자 붕괴를 위해 필요한가?

주요 결과

• 논문은 마이크로튜불이 그들의 정기적인 비정질적 정기적 구조 덕분에 장수하는 양자 협동 초월 상태를 지지할 수 있으며, 이는 세포 수준에서의 양자 계산을 가능하게 한다고 제안한다.
• 비임계 초끈이론에서 유도된 양자 붕괴 메커니즘은 약 1초의 붕괴 시간을 예측하며, 이는 관찰된 의식 사건의 지속 시간과 일치한다.
• 붕괴는 초기 신호와 관련된 상태에 대해서만 신경전달물질 방출 확률을 선택적으로 증가시켜 정신 상태를 생리적 행동으로 번역한다.
• 모델은 후행 마스킹과 시간 후행 현상과 같은 현상을 마이크로튜불 네트워크 내의 국소적이지 않은 양자 역학적 동역학의 결과로 설명한다.
• 뇌에서 최대 신호 전파 거리는, 시기적절한 양자 붕괴를 달성하기 위해 충분한 마이크로튜불 물질을 자극하기 위한 요구 조건으로 설명된다.
• 이론은 전역적이고 국소적이지 않은 마이크로튜불 내의 양자 과정을 통해 의식, 통합된 자아, 자유의지, 그리고 결합 문제를 통합적이고 물리적으로 일관된 설명으로 제공한다.