脳が量子効果を使っているという新研究［動画］

 (backreaction.blogspot.com)
2 ポイント 投稿者 GN⁺ 2024-05-13 | 1件のコメント | WhatsAppで共有
  • Roger Penrose が提唱していた、人間の脳における微小管内の量子効果というアイデアを、新しい研究が一部裏付け
  • Penrose の当初の仮説は、脳が微小管で量子効果を利用しており、それが意識の起源だというものだった
  • このアイデアは当時、多くの人にやや奇妙な主張として受け止められた
  • 新しい研究は、Penrose が少なくとも微小管については正しかった可能性を示している
  • 意識の起源全体が証明されたという内容ではなく、関連する説明は動画で提供されている

Penrose の微小管仮説

  • Roger Penrose は、人間の脳が微小管で量子効果を利用していると提案した
  • この仮説には、その量子効果が意識の起源だという主張まで含まれている
  • 当時、多くの人はこの主張をやや奇妙だと考えた

新しい研究が裏付けた範囲

  • 新しい研究は、Penrose が少なくとも微小管については正しかった、という方向で扱われている
  • ただし、意識の起源全体が証明されたとは言い難く、「微小管については」という限定が残っている

関連動画

  • Video 3: 脳が量子効果を利用しているという新しい研究と、Penrose の微小管アイデアを扱う動画へのリンク

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1件のコメント

 
GN⁺ 2024-05-13
Hacker News のコメント
  • この論文は、ほとんどの図がシミュレーションである理論モデリングの論文に見え、実際の実験測定は蛍光分光光度計でバルクを測ったものが3つほどしかないように思える。
    微小管がチューブリンより高い蛍光量子収率（QY）を示すという観察を、シミュレーションのアイデアで説明できるという主張だが、これほど少ない測定値に対して著者らの提案した説明が最も単純な説明だとは言いにくい。
    蛍光団がバルク溶媒中で遮蔽されるだけでも、QYやスペクトルは大きく変わり得る。以前、生物学的な蛍光レポーター試薬を設計していたことがある。
  • 論文そのもの[0]は私の理解を少し超えているが、この箇所[1]は笑えた。
    「Penrose があのイカれた Hameroff にハマってしまったのは残念だ、という話を何度も聞いた。だが私は Penrose と Hameroff の両方に会ったことがあり、もちろん二人ともおかしいが、どちらも愚かではない」
    0: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jpcb.3c07936
    1: https://www.youtube.com/watch?v=R6G1D2UQ3gg&t=181s
    • その論文で重要なのは「量子」ではなく、神経系の内部で光によるデータ伝送が実際に存在するという主張だ。
      論文はニューロンの超微弱発光の結果[1]を引用しているが、その論文は Elsevier のペイウォールの向こうにある。
      以後の論文は、光によるデータ伝送を前提とし、光ファイバーのように光を導く構造を仮定したうえで、「超高速」データ伝送へとつなげている。
      生化学分野の専門家のコメントが必要だ。何が実際の結果で、何が手振りの説明なのかまったく明確ではないが、実験可能な領域であることは確かだ。追試研究が推測から脱して、これを確認するか棄却する必要がある。
      [1] https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S10111...
  • 脳があらゆる量子効果の影響を受ける物理的物体だとすれば、新しい点はむしろ脳が量子効果を使わないという方ではないのか。使うのは当然に思える。
    • 言葉は世界を切り分けるために使われるので、意味を持つ。
      これらの言葉が宇宙のすべてに適用されると受け取るなら、意味をなくすことになるが、意図はそうではない。
      ロケットも量子効果の影響を受けるが、その挙動は古典的に十分うまくモデル化できる。好意的に読めば、「脳の作動挙動をモデル化するには古典力学だけでは不十分だ」くらいの意味になる。
    • 化学や生物学の微視的現象を説明するのに量子力学が必要だという点は、まったく論争の対象ではない。
      奇妙な主張は、生物が 1) 量子コンピューティングでも冷たい真空中でようやく試みている長距離のもつれやコヒーレント状態を、300K の溶液環境で保存する方法を見いだし、2) 同時にそれを、思考や意識に不可欠であることが実験的に示されている既存のニューロン計算過程へ選択的に結合している、という類いのものだ。
      この30年、その裏付けとなる実質的な実験証拠はなく、結局「生物学は魔法だ」という主張に近い。だからほとんどの生物物理学者や神経科学者は、これを真剣には受け取っていない。
    • 「量子効果」は通常、重ね合わせのコヒーレント状態を意味する。
      脳のように温かく、光子で満ちた環境では、ほかの理由がなくても重ね合わせは実質的に即座にデコヒーレンスを起こす。したがって、量子効果が脳で意味のある計算上の役割を果たすというのは、もっともらしくない。
    • こういう主張で意味されているのは、原子や分子が行う普通のことに量子効果を使うということではなく、「認知」過程に量子効果が使われ、私たちが生物学的機械以上のものだと信じる余地を作り、魂・意識・自由意志のような魔法的属性を残すということだ。
      量子効果が光合成に役立つという結果はあるが、認知や他の領域で興味深い用途に使われる例は、生物学では極めてまれだ。光合成は文書化されている数少ない例の一つだと思う。
      量子脳のアイデアは人気とは裏腹に、数十年にわたり決定的な証拠を示せていない。だからこの主張が証明されるなら、本当に途方もなく新しい結果になる。
    • タイトルは「脳が有用で制御可能な方法で量子効果を使う」だった方がよかったのかもしれない。
      Sabine が動画でうまく説明している。計算に量子効果を使うには非常に制御された条件が必要だが、脳では不可能だと考えられてきた。
  • 大ざっぱに言うと、Penrose はアブダクション推論のような人間の能力は明らかに計算可能ではないため、心がアルゴリズムに還元されるという考えを反証すると見ているようだ。
    続いて、心の働きが純粋な計算機械ではないとしても、どのように物理的根拠を持ち得るのかを提案している。
    • まったく納得できない。何かが物理的に根拠を持ち、達成可能なら、定義上計算可能であるべきではないのか。
    • Sabine の動画から受けた印象はそうではなかった。
      計算不可能なのは意識そのもの、つまり主観的経験であり、AI はおそらく決して意識を持たないだろう、という方向だった。
  • 進化が機能のために量子力学を利用するようになったとして、それは驚くことだろうか。進化は他のあらゆるものも利用してきた。
    嗅覚でも量子力学が役割を果たすという理論がある[1]。
    [1] <https://en.wikipedia.org/wiki/Vibration_theory_of_olfaction>
    • いくつかの生物学的プロセスでは、何らかの量子力学的プロセスが利用されているとかなり確信している。
      厳密に言えば、生物学のすべては最終的には量子化学と物理学で説明されるが、それ自体はあまり面白くない。ただし、生物学の何らかの過程がもつれを利用しているという具体的な証拠は、まだ見つかっていないようだ。
      これまで見た例は、ほとんどがトンネリングとコヒーレンス周辺のものだ。「量子」の意味をめぐって多くの論争があるが、議論の大半はもつれと波動関数の崩壊の振る舞いに関するものだ。トンネリングとコヒーレンスは、今ではかなり普通の量子力学現象だ。
      Sabine の生物学関連の一般向け科学動画は、特に洞察に富んでいるとも正確だとも感じない。
    • まったく驚かない。周囲温度で動作するクロロフィルの光捕集複合体には、量子効果の証拠がある。
      光子を光化学系へ効率よく導く重要な要素に見える。
    • 光合成では役割を果たしている。今は携帯なので参考文献はすぐ出せないが、それは100% 検証済みの事例だ。
    • そうでないなら、むしろ驚きだ。進化過程がなぜ量子効果が関与するメカニズムを探索しないはずがあるのか。
  • 生物学者たちの創造力不足はいつも面白い。
    およそ10年ごとに、生物システムに関する揺るぎないドグマの一つが誤りだと証明され、その前にそれを最初に提案した物理学者・コンピュータ科学者・数学者を嘲笑していた、というパターンが繰り返されているように思う。
  • Sir Roger が話すたびに、彼がどれほど多くのことを自分の内側にだけ抱えているのか気になってくる。本当に宝石のような人だ。
    • おそらくかなり多いだろう。彼はいくつものテーマで非正統的な見解を持っている。
      例えば宇宙の熱的死を信じていないようだし、重力波などについても興味深い理論を持っている。
  • なぜ論文やもっとよい記事ではなく、このブログスパムにリンクしたのかわからない。
    Hossenfelder には神経科学の資格がなく、しばしば自信満々に不正確なことを言う。
  • …だが、光合成をするものはみなそうではないのか？
    • 植物には知性がたくさんある。例えば樹冠回避、水を探して伸びること、キリンが葉を食べていると木同士で知らせ合うことなどがある。
  • 脳が量子効果を利用して適応度上の利益を少しでも得られるなら、そうするだろう。
    しかし人々がこのテーマに関心を持つ理由は、脳の量子的性質と意識の間につながりがあると考えているからのように見える。その論証は結局、「量子効果は神秘的に見える。意識も神秘的に見える。だから量子効果が意識を引き起こす、あるいはそれ自体が意識だ」という以上には見えず、かなり弱い。