Наряду с Н.П. Бехтеревой исследованиями мозга занимались и продолжают заниматься еще целый ряд ученых по всему миру, которые постепенно пополняют знание о мозге новыми данными и теориями. Так, одной из самых свежих теорий о мозге стала теория Пенроуза - Хамероффа.
Американский врач анестезиолог Стюарт Хамерофф, занимаясь исследованиями воздействия различных видов анестезии на человека и мозг в частности, установил, что широко используемый в медицине медикаментозный сон (или в простонародье наркоз) вызывается тем, что препараты угнетающе действуют на микротрубочки, которые находятся в нейронах и аксонах нейронов головного мозга (показаны ниже на рисунке с подробным строением нейрона в подпунктах 2 и 3).
Микротрубочки эти представляют собой спиралевидную полимерную конструкцию, состоящую из двух типов белков: альфа-тубулина и бета-тубулина. Причем, конструкция имеет очень малые размеры — всего 25 нанометров в диаметре (для сравнения человеческий волос имеет диаметр 50000 — 70000 нанометров). А также у микротрубочек имеется электрическая полярность: один белок заряжен положительно, а второй отрицательно и получается, что на одном конце микротрубочки положительный заряд, а на другом - отрицательный.
Так вот, Хамерофф, опираясь на понимание действия анестезии, сделал логичное предположение, что если в результате общей анестезии человек теряет сознание, а анестезия действует именно на эти микротрубочки, то сознание человека и его мышление связаны именно с ними. Возможно даже механизм работы нашего сознания целиком и определяется алгоритмом функционирования данных микротрубочек в нейронах.
Наличие полярности у микротрубочек навело Стюарта также и на мысли, что память человека тоже реализуется через указанные микротрубочки. Они, опять же, подобны ячейкам памяти обычного компьютера, которые, сохраняя заряды разной полярности, - по сути и хранят информацию в закодированном через нули и единицы виде. Таким образом, обучение человека и накопление им опыта ведется посредством возникающих соединений между микротрубочками.
Дальнейшие исследования показали некоторые странности в поведении микротрубочек. Конкретно было выявлено явление неопределенности заряда микротрубочек. Не погружаясь в глубокие детали механизма данного явления и говоря простыми словами — ситуация сводится к тому, что трубочка одновременно находится как-бы в состоянии общего положительного и отрицательного зарядов. В определенные же моменты времени у нее изменяются уровни зарядов, что и приводит либо к формированию возбужденного состояния нейрона, либо к его спокойному состоянию.
Указанный эффект неопределенности натолкнул на размышления о квантовых свойствах микротрубочек и заставил Хамероффа думать уже в направлении механизмов квантовой физики, потому как фундаментальным принципом квантовой физики является как раз принцип суперпозиции частиц (фотонов, электронов, нейтрино и т.д.).
Квантовая суперпозиция — это когда какой-либо объект (частица) может находиться в нескольких местах или нескольких состояниях одновременно. А конкретное местоположение и состояние этого объекта становится известным только в момент измерения или обращения на него взора наблюдателя. Само же слово «квант» означает минимально возможную и неделимую порцию энергии. Ну а поскольку минимально возможными объектами нашего мира являются физические частицы, то и понятие кванта применяется именно к минимально возможным значениям энергии этой частицы.
В качестве примера возьмем свет. С точки зрения классической физики — это волна с длиной от 380 до 780 нанометров (в зависимости от цвета и его свойств). А с точки зрения квантовой теории свет — это совокупность частиц (фотонов), движущихся с определенной энергией в виде квантов. И в этом случае представление света в виде волны — есть не что иное, как фотон, который одновременно находится во всех точках этой волны. То есть он одновременно находится во множестве точек нашего пространства, что и реализует принцип суперпозиции. На рисунке ниже показана такая волна и фотон в центре, который может находится сразу во всех точках траектории красного и синего цветов.
Либо для объяснения данного принципа можно использовать более приближенную к жизни иллюстрацию с подброшенной в воздух и быстро вращающейся монеткой. Когда она вращается, то нельзя сказать какой именно стороной она к нам обращена. Получается, что она одновременно находится в состоянии обращения к нам и орлом и решкой. И только когда она падает на руку или любую другую поверхность — становится понятно, какой стороной она обращена к наблюдателю.
Для описания состояний квантовомеханических систем известный австрийский физик-теоретик Эрвин Шредингер еще в 1926 году предложил использовать волновую функцию. Она отражала вероятность нахождения объекта (частицы) в том или ином месте в тот или иной момент времени. То есть, волновая функция в квантовой механике позволяет оценить вероятности всех возможных местоположений частицы в разные моменты времени, и получается, что частица представляется в виде волны. В случае, когда происходит достоверное определение местоположения объекта в конкретный момент времени, —говорят о коллапсе (схлопывании) волновой функции до конкретных координат — то есть волна превращается в частицу, имеющую конкретное местоположение в пространстве и времени.
Теперь на основании данного понимания вернемся к микротрубочкам нейронов. По наблюдениям Хамероффа квантовый эффект в работе микротрубочек проявлялся в том, что они одновременно находятся как бы с положительной и с отрицательной полярностью. То есть у них нет однозначного заряда. А в конкретные моменты в них происходит коллапсирование квантовой волновой функции (они склоняются к заряду конкретной полярности) и нейрон переходит либо в возбужденное состояние, либо в состояние покоя. В результате формируются те самые электрические импульсы нашей нервной системы, которые наблюдала еще Бехтерева в своих гистограммах.
На одной из научных конференций Стюарт Хамерофф познакомился с Роджером Пенроузом — британским профессором, занимающимся квантовой физикой. И тот заинтересовался научными изысканиями Стюарта. И итоге Роджер провел теоретические расчеты и обосновал квантовые свойства микротрубочек, что в совокупности и позволило сформировать теорию Пенроуза-Хамероффа, относящуюся к квантовой биологии (наука, изучающая квантовые явления в биологических организмах - считается, что к ним относятся такие явления, как фотосинтез, ориентирование птиц в пространстве, обоняние и механизм деления ДНК).
Позднее в одном из японских национальных институтов с помощью подведенных к нейронам нанозондов были проведены исследования проводимости микротрубочек в различных частотных диапазонах (от нескольких герц до мегагерц). Проводимость как раз и зависит от электрического состояния микротрубочек. Полученные результаты фактически доказали квантовую природу функционирования микротрубочек и показали весьма глубокое и сложное взаимодействие нейронов между собой. Взаимодействие шло даже тогда, когда нейроны не имели прямых связей друг с другом. Следовательно, было подтверждено право на существование теории Пенроуза-Хамероффа.
Как итог, данная теория по сути дополняет представления о мозге человека, как о «биологическом компьютере». Теперь практически с уверенностью можно сказать, что мозг не просто компьютер, а квантовый компьютер, обладающий неимоверной вычислительной мощностью и энергоэффективностью.
Следует прямо сказать, что рассказано о данной теории здесь очень кратко и опущено множество подробностей и деталей, связанных с эффектом обратного течения времени, с искривлением пространства и всем остальным, что допускает квантовая физика, и что очень сложно для понимания. Кто желает — может посмотреть презентацию Стюарта Хомероффа от 2021 года, в которой он подробно рассказывает о своих научных трудах. Она на английском языке, но если включить синхронный перевод в браузере от Яндекс, то вполне сносно для понимания можно услышать презентацию на русском языке.
На момент публикации видео можно увидеть по данной ссылке:
https://rutube.ru/video/34d50882e965975b2fa8d773f840ce1e
Либо его можно найти на других каналах по следующему названию: Stuart Hameroff 2021 - Quantum biology and consciousness (Стюарт Хамерофф 2021 — Квантовая биология и сознание).
Однако, даже если вникнуть в данную теорию максимально глубоко и подробно, то, несмотря на очень серьезные уточнения представлений о мозге, она все равно не дает ответов на вопросы, которые ставила перед собой еще Наталья Петровна Бехтерева.
Как формируется человеческое сознание? Откуда и почему мы осознаем себя как личность и сохраняем это осознание на протяжении всей жизни? Как строится мыслительная деятельность? Как человек способен придумывать то, что еще в мире не существует? В чем состоит таинство творческой деятельности?
Непредсказуемость и спонтанность творческой мысли Хамерофф как раз и объясняет квантовой природой мышления — что, дескать, микротрубочки случайно переходят в разные заряженные состояния и от этого возникает способность человека мыслить и придумывать. Отсюда же происходит и такое явление, как эмоции и настроение, которые могут меняться и тоже не всегда предсказуемо.
Но, если бы действовал только механизм квантовой случайности, то мыслительная деятельность была бы сплошь хаотичной и беспорядочной. А этого не происходит. Людям наряду с эмоциональностью и субъективностью свойственна упорядоченная структура мышления. Есть жизненные принципы и морально-этические нормы, которых человек придерживается. Есть жизненные планы, которые человек реализует на протяжении длительного времени. Мыслительная деятельность на самом деле очень упорядоченная и логичная.
Получается, что возникает противоречие. С одной стороны из принципа квантовой суперпозиции (квантовой неопределенности) у нас есть творческое начало, вытекающее из случайного коллапсирования микротрубочек, а с другой — упорядоченность функционирования мозга.
Это противоречие легко можно устранить, если выдвинуть одну гипотезу (предположение), которая состоит в том, что есть нечто, что стоит выше биологических процессов в нашем мозге. Это нечто ими управляет и создает упорядоченность при общей квантовой непредсказуемости, т. е. схлопывает ту самую волновую функцию каждой микротрубочки с определенным целенаправленным результатом. Тем самым, через комбинацию случайного с упорядоченным и возникает такой феномен, как сознательное мышление.
Но что это может быть?
Душа!
Наличие души, или как это принято в восточной философии — тонкого тела, невидимого, но живущего в нашем теле биологическом — расставляет всё на свои места и очень многое объясняет.
Выше представлены доказательства, что мозг — это квантовый компьютер. Ну а любой компьютер — абсолютно бесполезная вещь, если в него не загружено программное обеспечение. Так вот, душа — это и есть та самая программа, которая управляет вычислительными процессами компьютера, находящегося в голове у человека. Она является источником воли и образа мышления, определяющего отношение к себе и к окружающим людям, и в целом определяющим мировосприятие. То есть, душа содержит базовые алгоритмы нашего сознания и мышления. Эта программа обладает свойством самообучаемости и саморазвития и во многом развивает наш биологический организм в течение его жизни. При этом она использует базу данных с накапливаемыми в течение жизни знаниями, которые хранятся в нашем мозге.
Получается, что человек как личность с его характером, волей, образом мышления, интеллектуальными, творческими и профессиональными способностями представляет собой комбинацию души и биологического тела, возможности которого сильно связаны с генетикой и биологической эволюцией.
Еще раз подчеркну, что это гипотеза, так как существование души не доказано и данная материя пока никак не зарегистрирована с помощью имеющихся в распоряжении ученых исследовательских инструментов. К тому же, это предположение, ликвидируя одно противоречие, порождает целый ряд других неоднозначностей.
Однако, наука постоянно эволюционирует и развивается. Совершенствуются и методики исследований. Появляются новые технологии, которые вполне возможно позволят в будущем увидеть это тонкое тело нашей души. В конце концов, если посмотреть на общую историю формирования научного знания, то оно всегда складывалось по схеме гипотеза-теория-эксперимент-закон, либо по схеме открытие-закон-теория. И далеко не всегда экспериментальные исследования быстро могли доказать верность предположений или теорий.
В качестве примера достаточно вспомнить знаменитый бозон Хиггса.
Еще в 1964 году британский физик-теоретик Питер Уэр Хиггс предположил, что пространство пронизывает невидимое поле (впоследствии оно было названо полем Хиггса), с которым взаимодействуют частицы, двигающиеся сквозь него. Это взаимодействие оказывает сопротивление движению, которое приводит к инертности материи. Мера инертности — есть не что иное, как масса.
Поле Хиггса действует на частицы, но материя нашего физического мира (вещества и состоящие из них тела) состоят из частиц — поэтому и у материи появляется таким образом масса.
В рамках своей теории Хиггс утверждал, что должна существовать частица, которая является квантом данного поля — бозон Хиггса. Но на тот момент не было технологий для ее обнаружения. И только в 2012 году на Большом адронном коллайдере была обнаружена частица, которая была идентифицирована как бозон Хиггса. В итоге потребовалось почти 50 лет, чтобы экспериментально подтвердить теорию английского ученого.
Поэтому есть ненулевая вероятность того, что и в отношении души когда-нибудь появится оборудование или технологии, которые смогут зарегистрировать данную тонкую структуру. Ну а пока предположение о ее существовании останется гипотезой. Но очень логичной гипотезой.
Что же касается неоднозначностей и в какой-то степени противоречий, связанных с понятием души, то они легко объясняются логически с опорой на научное знание...