Квантовые суперпозиции и функционирование мозга

Ю.Г. Кабалдин, В.И. Дементьев

(Нижегородский государственный технический университет)

Согласно общепринятой точке зрения, работу мозга следует рассматривать лишь в рамках классической физики. Считается, что передаваемые по нервам сигналы - суть феномены типа «есть или нет», точно так же, как токи в телефонных проводах – они либо есть, либо нет. Согласно критерию объективной редукции (ОР), предложенному Р. Пенроузом, в разработанной им квантовой теории мозга, следует ожидать, что с большой вероятностью при возбуждении нейрона объективная редукция состояния происходит очень быстро – не потому, что имеет место значительное перемещение масс (его там даже по минимально требуемым стандартам далеко недостаточно), а потому, что распространяющееся вдоль нерва электрическое поле, порождаемое нервным сигналом, скорее всего, не остается «незамеченным» окружающими нерв тканями мозга вследствие декогеренции, несмотря на то, что аксон окружен миелином. Это поле возмущает случайным образом весьма значительный объем вещества окружения - вполне достаточным, как представляется авторам, для того чтобы удовлетворить критерию срабатывания процедуры ОР почти сразу же после возникновения сигнала. Поэтому сохранение в течение длительного времени квантовых суперпозиций возбуждения и торможения нейрона вряд ли невозможно. ОР вносит определенность в их состояния, т.е. нервный сигнал генерирует или теряет информацию. Квантовый подход к исследованию функционирования мозга очевиден.

Возникновение нервного сигнала связно с работой ионных (калиевых и натриевых) насосов. Такая суперпозиция обеспечивает формирование потенциала действия – ПД на мембране нервной клетки,

Существует суперпозиция синапсов: различают электрические и химические. Они также ассиметричны функционально, но их активность дополняет друг друга, хотя существует вероятность (случайность) включения того или иного вида нейронной активности, как результат ОР их квантовых состояний. Имеется также квантовая суперпозиция нейромедиаторов в синаптических контактах.

Указывая наличие квантовых суперпозиций в «материальных структурах» мозга, необходимо задать вопрос, как влияют они на нейронную активность и пластичность мозга? Анализ показывает, что, согласно квантовой теории, квантовые суперпозиции не могут долго существовать. В результате ОР существует вероятность включиться каждому квантовому состоянию в суперпозиции, вызывая разбалансировку энергетических процессов в мозге. Поэтому, управляя синаптическими связями, квантовые суперпозиции вызывают мозговые расстройства, в частности, такие тяжелые заболевания как шизофрения, бессонница, обусловливая торможение (долговременную депрессию), либо длительное возбуждение (долговременную потенцию) синапсов соответственно. В частности, суперпозиция медиаторов глутамата и глицина в синапсах ответственна за такие заболевания как мигрень и шизофрения. Высказана квантовая гипотеза, что болезнь Альцгеймера связана с потерей белками информации по механизму свободных радикалов, т.е. за счет отбора у них электронов. В результате белки становятся неструктурированными, теряют свою форму и информацию, слипаются, образуя бляшки. В этой связи, болезнь Альцгеймера следует рассматривать как атавизм. Как показали исследования, в начале химической эволюции, белки были не структурированными.

Таким образом, нейронную активность, пластичность мозга определяют квантовые суперпозиции как на микро-, так и на макро- уровне. Разбалансировка квантовых суперпозиций обусловливает снижение нейронной активности в различных участках мозга, а следовательно, уровня сознания и способности к мышлению. Пациенты, использующие в своём пищевом рационе антиоксиданты, сохраняли хорошую память до старости.

Разработана модель реализации квантовой когерентности в нейронах, основанная на ЭПР – эффекте, в основе которого лежит нелокальная связь между частицами (электронами), что активирует нейроны и устанавливает новые синаптические связи (дальнедействующие корреляции), синхронизируя их работу в различных отделах мозга, в результате пластичность мозга, а также способность к мышлению возрастает.