La meccanica quantistica non ha quasi alcuna relazione con il funzionamento del cervello, tranne nella misura in cui spiega l'esistenza della materia. Dici che i segnali sono trasportati dagli elettroni, ma questo è molto impreciso. Piuttosto, sono trasportati da vari tipi di segnali chimici, inclusi gli ioni. Questi segnali vengono rilasciati in un ambiente caldo con cui interagiscono in un lasso di tempo molto breve.

I processi meccanici quantistici come l'interferenza e l'entanglement continuano a mostrare effetti che differiscono dalla fisica classica solo quando le informazioni rilevanti non trapelano in l'ambiente. Questo problema è stato spiegato nel contesto del cervello da Max Tegmark in L'importanza della decoerenza quantistica nei processi cerebrali. Nel cervello, la fuga di informazioni dovrebbe avvenire in un periodo di tempo dell'ordine $ 10 ^ {- 13} -10 ^ {- 20} $ s. La scala temporale in cui i neuroni si attivano ecc. È $ 0,001-0,1 $ s. Quindi i tuoi pensieri non sono calcoli quantistici o qualcosa del genere. Il cervello è un computer classico.

Sì , ma solo nel senso che tutti i processi macroscopici dipendono dalla meccanica quantistica sottostante su scala microscopica.

No - la meccanica quantistica è non è il modello migliore per descrivere ciò che accade nel cervello.

In un certo senso, il comportamento di un neurone è simile a un processo quantistico, come (ad esempio) il decadimento di un atomo elettricamente eccitato o radioattivo al suo stato fondamentale. Un neurone o si attiva o non lo fa. Ma ci sono molte macchine che si attivano o meno, quindi questo non è sufficiente per dedurre che si tratta di un processo quantistico.

https://en.wikipedia.org/wiki/All- or-none_law

Ci sono alcune importanti differenze come segue (la più importante delle quali è la scala del processo.)

L'atomo emette un fotone (un singolo quanto di radiazione elettromagnetica) in modo casuale e indipendentemente dagli eventi nel suo ambiente (almeno per l'emissione spontanea). Possiamo sapere sperimentalmente qual è la probabilità che un particolare tipo di atomo emetta un fotone in un determinato periodo di tempo.

Il neurone emette un impulso (un gran numero di ioni) in modo abbastanza prevedibile, a seconda degli impulsi e degli stimoli che ha ricevuto. Un buon modello (anche se piuttosto semplice) di questo sarebbe un serbatoio dell'acqua che si svuota automaticamente quando è completamente pieno. Tali serbatoi vengono utilizzati per lavare gli orinatoi nei bagni pubblici degli uomini. È un grande passo da questo a costruire un computer sofisticato come il cervello, ma dovrebbe essere chiaro che un tale carro armato non dipende dalla meccanica quantistica. Si noti che è possibile un analogo elettronico di un tale serbatoio.

Roger Penrose e Stuart Hammeroff stanno lavorando su questa esatta ipotesi. Credono che la fibra del fuso sia la struttura che fa collassare la funzione d'onda quantistica. A partire da ora, non sono riusciti a mostrare la "fibra del fuso" nel supportare le capacità QM. Ma ci sono molte informazioni sull'argomento, a cominciare dal libro di Roger Penrose "The Emperor's New Mind".

Il cervello è di fatto un computer classico, come spiegato nella risposta di Alanf. Tuttavia, questo lascia aperta la possibilità che ciò che rende cosciente un sistema classico come il nostro cervello o qualche futura IA, potrebbe essere correlato a come la meccanica quantistica si riduce alla meccanica classica. Una proposta in questo senso (che personalmente non trovo convincente) è stata avanzata da Roger Penrose come menzionato nella risposta di Ed Yablecki.

Un'idea molto più semplice è considerare che la meccanica quantistica nel regime classico non è ancora la stessa della meccanica classica. Quello che succede è che a causa dell'entanglement con un numero enorme di gradi di libertà ambientali, molti tipici effetti quantistici vengono effettivamente persi e puoi quindi fingere che non esistano. Per quanto riguarda la previsione del risultato degli esperimenti, è possibile utilizzare impunemente la meccanica classica. Ma il sistema fisico non è quello che ottieni quando prendi la sua descrizione classica come letteralmente corretta.

Puoi vedere chiaramente come la differenza tra la descrizione meccanica quantistica esatta di un ambiente AI + e la descrizione classica di l'AI risponde a molte delle obiezioni filosofiche contro l'ipotesi dell'AI forte. Nella descrizione esatta c'è molto spazio per invocare le correlazioni tra input e output esistenti in un determinato momento, perché ciò che l'IA sperimenta è solo una misurazione a grana grossa coerente con un gran numero di microstati. Questi esistono quindi come mondi paralleli all'interno del suo errore di misurazione de facto. La reale esistenza di un tale insieme di stati correlati definisce quale calcolo viene effettivamente eseguito in un dato istante. La difficoltà di farlo all'interno di un'immagine puramente classica è al centro delle critiche all'intelligenza artificiale forte.

Considera il famoso esperimento mentale di Marvin Minsky di simulare il tuo cervello da un enorme dispositivo analogico costituito da enormi ruote e ingranaggi. Quindi un'intelligenza artificiale forte dice che questa simulazione avrà successo, ma i critici dicono che è semplicemente ridicolo, come diavolo può una collezione di ruote e ingranaggi sentire qualcosa? Loro osservazione chiave da fare i.m.o. è come segue. Dal tuo punto di vista, lo stato esatto delle ruote e degli ingranaggi non può essere fissato con precisione. Sebbene tu possa guardare in basso su molte delle tue ruote, qualsiasi tentativo da parte tua di scoprire lo stato di tutte le tue ruote fallirà a causa della tua memoria che ha una capacità finita; la maggior parte di quella capacità viene utilizzata per eseguire i programmi che ti definiscono. Qualunque cosa tu senta, qualunque cosa sia realmente la coscienza, è in definitiva un calcolo e un sistema di ruote e ingranaggi può definirlo in modo inequivocabile, a condizione che invochi il MWI.

Infatti la carica elettrica è trasportata da ioni positivi (sodio e potassio), non da elettroni, lungo l'assone del neurone. Sono abbastanza piccoli? Non lo so davvero. A proposito, c'è un'ipotesi che una certa specie di uccelli utilizzi una coppia di elettroni in entanglement per orientarsi. Anche la meccanica quantistica gioca un ruolo negli enzimi (ad esempio il tunneling quantistico) ma a causa della grande quantità di enzimi non credo che gli effetti quantistici facciano la differenza. C'è un buon video che mostra alcune ipotesi su come alcuni organismi utilizzino la meccanica quantistica (non è specifica del cervello, però).

Per quanto riguarda il cervello stesso, la risposta non si sa, forse serve per archiviare informazioni o chissà cosa. Come hai detto, sarebbe una buona cosa prendere in considerazione la meccanica quantistica (a volte almeno) per cercare di capire meglio il cervello.

Ci sono sicuramente alcuni seri sforzi scientifici in corso oggi per cercare di spiegare e incorporare la QM nei processi cerebrali. Il seguente discorso TED riguarda proprio questo:

http://www.ted.com/talks/jim_al_khalili_how_quantum_biology_might_explain_life_s_biggest_questions?c=922691

Altri scienziati ipotizzano che i minuscoli dendriti o microtubuli sui neuroni all'interno del cervello sono l'interfaccia in cui avvengono i deboli effetti quantistici e creano i noti effetti classici.

Il medico Mark Germaine scrive nel suo saggio: "Una ricchezza di dati supporta il nozione che le arborizzazioni dendritiche sono le strutture primarie che supportano la percezione (Pribram, 1991). La forma d'onda neurale caratterizza la dinamica della rete dendritica, e questa forma d'onda può essere descritta da un'equazione che è fondamentalmente la stessa dell'equazione che descrive la forma d'onda quantistica (Pribram, 1991), ……… "

Ma sta discutendo un altro modello e non direttamente il modello QM per il cervello. Trova il saggio qui:

http://dynapsyc.org/2015/HOLOMIND.pdf

Il punto è che il modello meccanicistico comunemente accettato per il cervello non sembra essere sufficiente per spiegare l'intera ricchezza dell'esperienza, nemmeno quelle apparentemente più elementari come il gusto, l'olfatto, la vista. Il modello meccanicistico non può spiegare l'enorme versatilità di alcuna coscienza, nemmeno semplice come una formica.

Sono in ritardo alla festa ma non ho visto il seguente argomento, che è all'incrocio tra etica, fisica e logica. Ha a che fare con il libero arbitrio che percepiamo di avere.

La definizione logica di libero arbitrio è che non è determinato; questo è il significato di gratuito . Facciamo qualcosa non in base a regole, ovvero non lo facciamo in modo prevedibile, ma spontaneo. Avremmo anche potuto decidere diversamente, ma non l'abbiamo fatto.

In generale, non vediamo comportamenti prevedibili come segni di libero arbitrio: tale comportamento è guidato dall'istinto, dal morale, dalle convenzioni o da influenze esterne come pubblicità o pressione dei pari.

Segni di libero arbitrio, al contrario, sono visibili agli incroci: qualcuno decide di essere un eroe o no, mangia in un ristorante o in un altro. Noi, e forse la persona stessa, non lo sapevamo in anticipo.

In generale, tutti i comportamenti rientrano in una di queste due categorie: è basato su regole, cioè prevedibile; oppure è una decisione del nostro libero arbitrio, che nessuno può prevedere in modo affidabile.

La cosa interessante è che da un punto di vista computazionale, "imprevedibile" è semplicemente equivalente a "casuale". Questa è la definizione di "casuale": non dipende da eventi precedenti, ovvero non ci sono regole per prevedere un evento casuale da eventi precedenti.

Il libero arbitrio è logicamente la capacità di prendere decisioni casuali .

(Per inciso, questo è il motivo per cui non ci saranno ostacoli categorici all'emulazione del comportamento umano con i computer. Tutti i comportamenti sono basati su regole o casuali. Possiamo emulare regole- comportamento basato molto bene con i computer. Ma non è così difficile da introdurre o emulare la casualità.

Non illudiamoci. Molto di ciò che percepiamo come libero arbitrio non è affatto libero; la stragrande maggioranza del nostro comportamento è governato dalla nostra cultura, etica, gusto, principi e così via, spesso inconsciamente. Il fatto che sembriamo meno prevedibili di quanto siamo in realtà è dovuto alla mancanza di informazioni da parte dell'osservatore (e i big data ci dicono che diventiamo abbastanza prevedibili - e creduloni - se ci sono abbastanza informazioni su di noi).

Ma abbiamo una forte sensazione - e gli esempi occasionali - di libertà personale. Se fossimo meccanici e deterministici, non saremmo liberi. Ma non siamo meccanici; il funzionamento del nostro cervello non è del tutto deterministico.

Le basi fisiche di questa indeterminatezza devono essere eventi casuali nel nostro cervello. Gli elettroni, gli atomi e le molecole non sono palle da biliardo; nessun demone di Laplace poteva prevedere il futuro di un cervello, principalmente no. Il mondo microscopico che è alla base del mondo che percepiamo semplicemente non è deterministico. In un sistema non lineare come il cervello, piccoli eventi quantistici che avrebbero potuto accadere in entrambi i modi occasionalmente faranno la differenza. Un neurone si attiva o no; l'eccitazione di un gruppo di neuroni attraversa semplicemente la soglia in una gara con un altro gruppo per diventare dominante, oppure no.

In questo senso, come fonte di innata indeterminatezza, e quindi libertà, credo che gli effetti quantistici giochino un ruolo enorme nel nostro cervello. E nell'universo.

Il cervello come biocomputer è troppo complesso per aspettarsi una risposta completamente descrittiva sotto forma di un post sul forum.

Non preoccuparti, la situazione è ancora più complicata! :) Le opinioni sul tema del comportamento quantistico che influenza la percezione della realtà (e di conseguenza la creazione della "realtà", ma qui sto toccando un punto di vista molto metafisico, che di solito viene evitato qui, e per buone ragioni) differiscono notevolmente. >

Tutto sommato, secondo me la risposta attualmente corretta è "A causa della complessità del cervello, non sappiamo, dove si applicano i fenomeni quantistici e dove no in termini di cervello e percezione . " A questo punto, bisogna unirsi alla ricerca per iniziare a ottenere almeno risposte parziali.

"(...) Non ho paura di non sapere le cose, di essermi perso in un universo misterioso senza scopo, che è davvero il modo in cui posso dire. " R. P. Feynmann