|
|
Μια νέα θεωρία για την
εξήγηση των λειτουργιών του εγκεφάλου
|
1ο 2ο 3ο επόμενο μέροςΠεριεχόμενα Σελίδας: |
Ποια προβλήματα της νόησης ερμηνεύει η νέα θεωρία;Οι κύριες περιοχές όπου περιμένουμε να παρατηρήσουμε μια απευθείας εκδήλωση των κβαντικών φαινομένων είναι η κωδικοποίηση της μνήμης, η αποθήκευση και η ανάκληση. Συνεπώς αυτά είναι τα σημεία στα οποία επικεντρώνεται η έρευνα της ομάδας του καθηγητή Νανόπουλου. Το σύστημα που αποτελεί στόχο της είναι οι μικροσωληνίσκοι (ΜΤ), ένα δομικό συστατικό του κυτταροσκελετού όλων των κυττάρων. Πιστεύεται ότι οι μακριοί και με χαρακτηριστική διάταξη ΜΤ, που απαρτίζουν τους άξονες των νευρώνων, αποτελούν την έδρα όλων των υπολογισμών που εκτελούνται στον εγκέφαλο. Τα τελευταία χρόνια ερευνώνται οι ΜΤ ως φυσικά συστήματα στα οποία εφαρμόζονται οι αρχές του Ηλεκτρομαγνητισμού και της Θεωρίας Χορδών όπως επίσης και της Κβαντομηχανικής. Η πορεία αυτή της μαθηματικής και υπολογιστικής κυρίως έρευνας από την ομάδα αυτή και από άλλους οδήγησε σε αρκετή κατανόηση για το τι συμβαίνει στους ΜΤ, αποκαλύπτοντας λειτουργίες πέρα από τη συμβατική αξονική μεταφορά σήματος. Σύμφωνα με το μοντέλο που προτείνεται, η περιοδική, παρακρυσταλλική δομή των ΜΤ, τους καθιστά ικανούς να υποστηρίζουν μια υπέρθεση κβαντικών καταστάσεων, για χρονική διάρκεια τόση όση χρειάζεται για την εκτέλεση κβαντικών υπολογισμών. Η κβαντική υπέρθεση μπορεί να καταρρεύσει είτε αυθόρμητα μέσω της αλληλεπίδρασης με την κβαντική βαρύτητα όπως συζητήσαμε παραπάνω, ιδέα που προτάθηκε πρόσφατα από τους Ellis, Μαυρομάτο και Νανόπουλο, είτε δυναμικά μέσω νευροβιολογικών φαινομένων όπως η σύνδεση νευροδιαβιβαστών. Εν συντομία, έχει προταθεί ότι με τη συμπερίληψη των κβαντικών φαινομένων και των αλληλεπιδράσεων στη λειτουργία του εγκεφάλου, ο ολοκληρωμένος χαρακτήρας της ανάκλησης (π.χ. η αναγνώριση μιας εικόνας που δίνει μόνο μερικές πληροφορίες) όπως επίσης και η τεράστια χωρητικότητα, η μεταβλητότητα και η ταχύτητα της μνήμης μπορούν να εξηγηθούν απευθείας. Επιπλέον, αυτή η προσέγγιση υποστηρίζει ότι ήδη παρέχει μια καλύτερη εξήγηση της μη-τοπικότητας στον εγκεφαλικό φλοιό την οποία εμφανίζουν οι νευρώνες, οι σχετικοί με κάποιες ιδιαίτερες λειτουργίες (κυρίως με την ολοκλήρωση) δηλαδή την μοναδική αίσθηση ν' αντιλαμβανόμαστε τον εαυτό μας ως σύνολο, καθώς επίσης και το αμφιλεγόμενο πρόβλημα σύνδεσης, μεταξύ των άλλων. Αυτό σημαίνει ότι όταν βλέπουμε πχ. ένα μήλο, υπάρχουν διαφορετικές περιοχές του εγκεφάλου που μας δίνουν όλες μαζί τη διανοητική αναπαράσταση ότι βλέπουμε ΕΝΑ συγκεκριμένο αντικείμενο που το λέμε μήλο. Οι νευρώνες όμως που αντιδρούν σ' αυτό το αντικείμενο είναι σε διαφορετικά μέρη του εγκεφάλου. Όσον αφορά το πρόβλημα της ερμηνείας της ελεύθερης θέλησης του ανθρώπου - δηλαδή το γεγονός ότι κάτω από όμοια ερεθίσματα διαφορετικοί άνθρωποι μπορούν ν' αντιδράσουν διαφορετικά - η νέα θεωρία προτείνει την παρακάτω εξήγηση: Όπως ήδη λέχθηκε πιο πάνω, οι κβαντικές κυματοσυναρτήσεις στους μικροσωληνίσκους μπορούν να πάθουν αυθόρμητη κατάρρευση από κβαντικές βαρυτικές αλληλεπιδράσεις και αυτό οδηγεί στην Α ή στη Β απόφασή μας για το πως ακριβώς θα αντιδράσουμε σε ένα εξωτερικό ερέθισμα. Φυσικά εξαιτίας του πιθανοκρατικού χαρακτήρα της κβαντομηχανικής δεν γνωρίζουμε εκ των προτέρων ποια απόφαση ακριβώς θα πάρουμε. Έτσι μπορούμε κατ' αρχήν να δικαιολογήσουμε την μη ντετερμινιστική φύση της ελεύθερης θέλησης. Ποια η σχέση της νέας θεωρίας με τις γενικά παραδεκτές απόψεις της νευροβιολογίας;Το κβαντομηχανικό μοντέλο της λειτουργίας του εγκεφάλου, διαφέρει σημαντικά από την κλασσική προσέγγιση που γίνεται για τα συμβατικά νευρωνικά δίκτυα αλλά δεν είναι σε ανταγωνισμό με την καλά καθιερωμένη νευροβιολογία της χημικής και ηλεκτρικής νευροδιαβίβασης, της συναπτικής λειτουργίας κ.λπ. Η κύρια διαφορά είναι ότι στο μοντέλο της νέας θεωρίας, ένας απλός νευρώνας "προάγεται" από το ρόλο ενός σχετικά απλού (ακόμα και ρυθμίσιμου) διακόπτη, στο ρόλο μιας ολοκληρωμένης μονάδας επεξεργασίας της πληροφορίας. Αυτή η ιδιόμορφη δομή μπορεί επίσης να δράσει με ένα "ενορχηστρωμένο" ή "σύμφωνο" (coherent) τρόπο δημιουργώντας πολύ γρήγορους διαδρόμους επικοινωνίας μεταξύ των ΜΤ και θεωρητικά ακόμη και μεταξύ πολύ απομακρυσμένων νευρώνων. Αυτοί οι τρόποι επικοινωνίας δεν αναφέρονται σε απευθείας χημικές ή ηλεκτρικές μεταβιβάσεις σημάτων μεταξύ των συνάψεων. Όταν η κβαντική υπέρθεση καταρρέει, το αποτέλεσμα μπορεί να είναι μια σύγχρονη συναπτική απελευθέρωση μορίων νευροδιαβιβαστών σε απομακρυσμένες περιοχές του νευρικού δικτύου και έτσι ή πληροφορία που φτάνει με ανάδραση αφορά το περιβάλλον ακόμη και απομακρυσμένων νευρώνων. Το συνολικό αποτέλεσμα τέτοιων φαινομένων μπορεί να μεταφραστεί σε ενορχηστρωμένες δηλαδή σύγχρονες αλλαγές σε μεγάλες περιοχές του νευρικού δικτύου. Δεν υπάρχει κλασσικό ανάλογο του κβαντομηχανικού συσχετισμού και ενώ είναι συνηθισμένος σε ατομικές ή μοριακές διαστάσεις, η έρευνα της ομάδας Νανόπουλου πάνω στους ΜΤ ως φυσικά συστήματα έδειξε ότι και σε αυτούς οι σύμφωνες (coherent) καταστάσεις των διμερών μορίων μπορούν να συσχετιστούν και να δημιουργήσουν υπερθέσεις. Πρέπει να σημειωθεί ότι και άλλοι ερευνητές, όπως οι Hameroff και Penrose έχουν προτείνει την λεγόμενη ενορχηστρωμένη αντικειμενική αναγωγή η οποία παραδέχεται επίσης ότι η έδρα της συνείδησης είναι οι μικροσωληνίσκοι των νευρώνων, χωρίς όμως να προτείνουν κάποιο ιδιαίτερο μηχανισμό που την δημιουργεί. Μόνο όμως η ιδέα της ερευνητικής ομάδας του Δημήτρη Νανόπουλου προτείνει ένα συγκεκριμένο τρόπο επίλυσης του προβλήματος με την χρήση της θεωρίας των χορδών και της κβαντικής βαρύτητας. Το παρακάτω σχήμα δείχνει τη δομή
ενός μικροσωληνίσκου (ΜΤ) όπως προκύπτει από
κρυσταλλογραφία με ακτίνες Χ. (Amos και Klug 1974)
Και ο σκεπτικισμός για τη νέα θεωρία.Είναι δύσκολο να πεισθεί η κοινότητα των συμβατικών νευροβιολόγων και νευρολόγων ότι η κβαντομηχανική - το μαθηματικό πλαίσιο της οποίας περιγράφει τόσο πετυχημένα το μικρόκοσμο - μπορεί να εξηγήσει τα βιολογικά φαινόμενα. Πειστική πειραματική απόδειξη δεν υπάρχει ως τώρα επειδή εν μέρει υπάρχει δυσκολία εκτέλεσης τέτοιων κβαντομηχανικών πειραμάτων σε μακροσκοπικά συστήματα όπως είναι οι ΜΤ. Μια αντίρρηση που υπάρχει για την εφαρμογή της κβαντικής θεωρίας στη λειτουργία του εγκεφάλου πηγάζει από το γεγονός ότι όλα τα σημαντικά μέρη που έχουν ταυτοποιήσει οι νευροφυσιολόγοι στη δομή και λειτουργία του εγκεφάλου βασίζονται σε πολύ μεγάλα μόρια που συμπεριφέρονται κατά κλασσικό τρόπο. Γιατί λοιπόν θα πρέπει άραγε να εισάγουμε οτιδήποτε άλλο εκτός από κλασσικές διεργασίες για να καταλάβουμε τον εγκέφαλο; Η κλασσική νευροβιολογία περιορίζεται στο να αντιμετωπίζει το νευρώνα ως ένα ρυθμιζόμενο "μαύρο κουτί" το οποίο μπορεί, είτε να πυροδοτήσει είτε όχι, δραστικά δυναμικά (action potentials-AP) ανάλογα με τη συσσωρευτικά φαινόμενα με τα οποία έχουν τροφοδοτηθεί οι είσοδοί του. Τα AP είναι ηλεκτρικά σήματα με μορφή κυμάτων αποπόλωσης των μεμβρανών, τα οποία διατρέχουν τους άξονες των νεύρων. Αυτά τα δραστικά δυναμικά, άπαξ και πυροδοτηθούν, φθάνουν σε όλες τις συνάψεις του νευρώνα και εκεί μπορούν είτε να προκαλέσουν εξοκύτωση, (απελευθέρωση του νευροδιαβιβαστή) ο οποίος θα συνεχίσει τη μετάδοση του σήματος στον επόμενο νευρώνα είτε να μην κάνουν απολύτως τίποτε. Μέχρι σήμερα όμως όλα τα προτεινόμενα μοντέλα για τον εγκέφαλο στερούνται ενός κοινού τρόπου πολύ γρήγορης επικοινωνίας μεταξύ νευρώνων που απέχουν μακροσκοπικές αποστάσεις της τάξης του cm. Ως αποτέλεσμα, υπάρχουν διάφορες λειτουργίες του εγκεφάλου που δεν έχουν τύχει ικανοποιητικής εξήγησης με βάση την παραδοσιακή νευροεπιστήμη. Η πιο γνωστή από αυτές είναι το συνδετικό πρόβλημα όπου όπως προαναφέρθηκε ένα ερέθισμα ενεργοποιεί συγχρόνως νευρώνες που βρίσκονται αρκετά μακριά ο ένας από τον άλλο ή τουλάχιστον τους ενεργοποιεί ταχύτερα απ' ότι επιτρέπεται με τη χρήση των κλασσικών χημικών νευροδιαβιβαστών. Το άλλο μεγάλο δισεπίλυτο πρόβλημα με τις κλασσικές αντιλήψεις της νευροβιολογίας είναι το πρόβλημα της μη ντετερμινιστικής ελύθερης βούλησης των ανθρώπων όπου είδαμε ότι η νέα θεωρία το αντιμετωπίζει με την πιθανοκρατική κατάρρευση μιας κυματοσυνάρτησης. Εξάλλου όπως θέτει το θέμα και ο καθηγητής Νανόπουλος, "οι μικροσωληνίσκοι είναι ιδανικά κβαντικά συστήματα και κανείς δεν θα πίστευε ότι πέρασαν δισεκατομμύρια χρόνια εξέλιξης για να δημιουργηθούν μέσα στους νευρώνες χωρίς να χρειάζεται η κβαντική τους λειτουργία." Ένας άλλος σκεπτικισμός για την σημασία των μικροσωληνίσκων ως εδρών της συνείδησης, πηγάζει από το γεγονός ότι οι μικροσωληνίσκοι δεν απαντούν μόνο στους νευρώνες αλλά και σε κάθε κύτταρο του σώματος. Θα περιμέναμε λοιπόν και τα υπόλοιπα μέρη του σώματος όπως τα νεφρά λόγου χάριν ή τα δάχτυλά μας να μπορούν να σκέπτονται; Στον σκεπτικισμό αυτό ο καθηγητής Νανόπουλος απαντά ότι πράγματι οι μικροσωληνίσκοι υπάρχουν και σε άλλους ιστούς όπως ο οστικός, αλλά εκείνο που παίζει ουσιαστικό ρόλο δεν είναι η ύπαρξη των μικροσωληνίσκων αλλά η μορφή τους. Και η πολύ επιμήκης μορφή εμφανίζεται μόνο στο εσωτερικό των νευρώνων οι οποίοι επίσης έχουν ένα πολύ μακρύ άξονα.
|
Η
διμερής πρωτεΐνη των σωληνίσκων έχει δύο
καταστάσεις στις οποίες ένα κβαντικό γεγονός
πχ.(η μεταπίδηση ενός ηλεκτρονίου ή ενός
ψευδοσωματίου όπως το φωνόνιο) σε μια υδρόφοβη
περιοχή συνδέεται με μορφολογικές αλλαγές μέσα
σε χρονικές διάρκειες της τάξης των 10-9 ως 10-11 sec.
Οι κυλινδρίσκοι μέσα στις πρωτεΐνες είναι
α-ελικοειδείς περιοχές. (Το αρχικό σχέδιο είναι
του Djuro Koruga).