大脑思维的产生是否源于量子机制？ _神经元

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马修·费希尔（Matthew Fisher）担心他同行们会如何看待他的项目。但最后他松了口气，因为他的想法没有遭到在场者的嘲笑。 “他们认为我的项目符合科学，而没有把我当成疯子” 。
当然，费希尔的简历看起来也不像是个疯子。他是材料量子特性的专家，曾在IBM任职，后来转到微软负责开发量子计算机。现在，费希尔是加利福尼亚大学圣巴巴拉分校卡弗里理论物理研究所的教授。 2015年，他获得了美国物理学会的奥利弗·E·巴克利凝聚态物理学奖。值得一提的是，很多该奖项的获得者都赢得了诺贝尔奖。
事实上，他的研究课题让许多物理学家避之不及。
“大脑思维的产生是否源于量子机制？这是一个完全合理的问题。 ”费希尔说。从某种意义上来说，他是对的，答案很肯定。大脑由原子组成，而所有的原子都遵循量子物理的法则。但费希尔真正想问的是，量子物体的奇异特性，包括同时存在于两个不同的位置和超距作用等，能否解释人类认知中的一些难解之谜。而这正是一个极具争议的问题。
最主要的反对声来自于奥卡姆剃刀，该理论认为最简洁的解释往往是最好的。从这一点看来，对于大脑的工作原理，目前的不涉及量子理论的解释已经令人满意。加拿大安大略省滑铁卢大学的哲学家保罗·撒加德（Paul Thagard）说：“越来越多的证据表明，我们能够根据神经元之间的交流来解释大脑中每一件有趣的事情。 ”
但是费希尔不太确定，他指出目前关于记忆的理论——比如记忆是存储在神经元网络中或是神经连接处——还远不够完美。费希尔说：“我的直觉告诉我神经科学还有许多谜团有待解决” 。所以我们不妨看看量子力学解释有何高见。

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脆弱的叠加态
在此之前我们也面临过同样的问题。 1989 ，牛津数学家罗杰·彭罗斯（Roger Penrose）就提出，目前没有标准、经典的计算模型能够解释大脑如何产生思维以及意识体验。这个想法受到很多人的关注，尤其是亚利桑那州的麻醉师斯图尔特·哈默夫（Stuart Hameroff），他曾提出一种量子效应的具体想法。
这个想法的关键在于，组成神经结构的微管蛋白通过量子效应来形成不同形状的“叠加态” 。处于叠加状态的每一种形状都代表着一个经典意义的比特信息，因此这种通过形状变换来形成的量子比特，相对于传统理论而言能够存储成倍的信息。
量子理论的另一个特性在于它允许量子态的物体在不接触的情况下相互纠缠，这让量子计算机的效率远远高于任何传统的计算机。事实上，彭罗斯就曾指出量子计算机能够同时处理多个问题，再通过多种途径整合不同问题的答案，这或许是大脑非凡智慧的关键。
彭罗斯和哈默夫在这一问题上进行合作，在一段时间里，他们和其他的合作者都认为这个观点相当明智。但很快，这个理论的漏洞也随之而来。
在物理学家看来，最根本的问题在于相干时间。叠加态和纠缠态都是极为脆弱的现象，最细微的干扰都能将其破坏。哪怕一点热量、机械波或者其他的扰动，都能使其退相干并回到经典状态，存储在量子状态中的信息也随之消散到周围的环境之中。
这个问题在过去的二十几年里限制了包括费希尔在内的一些物理学家构建量子计算机的尝试。即使在低温冷冻并且隔绝机械干扰的条件下，也很难让量子网络的相干性维持足够长的时间来超过经典的计算机。
而在温热、湿润的大脑组织中，一团晃动不停、互相推挤的分子聚在一起，想要保持量子状态不遭破坏几乎不太可能。神经元在处理信息时需要将其存储数毫秒或者更长时间，而计算的结果告诉我们微管系统的叠加状态最多维持10-20秒~10-13秒。神经哲学家帕特里夏·丘奇兰德（Patricia Churchland）在1996年总结道：“相信神经元内存在量子相干性，还不如假设神经突触间有妖精尘埃。 ”这在随后也成了主流看法。
来自大鼠试验的灵感
费希尔对此持怀疑态度。 “当大家开始谈论微管系统的时候，我立刻意识到这没有意义， ”他说， “你无法让微管系统处理量子信息，除非把它与周围的环境完全隔绝开来。 ”

大脑思维的产生是否源于量子机制？

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