[논문 리뷰] Where do the photons collapse - in the retina or in the brain cortex?

Данко Георгиев|arXiv (Cornell University)|2002. 08. 08.

Neural dynamics and brain function참고 문헌 13인용 수 4

한 줄 요약

논문은 양자역학적 제약과 수용체에서의 신호 증폭 덕분에 광자는 뇌皮질이 아니라 망막에서 붕괴된다고 주장한다. 이는 시각 처리가 횡방향 억제를 통해 망막에서 시작되며,皮질 활동은 원시적인 시각 입력이 아니라 처리된 정보를 반영한다는 것을 보여주며, 광자 상태의 유지라는 양자 마음 이론을 반박한다.

ABSTRACT

While looking for evidence of quantum coherent states within the brain, many quantum mind advocates proposed experiments based on the assumption that the coherent state of a photon entering the visual system could somehow be preserved through the neural processing, or in other words they suppose that photons collapse not in the retina, but in the brain cortex. In this paper we show that photons do collapse within the retina and subsequent processing of information at the level of neural membranes proceeds. Moreover, we explicitly stress on the fact that due to existent amplification of the signal produced by each photon, a basic quantum mechanical theorem forbids the photon state to be teleported from the retina to the brain cortex. The changes of the membrane potential of the neurons in the primary visual cortex are shown to be relevant to inputting visual sensory information that is already processed and is not identical to the visual image entering in the retina. A striking evidence for the existent processing of the incoming visual information by the retina is provided by visual illusions resulting from the lateral inhibition mechanism.

연구 동기 및 목표

• 양자 마음 지지자들이 제안한 바와 같이 광자 상태가 뇌皮질에서 양자역학적으로 유지되고 붕괴된다는 가설을 도전하기 위해.
• 특히 횡방향 억제 메커니즘을 통해 망막의 초기 시각 처리에서의 역할을 명확히 하기 위해.
• 수용체에서의 신호 증폭이 뇌皮질으로 광자 상태를 양자 텔레포트할 수 없음을 보여주기 위해.
• 주요 시각皮질 활동이 원시적인 광자 입력이 아니라 처리된 시각 정보를 반영한다는 것을 확립하기 위해.

제안 방법

• 광자 상태가 망막에서 뇌皮질으로 텔레포트될 수 없음을 보여주기 위해, 특히 복제 금지 정리와 같은 양자역학 원리를 분석함.
• 광수용체 세포의 생물물리학을 검토하여 광자 흡수 시 즉각적인 신호 전달과 붕괴가 발생함을 확인함.
• 수용체에서 알려진 신호 증폭 메커니즘을 이용하여, 시각 경로에서의 장기적 양자 공명이 불가능하다고 주장함.
• 뇌皮질의 세포막 전위 변화와 망막 입력을 비교하여, 시각皮질 활동이 원시적인 시각 데이터가 아니라 처리된 데이터를 반영한다는 것을 보임.
• 시각 착시를 이용하여 횡방향 억제를 통한 망막 처리의 직접적 증거로 삼음.
• 양자정보이론의 이론적 제약을 신경 시스템에 적용하여 장거리 양자 상태 유지 가능성은 배제함.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 양자 마음 이론이 주장하는 바와 같이 광자의 양자 상태가 뇌皮질에서 유지되고 붕괴될 수 있는가?
• RQ2 수용체에서의 신호 증폭은 광자 상태가 뇌皮질으로 이행되는 것을 방지하는 데 어떤 역할을 하는가?
• RQ3 망막에서의 횡방향 억제는 뇌皮질 참여 이전에 어떻게 시각 처리에 기여하는가?
• RQ4 주요 시각皮질은 원시적인 광자 입력을 반영하는가, 아니면 처리된 망막 출력을 반영하는가?
• RQ5 어떤 양자역학 원리가 광자 상태가 망막에서 뇌皮질으로 이행되는 것을 배제하는가?

주요 결과

• 광자는 수용체 세포의 즉각적인 전달 과정으로 인해 뇌皮질이 아니라 망막에서 붕괴된다.
• 수용체에서의 신호 증폭은 복제 금지 정리에 따라 양자 상태 텔레포트 조건을 위반하므로, 뇌皮질으로의 상태 이행이 불가능하다.
• 주요 시각皮질의 세포막 전위 변화는 원래의 광자 상태와 관련이 없고, 처리된 시각 정보와 관련이 있다.
• 횡방향 억제 효과와 같은 시각 착시는 망막에서 뇌皮질 입력 이전에 상당한 처리가 일어난다는 직접적 증거를 제공한다.
• 논문은 뇌皮질이 붕괴되지 않은 광자 상태를 수신하거나 처리하지 않으며, 이는 양자 마음 이론의 핵심 가정을 무효화한다는 결론을 내린다.
• 시각 시스템은 망막 이후로 고전적 정보 처리기로 작동하며, 시각 인지에서의 양자 공명에 대한 증거는 없다.