Нанотехнологии и проблема сознания

11.07.2015 Одной из самых больших загадок, которую наука XX века оставила в наследство исследователям XXI, века является проблема сознания. Механизмы восприятия, осмысления увиденного, взаимосвязь логики и эмоций, алгоритмы работы памяти, принципы работы мозга поняты в гораздо меньшей мере, чем хотелось бы, несмотря на огромные усилия и внушительный арсенал экспериментальной биологии.

Стандартная точка зрения сводится к тому, что разгадка тайн мозга связана с самоорганизацией. Действия и устройство клеток мозга – нейронов, на первый взгляд, подробно изучены и хорошо поняты. И новое качество, которое и отвечает за феномен сознания связано с их взаимодействием.

Один из выдающихся математиков и физиков-теоретиков ХХ века Роджер Пенроуз выдвинул альтернативную гипотезу, меняющую сам взгляд на проблему. В соответствии с ней работа, активность мозга не аналогична работе машины Тьюринга. Ему удалось показать, что математики сегодня смогли решить алгоритмически неразрешимые задачи. Последние представляют собой проблемы, для которых нельзя написать программу для машины Тьюринга, предложить алгоритм, выполняя который, мы рано или поздно обязательно получим ответ.

Одну из таких задач решил сам Р. Пенроуз. Это задача о замощении плоскости набором плиток (без пробелов и наложений) непериодическим образом. Иными словами, требуется оценить, сколько типов плиток потребуется, чтобы замостить плоскость ими можно было только непериодическим образом и предъявить этот набор. Именно это и было сделано – оказалось, что достаточно плиток двух типов – а потом доказано, что эта задача алгоритмически неразрешима. Мозг устроен совсем не так, как машина Тьюринга!

Разгадку этого парадокса он видит на наноуровне. Он связывает её с гипотетическим явлением, возникающим в ансамблях квантовомеханических систем. В основе квантовой механики лежит явление редукции волнового пакета. Именно это явление позволяет фиксировать динамику микрообъектов с помощью макроприборов. Р. Пенроуз называет такую редукцию субъективной (микрочастица начинает вести себя как классический объект, когда появляется прибор, субъект, наблюдающий и фиксирующий её динамику) Именно это является основой множества парадоксов и темой дискуссии Бора с Эйнштейном. Можно даже сказать, что многие свойства частицы «рождаются» в момент её наблюдения. Р. Пенроуз предположил, что существует и объективная редукция, заставляющая ансамбль микрочастиц время от времени «голосовать», приобретая классические свойства.

Если это так, то элементами сознания могут быть отдельные клетки. Профессор С. Хамерофф из Аризонского университета в Тусоне считает, что своеобразные квантово-механические вычисления происходят в микротрубочках цитоскелета нейронов, имеющих диаметр 25 нм. Они состоят из молекул белков – тубулинов – которые могут находиться в двух внутренних состояниях или, как говорят биологи, конформациях. Именно они, в соответствии с гипотезой Хамероффа, и отвечают за феномен сознания. Сейчас вкладываются большие усилия в экспериментальную проверку гипотез Пенроуза – Хамероффа. В немалой степени интересу к этому подходу способствовали книги самого Р. Пенроуза – «Новый ум короля» и «Тени сознания», рассчитанные на широкий круг исследователей.

Из доклада «Проектирование будущего. Роль нанотехнологий в новой реальности» Георгия Геннадьевича Малинецкого, заместителя директора
Института прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН.