「意識」が量子効果で生じることを示す実験結果が発表される

Do quantum effects play a role in consciousness?https://physicsworld.com/a/do-quantum-effects-play-a-role-in-consciousness/
The Science of Consciousness Conferencehttps://consciousness.arizona.edu/science-consciousness-conference

意識は量子効果で形成されているのかもしれません。

カナダのアルバータ大学(University of Alberta)とアメリカのプリストン大学(Princeton University)で行われた研究によれば、ヒトの意識は量子的な効果で発生しているという量子意識仮説を支持する発見あった、とのこと。

量子意識仮説はブラックホールの存在を示した業績で2020年にノーベル物理学賞を受賞したロジャーペンローズ博士らによって提唱されており、脳科学と量子論を融合した野心的な理論となっています。

かつてはブラックホールの存在と同じく「荒唐無稽」であるとみなされていましたが、新たな研究では量子意識仮説を裏付けるような実験的な結果が得られました。

ヒトの意識は本当に量子効果で形成されているのでしょうか?

研究内容の詳細は2022年4月18日に開催された『Science of Conciousness』会議で報告されました。

生命活動に量子効果がかかわることが次々に判明している

植物の光合成には量子効果が働いていることが知られている
植物の光合成には量子効果が働いていることが知られている / Credit:Canva . ナゾロジー編集部

現在の脳科学では、ヒトの意識は脳細胞ネットワークを流れる電気信号パターンによって形成されると考えられています。

この考えでは、意識がどこからかやってきてネットワークに宿るのではなく、ネットワーク構造と電気活動が一定のパターンをとったときに「意識」が現れるとしています。

最新の研究でも、脳において特定部位の活動を遮断すると、意識が途切れることが示されました。

一方、近年になって生命活動のさまざまな領域において量子的な効果が利用されていることが明らかになり、量子力学と生物学を融合させた「量子生物学」という新たな分野が成長しつつあります。

特に光合成に対する量子生物学の貢献はめざましく、光エネルギーから栄養(化合物)が作られる過程では、電子が量子的なふるまいによって突然位置を変え、従来の古典物理学では説明困難な化学反応を実現している様子が示されています。

(※古典物理学ではエネルギー的に困難であると考えられる電子の移動でも、電子の存在確率のあやふやさ(量子効果)を利用して実現しています)

他にも渡り鳥のナビゲーション機能、動物の嗅覚、さらにDNAやタンパク質がかかわる酵素反応など幅広い生命現象に、量子効果が関連していることが報告されています。

ブラックホールの存在を説明するにも使われる量子力学が、私たち生命の駆動原理として存在すると考えるのは、一見して奇妙に思います。

しかし量子生物学では、全ての物理現象が量子力学であるのと同じように、物理現象の一形態である生命活動も量子力学がかかわっていると考えられています。

そして先進的な脳科学者たちは、光合成が量子効果で進むのと同じように、「意識」もまた量子効果によって説明できる部分があると考えていました。

しかし「意識」が量子効果によって形成される部分があるとしても、実際に細胞内で「意識」の形成にかかわるような量子効果が起きていることを証明できなければ、科学として成り立ちません。

そこで今回、アルバータ大学の研究者たちは実際に細胞内部の部品に対して光エネルギーを与え、量子効果が出現するかを確かめることにしました。

微小管で量子効果が観測された

微小管は細胞の各地に張り巡らされているほか、細胞分裂時には染色体を引っ張る役割もする
微小管は細胞の各地に張り巡らされているほか、細胞分裂時には染色体を引っ張る役割もする / Credit:Canva . ナゾロジー編集部

私たちの細胞内でも量子効果が起こりえるのか?

答えを探るために研究者たちは、微小管と呼ばれる極めて細いチューブ状の構造に青い光をあてて量子効果が現れるかを観察することにしました。

微小管は「細胞の骨格」として細胞の運動や構造維持を受け待つほか、細胞内に敷設された「レール」や「けん引ロープ」として物質輸送に関与し、細胞の各地に回路のように張り巡らされています。

高校で生物学を学んだ人のなかには、細胞分裂時に染色体が微小管によって左右に引っ張られている図を記憶している人もいるでしょう。

この微小管は、実は、量子効果が発生する場所として優れた構造をしてることが知られており、量子意識仮説の証明に最も適していると考えられていました。

(※微小管の構成単位であるタンパク質には比較的自由な電子が存在する場所や電気的な影響を受けにくい領域がナノメートルの幅で設置されており、この特性と距離は電子に量子効果を起こすのに十分と考えられています)

そのため研究者たちはこの微小管に対して、青色の光を当てて量子効果が起こるかを確かめることにしました。

結果、照射された光が微小管にとらえられ、その半分が数百ミリ秒から1秒以上が経過した段階で放出される「遅延発光」が観察されることを発見しました。

遅延発光は量子効果の結果として生じることが知られています。

また数百ミリから1秒という範囲は、意識が発生するタイムスケールと一致します。

これまで微小管で量子効果が起きたとしても非常に短時間に終わるため、意識が芽生えるほどのタイムスケールには達しないと考えられていましたが、実験では微小管で起こる量子効果が意識形成につながる可能性が示されました。

しかしより興味深い結果は「意識」を奪う麻酔薬を使ったときに現れました。

「意識」を奪う麻酔薬は量子効果にも影響を与えていた

意識を奪う麻酔薬だけが微小管の量子効果に影響を与えた
意識を奪う麻酔薬だけが微小管の量子効果に影響を与えた / Credit:Canva . ナゾロジー編集部

意識が量子効果によって形成されるかどうかを確かめる手段として、古くから麻酔薬を使用するアイディアが提唱されていました。

いくつかの麻酔薬は種類ごとに異なる分子構造を持ち作用機序が異なるものの、使用すると同じように「意識」を奪う結果をもたらします。

そのため量子意識仮説を信じる科学者たちは「意識」が量子効果によって生じるならば、異なる種類の麻酔薬でも脳細胞に対しては共通の量子効果が起こる可能性があると考えていました。

そこで研究者たちは、微小管を麻酔薬にさらして観察された量子効果である「遅延発光」に影響が出るかを調べました。

結果、麻酔薬の使用は遅延発光に必要な時間を約5分の1に短縮していることが判明します。

一方、神経に対して同じ抑制効果はあるものの「意識」を奪わない抗けいれん薬を加えた場合には、遅延発光に影響はありませんでした。

同様の結果はプリストン大学で行われた研究でも導き出されました。

プリストン大学の研究者たちも微小管に対して光(レーザー)をあてる実験を行っていました。

研究者たちが微小管の特定の場所に光(レーザー)をあてると、電子の励起状態が予想よりもはるかに広範囲で微小管を介して拡散していく様子が観察されました。

また麻酔薬を微小管に加えた場合、この異常な微小管のふるまいが抑制されることが発見されました。

これらの結果は、麻酔薬が微小管と何らかの相互作用をして「意識」の形成に必要な量子効果を妨げている可能性を示します。

微小管が細胞内部の量子効果の足場となっている可能性がある

今回の研究に意識が関係ないとしても微小管に量子効果があるというのは大きな発見となる
今回の研究に意識が関係ないとしても微小管に量子効果があるというのは大きな発見となる / Credit:Canva . ナゾロジー編集部

今回の研究により、細胞に存在する微小管に「意識」の発生するタイムスケールと同じ量子効果が発生することが判明しました。

また「意識」を奪う麻酔薬には、微小管に生じた量子効果と考える現象に大きく影響を与え、変更または抑制することが示されました。

2つの研究において研究者たちはともに、微小管に起こる量子効果が脳細胞における「意識」の形成に重要となる可能性があると結論しています。

ただこれらの実験で「意識」が全て量子効果の産物であり、量子意識仮説の全てが肯定されるわけではありません。

(※量子意識仮説の一種である「Orch OR」説では意識が微小管上に存在する量子ビットによって形成されていると主張しています)

実験によって観測された結果は量子効果の可能性が高いとされたものの、理論的には古典物理の範囲でも起こりえる現象だからです。

研究者たちも最終的な結論に至るには、何らかの方法で生きているヒトの脳において、量子効果が起きているかを確かめる必要があると述べています。

なお今回の研究が「意識」とは関係が無かったとしても、微小管は単に細胞内で物理的な力を担うだけでなく、細胞内で起こる量子効果の足場として機能している可能性は残るため、生物学的に重要な発見であることに間違いはないでしょう。

量子意識がブラックホールの存在のように「常識」となるか「荒唐無稽」で終わるかを判断するためにも、続く研究に着目したいところです。

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