התודעה האנושית מתגלה בתופעות קוונטיות המתרחשות באיבר זעיר בתאי המוח. כך מעריך הפיזיקאי והמתמטיקאי הבריטי רוג’ר פנרוז (Penros), הזוכה במחצית פרס נובל לפיזיקה לשנת 2020 על תרומתו לחקר החורים השחורים.
למסקנתו זו הגיע פנרוז לאחר שנים של מחקר אחר מקורות התודעה. המחקר ראשיתו בשאלה, האם ניתן לתכנת מחשב באופן שידמה בפעולתו למופעי התודעה האנושית?
ידוע כי חוקרים בתחום הבינה המלאכותית הצליחו ליצור מערכות חישוביות המסוגלות לשחזר התנהגויות של אורגניזם חי, למשל בקרה על שרירים. אולם, אין למדענים כל ידיעה כיצד לגרום למחשב לבצע פעולות אנושיות כמו: לחוש בעוצמתה הרגשית של יצירה מוסיקלית, להתפלסף על משמעות החיים, או להבריק בפתרון לא שגרתי לבעיה לא מוכרת.
העובדה כי קיימים תהליכים במוח שאינם ניתנים להסבר המבוסס על מודל חישובי לעיבוד מידע, ידועה היטב למדעני המחשב. יחד עם זאת, מקובל על מדענים כי כל התהליכים המתרחשים במוח הם תהליכים פיסיקליים, וכול חוקי הפיסיקה הם חישוביים. סתירה זו הביאה את פנרוז למסקנה כי במוח מתרחש תהליך פיסיקלי שאינו מתיישב עם חוקי הפיסיקה המוכרים, והוכיח כי מקור התודעה הוא בעולם הקוונטי.
העולם הקוונטי, שגילוייו הראשונים מיוחסים למחצית הראשונה של המאה ה-20, ונתפשו אז כמוזרים ובלתי אפשריים, נחשבים היום כעומדים בחזית המחקר והפיתוח הטכנולוגי. במציאות הקוונטית, חלקיקים תת-אטומיים הנמצאים בסביבה מבודדת מהשפעות של חלקיקים וכוחות אחרים, מתקיימים בו-זמנית במופעים שונים. חלקיק יכול להיות בעת ובעונה אחת גם כאן וגם שם, לנוע גם באיטיות וגם במהירות. מצב זה של סופרפוזיציה נמשך עד לרגע שבו החלקיק פוגש בתודעה האנושית. זיהוי החלקיק גורם לקריסת הגל הנושא את שלל אפיוניו האפשריים, והחלקיק ‘מגדיר’ אז את זהותו.
פנרוז הבחין בקווי הדמיון המשותפים למציאות הקוונטית ולתודעה האנושית. שתי התופעות מתירות קיום בו זמני של מצבים סותרים, חופש בחירה, ושינוי באופן שאינו ניתן להסבר פיסיקלי. ההבנה הזו הדריכה את פנרוז בחיפושיו אחר מקורות התודעה בתופעות קוונטיות המתרחשות בתאי המוח.
פעילות המוח, ועיבוד המידע המתקיים בו, מבוססים על תקשורת אלקטרו-כימית המתקיימת בין תאיו. האות העצבי אינו יכול להיחשב כאירוע קוונטי, מאחר והמערכת העצבית השוקקת פעילות אלקטרו-כימית אינה מאפשרת קיומן של תופעות קוונטיות. היכן, אם כך, מתרחש האירוע הקוונטי?
פגישתו של פנרוז עם סטיוארט המרוף ((Hameroff, נוירולוג ומומחה לחקר תהליכי החלוקה של התא והתנהגותם הקוונטית של המיקרוטובלים, הולידה את ההכרזה על המיקרוטובול כמועמד האפשרי למקור התודעה: המפתח לתודעה מונח באירועים קוונטיים המתחוללים במבנים חלבוניים זעירים בתוככי תאי המוח – הם המיקרוטובולים.
מהם המיקרוטובולים?
“כוכבם” של המיקרוטובולים דרך רק בעשורים האחרונים, עת התגלה ייחודם המבני והתפקודי, והיותם מעורבים וחיוניים בכל תהליכי החיים של התא והאורגניזם.
המיקרוטובולים הן צרורות של צינוריות חלבון דקיקות, ארוכות וחלולות, בקוטר מיליונית המילימטר. צינוריות היוצרות מקלעת לאורכו ולרוחבו של כול אחד מתאי הגוף והמוח.
למיקרוטובולים תפקיד מכריע בבנייתן ותפקודיהן של הרשתות העצביות במוח. הם האחראים על בניית הרשתות, על הובלת הנוירוטרנסמיטרים ועל יצירת הסינפסות. הם האחראים על צמיחתם של נוירונים חדשים ועל הדרכתם ליצירת קשרים עם נוירונים אחרים. התפרקותם של מיקרוטובולים היא הסיבה לאיבוד הזיכרון ויכולת הלמידה המאפיינת את מחלת האלצהיימר.
בנוסף לתפקידם המרכזי בפעילות המוחית, המיקרוטובולים אחראים גם על התהליכים החיוניים הכרוכים בחלוקת התא, בהתפתחות העובר ואיבריו, בתנועה המתקיימת בתוך התא, ובתקשורת בין התאים.
חקר המיקרוטובולים גילה מספר תכונות מבניות ייחודיות, שהחשובה ביניהן היא זו המאפשרת את בידודו של אות אנרגטי מסביבתו – התנאי למציאות קוונטית. האות יכול לנוע לאורך המבנה הצינורי תוך התעלמות מההתרחשות הסביבתית, ומבלי ליצור אינטראקציה עם מולקולות אחרות. הבידוד הסביבתי הוא תנאי הכרחי להישארותו של אות אנרגטי בצורתו הקוונטית, כסופרפוזיציה של מצבים. כול עוד האות אינו נאלץ לבחור מצב מסוים, הוא יכול להתקיים באינספור מופעים שונים. האופי המבודד של מבנה המיקרוטובול מאפשר לתנודות לשמור על אופיין הקוונטי.
על פי המודל של פנרוז והמרוף, סופרפוזיציה מתפתחת במבני המיקרוטובולים שבתאי המוח. כאשר הסופרפוזיציה מגיעה לסף כבידה קוונטית, מתרחשת קריסה. כול אירוע של קריסה תואם לאירוע תודעה. רצפים של אירועי קריסה יוצרים את תחושת הזמן ואת זרם התודעה.
החוקרים הגיעו למסקנה כי המוח מתנהל בשתי מערכות של עיבוד מידע: מערכת המיקרוטובולים המתקשרים בתנודות, ומערכת הנוירונים המתקשרים באותות אלקטרוכימיים. אפשרות אחת שהמיקרוטובולים מעבדים את הבעיה ברמותיה הבסיסיות והתוצאה מתגלה בפליטה של אות של נוירון. אפשרות אחרת, ששני התהליכים פועלים בהקבלה, ומעבירים מידע דו כיווני, וייתכן אף שהמיקרוטובולים אחראים על כוונון האותות ליצירת משוב מעגלי.