[论文解读] Where do the photons collapse - in the retina or in the brain cortex?

Данко Георгиев|arXiv (Cornell University)|Aug 8, 2002

Neural dynamics and brain function参考文献 13被引用 4

一句话总结

该论文认为，由于量子力学限制和光感受器中的信号放大，光子在视网膜内坍缩，而非在大脑皮层。它证明视觉处理始于视网膜的侧向抑制机制，而皮层活动反映的是经过处理的视觉输入，而非原始输入，从而反驳了关于光子态在大脑中保持相干性的量子心灵假说。

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.

研究动机与目标

• 挑战量子心灵支持者提出的假设，即光子态保持相干并在大脑皮层坍缩。
• 阐明视网膜在早期视觉处理中的作用，特别是通过侧向抑制机制。
• 证明光感受器中的信号放大阻止了光子态向皮层的量子隐形传态。
• 确立初级视觉皮层活动反映的是经过处理的视觉信息，而非光子的直接输入。

提出的方法

• 分析量子力学原理，特别是不可克隆定理，以证明光子态无法从视网膜隐形传送到皮层。
• 研究光感受器细胞的生物物理学，确认光子吸收立即触发信号转导和坍缩。
• 利用光感受器中已知的神经信号放大机制，论证视觉通路中不存在持续的量子相干性。
• 将初级视觉皮层膜电位变化与视网膜输入进行比较，表明视觉皮层活动反映的是经过处理的视觉数据，而非原始输入。
• 引用视觉错觉作为视网膜侧向抑制处理的实证证据。
• 将量子信息理论的理论约束应用于神经系统的分析，以排除远距离量子态保持的可能性。

实验结果

研究问题

• RQ1 正如量子心灵理论所建议的那样，光子的量子态是否可能在大脑皮层中保持并坍缩？
• RQ2 光感受器中的信号放大在阻止光子态向皮层的量子隐形传态中起什么作用？
• RQ3 视网膜中的侧向抑制在皮层参与之前如何促进视觉处理？
• RQ4 初级视觉皮层在多大程度上反映原始光子输入，而非经过处理的视网膜输出？
• RQ5 哪些量子力学原理排除了光子态从视网膜向皮层转移的可能性？

主要发现

• 由于光感受器细胞中立即发生的转导过程，光子在视网膜内坍缩，而非在大脑皮层。
• 根据不可克隆定理，光感受器中的信号放大违反了光子态隐形传送到皮层所需的条件。
• 初级视觉皮层膜电位的变化与经过处理的视觉信息相关，而非与原始光子态相关。
• 视觉错觉（如侧向抑制效应）提供了直接证据，表明在皮层输入之前，视网膜已发生显著处理。
• 本文结论认为，大脑皮层未接收或处理未坍缩的光子态，从而否定了量子心灵假说的关键假设。
• 视觉系统从视网膜开始即作为经典信息处理器运行，视觉感知中无量子相干性的证据。