La neurología cuántica podría explicar el origen de la conciencia

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La física ofrece una imagen del mundo que permite intuir la evolución desde la materia a la vida inteligente
La conciencia es un fenómeno constatado, pero también es un problema: no sabemos cómo se produce. En la actualidad, no existe una explicación neurológica de la conciencia. Pero la física ofrece una imagen del mundo que permite intuir una evolución desde la materia hasta la emergencia de la vida consciente e inteligente. Además, hoy en día contamos con importantísimos avances físicos, biológicos y neurológicos que permiten descubrir la arquitectura funcional del cerebro a gran escala y la interacción psicofísica de sus constituyentes fundamentales. Por Manuel Béjar.

Un cerebro modelado por ordenador. Fuente: Human Brain Project.
Hace unos cincuenta años nació una corriente de pensamiento que defendía que las máquinas pueden tener mente como los seres humanos. Nos referimos a la denominada Inteligencia Artificial. En aquellos tiempos algunos físicos como David Bohm cuestionaban con fundamento el determinismo físico.

Si todas las leyes físicas fueran puramente deterministas la libertad sería una pura ilusión y no habría diferencia entre hombres y robots. Los defensores de la inteligencia artificial pretenden explicar la conciencia mediante reglas lógicas computacionales. Por el contrario, científicos como Roger Penrose usan las matemáticas y los procesos físicos no computacionales para demostrar la singularidad de la mente humana.

En este artículo presentamos el cuerpo principal de la neurología cuántica desde: 1) las oportunidades que ofrece la física cuántica para enriquecer la biología y la neurología, 2) el complejo dinamismo del mundo cuántico para hacer emerger la realidad clásica de nuestra experiencia ordinaria, 3) la posibilidad de que las extrañas propiedades cuánticas alcancen la realidad macroscópica donde se manifiesta la conciencia, 4) el problema de la libertad en el marco de una neurología clásica determinista y 5) las ideas de David Bohm y la hipótesis cuántica de Penrose-Hameroff.

El problema de la objetividad tras la revolución cuántica

La física clásica siempre ha gozado de un enorme prestigio para describir la realidad del mundo físico. Su gran potencial para predecir con excelente precisión la evolución de los sistemas clásicos y anticipar su comportamiento futuro antes de que se exprese fenomenológicamente es incuestionable.

Igualmente, la física clásica puede usarse para inferir el estado pasado de un sistema material. Por ejemplo, en cosmología clásica se habla del pasado de nuestro universo; incluso en un tiempo tan alejado que aún no se habían dado las condiciones que permitieran el origen de la humanidad, la formación de nuestro planeta o la liberación de la energía electromagnética que permea el universo desde apenas medio millón de años tras el big bang.

En física clásica un sistema material se encuentra siempre en un estado bien definido por su posición y su velocidad. La evolución continua de este estado en el tiempo puede seguirse y ser descrita mediante la ley fundamental de la dinámica newtoniana. Se asume que implícitamente una partícula clásica tiene una posición y una velocidad, independientemente de si se la está observando o no. Posición y velocidad son elementos de realidad de las partículas. Su objetividad no es cuestionada científicamente. Velocidad y posición son propiedades objetivas de los sistemas clásicos que nos permiten científicamente seguir durante un tiempo su trayectoria, inferir cómo fue en el pasado y predecir cómo será en el futuro.

Con el descubrimiento de novedosos fenómenos inexplicables desde la física clásica hubo que cambiar de fondo el modo de hacer ciencia. No se trata de que los experimentos revelaran falta de precisión en la capacidad de predicción de la física clásica. Lo sorprendente es que las divergencias entre la teoría y los resultados experimentales impedían salvar los fenómenos incluso con tentativas correcciones clásicas ad hoc. La clave para entender estas extrañas evidencias experimentales que reportan los fenómenos cuánticos está en lo ontológico. No se trata de una limitación epistemológica sino de un presupuesto ontológico que cuestiona de raíz la objetividad asumida por la física clásica.

Tras la revolución cuántica los presupuestos ontológicos se han ajustado a la realidad experimental y a la manera científica de comprenderla. La indeterminación ontológica de los sistemas cuánticos imposibilita toda explicación determinista que mantenga la idea de trayectorias de las partículas, objetivamente definidas por elementos de realidad como la posición y la velocidad. La alternativa ha sido formular una nueva física que describe los sistemas físicos en términos de una compleja lógica de operadores, como el operador posición o el operador momento, que no se corresponden con los elementos posición y velocidad de la realidad clásica.

Es posible entender la realidad clásica a partir de estos operadores, pero no es ya sostenible asumir que posición y velocidad son elementos permanentes de realidad. Si se asume su realidad intrínseca como en física clásica no se puede explicar la evidencia cuántica experimental. Hay que modificar los presupuestos

ontológicos y decir que posición y velocidad son elementos emergentes de realidad que surgen tras un proceso de medida. Por tanto, en física cuántica no se presupone su existencia antes de que sean observados. La realidad clásica emerge de la indefinición cuántica.

La realidad cuántica microscópica tiene el potencial para generar el mundo macroscópico de propiedades clásicas, aunque en lo cuántico no existan los elementos de realidad que se presuponen en la física clásica. ¿Supone esto una pérdida de objetividad en la ciencia? No pretendemos dar a entender que la naturaleza cuántica necesite una conciencia que, a modo de observador, desencadene el proceso de concreción clásica que finaliza con la expresión de los elementos clásicos de la realidad objetiva macroscópica.

Sin duda esto supondría una pérdida de objetividad en ciencia por la necesaria participación de un sujeto en la formación de la realidad clásica objetiva. Nuestra intención es dejar claro el presupuesto científico-filosófico de la neurología cuántica: las propiedades de los objetos clásicos no existen aún en la indefinición del estado cuántico.

En física cuántica es posible definir cuánticamente un sistema en una superposición de estados. Esto es imposible en física clásica, pues no es de sentido común afirmar que objetivamente un cuerpo ocupa dos posiciones simultáneamente o que va a dos velocidades en un mismo tiempo.

Sin embargo, en física cuántica posición y velocidad no son aún elementos de realidad. Posición y velocidad tienen que emerger de la indefinición cuántica. Por eso es sostenible racionalmente suponer que un sistema cuántico se halla en una superposición de estados. Esto no quiere decir –como se tendería a pensar desde la ladera clásica– que sus elementos de realidad estén objetivamente multievaluados. No hay aún elementos de realidad clásicos y por eso es posible definir el estado cuántico general como una superposición coherente de múltiples estados.

La superposición coherente de estados cuánticos no significa que el sistema cuántico esté simultáneamente en todos los estados con todos los posibles elementos de realidad, pues aún no han emergido. Las propiedades del mundo cuántico son bien distintas. Si un sistema puede estar en un estado cuántico A y en un estado cuántico B, entonces también es posible que se halle en un estado cuántico más general formado por la superposición coherente de los estados cuánticos A y B. Y esto no quiere decir que se halla en A y en B, porque no es posible gozar de tal objetividad hasta que se ha concluido un proceso de medida. Entonces, es mejor pensar que si tras un proceso de medida un sistema puede encontrarse en alguno de un conjunto de los estados posibles, también es posible que antes de la medida se halle en un estado de superposición coherente de estos estados posibles. Esto es así gracias a una propiedad sin analogía clásica denominada coherencia cuántica.

La coherencia cuántica hace posible que un sistema participe de todos los estados cuánticos posibles en un estado general de indefinición ontológica en sentido clásico. Desde la ladera clásica diríamos que todavía no es y al mismo tiempo lo es todo. Evidentemente esto no es asumible por la lógica clásica. Pero desde la ladera cuántica las cosas no se ven como elementos de realidad clásica. Hay una dispersión ontológica. No existe un diseño clásico. El sistema cuántico participa coherentemente de todas las formas posibles. No es una mezcla definida de posibilidades. Es todo lo que su ontología le permite ser coherentemente. No es por tanto una indefinición absoluta sino que posee una estructura cuya coherencia cuántica estabiliza una arquitectura imposible en el régimen clásico. Entonces, si esto es así de veras, ¿por qué no observamos sistemas físicos en una superposición de estados cuánticos?

La emergencia del estado clásico concreto  

La coherencia cuántica es una propiedad que se diluye fácilmente en el régimen macroscópico muy rápidamente. La dispersión de la coherencia cuántica en el macrocosmos se denomina proceso de decoherencia, es decir, el debilitamiento de la arquitectura de los sistemas cuánticos. Así como al debilitarse su arquitectura un edificio llega a perder su estructura y se transforma en una mezcla de restos apenas indiferenciable, en el proceso de decoherencia el sistema físico pierde su arquitectura cuántica y se estructura clásicamente.

El proceso de decoherencia desencadena la emergencia del estado clásico con sus elementos de realidad característicos en cualquier experiencia común. Se trata de una manera de entender la transición desde lo cuántico a lo clásico. Los sistemas cuánticos pierden su coherencia cuántica y se tornan clásicos a todos los efectos prácticos. Decimos que el sistema ya es observable con la objetividad presupuesta por la física clásica.

En ocasiones se dice que se hace imprescindible un observador para desencadenar el proceso de decoherencia. Y en muchas ocasiones se postula que el observador ha de ser un sujeto consciente. Mantener esta idea supondría reducir a la mínima expresión la objetividad de la ciencia y de la naturaleza misma. Sería el sujeto consciente quien haría observable el mundo que, por sí mismo, permanecería operativo en un estado de indefinición cuántica.

Nosotros preferimos entender la decoherencia como un proceso más del mundo físico que opera con objetividad. A nuestro entender el observador, ya sea un sujeto consciente o un instrumento de medida, es un objeto macroscópico. Al medir o al observar se produce un acoplamiento entre lo clásico (sujeto observador o aparato de medida) y lo cuántico (sistema en superposición coherente de estados). Este acoplamiento genera un canal cuántico-clásico que diluye en el macrocosmos la coherencia cuántica previamente concentrada en el sistema cuántico.

La decoherencia puede entenderse como un proceso objetivo que resulta de acoplar lo cuántico (microscópico) con lo clásico (macroscópico). De este modo lo clásico-macroscópico emerge de lo cuántico-microscópico sin necesidad de un sujeto, sino por un acoplamiento cuántico-clásico que diluye la coherencia cuántica hasta hacerla inoperativa en el gran mundo. Por este motivo no se pueden observar los estados de superposición. Los observadores conscientes son sistemas macroscópicos que inevitablemente desencadenan rápidamente el proceso de decoherencia y fuerzan a los sistemas cuánticos a manifestarse en un estado concreto bien definido por sus elementos de realidad.

Coherencia cuántica en el macrocosmos

Parece imposible que nosotros lleguemos a experimentar en conciencia las exóticas propiedades que dan razón de ser al mundo cuántico. Nuestra naturaleza macroscópica debilitaría la coherencia cuántica de los sistemas microscópicos y forzaría que la arquitectura cuántica se manifestara como una estructura clásica. Seguramente esta limitación genera en nuestro mundo tanta indiferencia cultural por lo cuántico. Si no podemos ser plenamente conscientes de lo cuántico cuesta creer su realidad, más aún al ser tan distinta a la de nuestro entorno macroscópico de confort. Sin embargo, merecería la pena el esfuerzo pensar si es posible prolongar el mundo cuántico hasta el nivel macroscópico.

La sombra de la física cuántica es alargada. Hemos advertido que lo cuántico pierde su coherencia cuando se acopla con lo macroscópico. Pero no siempre es así. Es posible que un sistema cuántico crezca orgánicamente manteniendo a salvo su coherencia. Estos casos se conocen como fenómenos de macrocoherencia cuántica. Son fenómenos macroscópicos que mantienen su coherencia cuántica a pesar de estar formado por un número grande de partículas. ¿Cómo es esto posible?

Los fenómenos de macrocoherencia cuántica son posibles porque la coherencia cuántica no tiene en principio limitaciones. El proceso de decoherencia trunca su crecimiento si se abren canales de acoplamiento cuántico-clásico entre el sistema cuántico y el entorno clásico. Pero la coherencia cuántica puede acoplar orgánicamente un sistema convenientemente resguardado del entorno no coherente. Cuando los canales de acoplamiento quedan bajo el control del experimentador los sistemas físicos pueden mostrar sus propiedades cuánticas en el nivel macroscópico.

Algunos de los fenómenos físicos de macrocoherencia cuántica más paradigmáticos son los condensados Bose-Einstein, los superconductores, los superfluidos, los acoplamientos Josephson… Todos estos fenómenos mantienen su macrocoherencia cuántica a muy bajas temperaturas. Algunos condensados de Bosé-Einstein se forman a tan solo un nanokelvin por encima del cero absoluto. El helio muestra su superfluidad por debajo de cuatro kelvin. Existen superconductores a temperaturas mucho más altas, pero todavía algo inferiores a la temperatura ambiente.

La temperatura es un inconveniente para el crecimiento de la coherencia cuántica. Resulta que al subir la temperatura decrece la longitud de onda asociada a las partículas y pierden capacidad de alcance para entrar orgánicamente en coherencia cuántica. La temperatura favorece el ruido térmico y el acoplamiento del sistema cuántico con los grados de libertad macroscópicos, que termina diluyendo la coherencia cuántica hasta que el sistema adquiere propiedades clásicas. Sin embargo, con la suficiente protección es posible ir aumentando la temperatura manteniendo a refugio la coherencia cuántica. Lamentablemente, no son pocas las dificultades para mantener vivas las propiedades cuánticas a temperatura ambiente.

 

Fuente: Flickr.

Fuente: Flickr.

El problema de la conciencia en la neurología clásica

Si asumimos que la conciencia se beneficia de las propiedades cuánticas es necesario explicar cómo puede hacerlo si se trata de un fenómeno que se manifiesta a altas temperaturas. Esto ha sido un punto delicado a la hora de pensar en una hipotética neurología cuántica que ha generado sesudos debates entre partidarios y detractores. A estos últimos les cuesta pensar en la posibilidad de una biología cuántica en el cerebro. Prefieren mantenerse en un marco explicativo clásico que entienda la conciencia como el resultado de la actividad eléctrica y el acoplamiento bioquímico de neuronas en grandes redes neuronales que dinámicamente se activan y crecen hasta desaparecer por todo el cerebro.

Las modernas neurociencias mayoritariamente siguen esta línea argumental: la unidad mínima de procesamiento de la información sensorial en el cerebro es la neurona, que es capaz de integrarse en grandes redes neuronales de cientos de miles de neuronas por todo el cerebro hasta producir la imagen consecuente un estado de conciencia. Las nuevas técnicas de neuroimagen han aportado valiosos registros experimentales de la dinámica de estas redes neuronales. Ahora bien, la neurología clásica aún está muy lejos de poder explicar cómo surge la imagen de un estado consciente. Sabemos qué neuronas se activan ante el patrón de luz reflejado por un árbol, pero no hay explicación de cómo surge la imagen del árbol en la conciencia. Pensamos que debe de haber un sistema de integración de todos los elementos sensoriales que se integran en la imagen, pero no conocemos el modus operandi.

La experiencia fenomenológica de un sujeto que es consciente de la realidad árbol es unitaria. Esto quiere decir, que en la imagen del árbol en la conciencia no es percibida como una acumulación de patrones de luz, contrastes, intensidades, desfases, formas… La imagen del árbol se presenta de manera integral. Somos conscientes del árbol como si los elementos que integraran esta imagen hubieran perdido su identidad y solo percibiéramos el todo y no la suma de las partes. ¿A qué se debe esta unidad perceptual de la conciencia?

La respuesta que nos ofrecen las neurociencias es sencilla. El cerebro no es un ordenador que procesa cada bit de información que recibe. De toda la información física del medio solo un reducidísimo porcentaje es recogido sensorialmente por los biosensores y de toda esta información sensorial el cerebro ejecuta un fuerte cribado para finalmente operar con un nivel de información manejable, muy inferior a la disponible en el mundo físico. Sin embargo, la imagen que se forma en la conciencia parece muy real, de alta definición diríamos. La neurología nos dice que el cerebro ha generado su propia realidad a partir de una cantidad de información mucho menor que la existente en el medio físico. El cerebro alucina la realidad, es decir, produce imágenes de la realidad, y lo hace continuamente generando eso que experimentamos como flujo de la conciencia.

Evolutivamente no hay ningún interés en descifrar la realidad en todo su detalle. Es más eficiente generar esa realidad a partir de una pequeña cantidad de información bien seleccionada. La evolución fuerza a las especies a preparar genéticamente a sus individuos para enfrentarse al medio decidiendo si iniciar la lucha ante una presa o emprender la huida en presencia de un depredador. La decisión ha de ser rápida. No importa tanto el detalle como la valoración de una imagen que se presta rápidamente en la conciencia a partir de una cantidad de información físicamente relevante y psíquicamente manejable por las operaciones cerebrales.

Este es el problema de la conciencia en neurología. No sabemos cómo se forma la imagen y es difícil solucionarlo si la neurología clásica sigue centrándose más en los constituyentes de la imagen que en la imagen en su conjunto como tal. Además podríamos añadir que el marco epistemológico de la neurología clásica es de marcado corte determinista, exclusivamente amparado por las leyes de la mecánica clásica, muy especialmente del electromagnetismo clásico. Desde estos presupuestos epistemológicos es también muy difícil explicar la sensación de libertad ante una toma de decisión. Por eso en neurología clásica no faltan quienes defienden que la libertad es una ilusión y que todos estamos predestinados por la rectitud de las leyes clásicas.

Pensamos que la idea de libertad es cuestionable desde un puro ejercicio intelectual, pero que la experiencia de libertad ante una toma de decisión deliberada es insoslayable. Ninguna persona vive siendo consciente de que carece totalmente de libertad y de que su vida es arrastrada por las leyes deterministas de un universo totalmente programado. Más bien, lo común es sentirse parcialmente libre ante la vida, sabiendo que no podemos volar pero que somos algo más que fragmentos de naturaleza que operan al dictado de leyes deterministas sin espacio para la libertad. El problema es que no hay explicación posible para la libertad en neurología clásica.

En búsqueda de una neurología cuántica de la conciencia

Lo primero que conviene dejar claro acerca de la neurología cuántica es que no pone en duda las teorías explicativas de la neurología clásica. La neurología cuántica asume las ideas presentes en la neurología clásica y reconoce su validez epistemológica en su campo de acción a la hora de explicar el funcionamiento clásico del cerebro. Ahora bien, el objetivo de introducir la neurología cuántica es reforzar este valioso constructo explicativo de leyes clásicas y deterministas para abordar el denominado problema de la libertad: nadie quiere desprenderse de su realidad como sujeto libre, pero la libertad carece de explicación científica.

La razón para adentrarse en la creación de una neurología cuántica no se limita al problema de la libertad. Existen otros motivos para pensar que el cerebro pudiera estar aprovechándose de las propiedades cuánticas. Resulta que la mente animal no parece procesar la información como un ordenador. Es más, la mente animal parece fenomenológicamente que posee conciencia, mientras que un robot solo puede ejecutar operaciones programadas por su diseñador. La idea de que el cerebro no funciona como un computador es tentadora para los partidarios de la neurología cuántica.

Sabemos que la información se almacena en los ordenadores mediante un código binario de ceros y unos. Cada unidad de información, el bit, puede estar en uno de los dos estados físicos posibles (cero o uno). Así es posible codificar complejos programas informáticos que en el hardware adecuado pueden simular el comportamiento humano. Esto es lo que hacen los robots: son simuladores de comportamientos. Al igual que la simulación de una guerra no produce daños físicos, la simulación computarizada del comportamiento humano no genera conciencia.

De acuerdo con la neurología clásica la información que procesan las neuronas en el cerebro está codificada en binario. Sin embargo, los propios neurólogos reconocen sus limitaciones para poder desentrañar el lenguaje neuronal. No está claro cómo procesan la información las neuronas. Parece un procesamiento demasiado eficiente para que se ejecute de manera clásica. Esta discrepancia entre la evidencia (procesamiento neuronal eficiente de la información) y la neurología clásica (no parece posible entender esta eficiencia mediante operaciones clásicas) ha motivado el inicio de nuevas tentativas epistemológicas.

La neurología cuántica realiza una aproximación a la mente en términos de la moderna computación cuántica. A diferencia de la computación clásica los ordenadores cuánticos procesan la información mediante unidades de información que pueden estar en varios estados simultáneamente, es decir, en una superposición coherente de estados cuánticos. Nos referimos a que estos nuevos ordenadores trabajan con bits cuánticos o qubits. Pues bien, la neurología cuántica busca cómo implementar este modo cuántico de procesamiento de la información en el nivel neuronal de un cerebro animal. Quizás la propuesta con mayor solidez hasta el momento sea la hipótesis cuántica de Penrose y Hameroff en las estructuras microtubulares del interior neuronal.

La hipótesis de Penrose-Hameroff sobre los microtúbulos neuronales

A diferencia de la mayoría de células las neuronas no experimentan el proceso de división celular conocido como mitosis. En la mitosis desempeñan un papel crucial los microtúbulos para escindir y desplazar el material genético presente en el núcleo de las neuronas. Sorprendentemente los microtúbulos están presentes también en las neuronas a pesar de que estas células nerviosas no se dividen. De no contar con una función importante para el funcionamiento del cerebro la evolución hubiese extinguido los microtúbulos neuronales. ¿Por qué hay microtúbulos en las neuronas?

Los microtúbulos son estructuras tubulares huecas de unos 25 nanómetros de diámetro, tienen un grosor superficial de 10 nanómetros y una longitud variable que llega a alcanzar el milímetro. Constitutivamente los micrótubulos son uniones de dímeros de tubulina, un tipo de proteínas globulares de volumen nanométrico. En principio las dimensiones de las tubulinas son aptas para albergar propiedades cuánticas en los microtúbulos que estén suficientemente bien aislados del ruido térmico en el cerebro. Esta es la hipótesis cuántica de Penrse-Hameroff: los microtúbulos neuronales permiten la formación de estados cuánticos colectivos entre múltiples tubulinas.

Las tubulinas son qubits biológicos. Cada dímero de tubulina puede presentarse en dos estados conformacionales diferentes en función del desplazamiento (arriba o abajo) de una nube electrónica. Si medimos el estado de las tubulinas, nos encontramos dos posibles estados como en los bits clásicos. Pero si asumimos que cada tubulina puede temporalmente hallarse en un estado cuántico, entonces es posible que su estado conformacional sea una superposición coherente de estado arriba y estado abajo. Es decir, sería un qubit biológico, durante el tiempo de decoherencia que, una vez transcurrido, se transformaría en un bit clásico con elementos de realidad bien definidos: arriba o abajo.

La hipótesis de Penrose-Hameroff se basa en la interpretación de las tubulinas como qubits que sirvan de unidad cuántica para el procesamiento de la información. Además la hipótesis contempla la posibilidad de un acoplamiento cuántico entre tubulinas. Hemos visto que existen sistemas físicas en estados de macrocoherencia cuántica. Pues bien, la hipótesis de Penrose-Hameroff plantea que existe un crecimiento orgánico de la coherencia cuántica por la tubulinas de los microtúbulos. Debido a esta extensión de la coherencia cuántica, las tubulinas pierden su identidad clásica para formar agregados cuánticos macroscópicos constituidos por múltiples tubulinas en un solo estado cuántico colectivo. Durante el tiempo de decoherencia las tubulinas no son en sentido clásico sino que operan como parte indistinguible de una totalidad unitaria en coherencia cuántica. Gracias a este estado cuántico colectivo de las tubulinas se haría posible que el cerebro computara cuánticamente la información.

De acuerdo con la hipótesis de Penrose-Hameroff la coherencia cuántica podría mantener en un estado cuántico colectivo a todas las tubulinas de un microtúbulo. Incluso se piensa que sería factible que tubulinas de microtúbulos distintos se acoplaran cuánticamente. ¿Qué implicaciones tiene esta hipótesis neurológica cuántica para la conciencia?

Durante el tiempo de decoherencia las tubulinas se hallarían en estados cuánticos que servirían para procesar cuánticamente con mayor eficiencia la información física. El tiempo de decoherencia sería del orden de medio segundo. Transcurrido este tiempo las tubulinas perderían sus propiedades cuánticas y se expresarían en un estado clásico arriba o abajo. Cada vez que se desencadena el proceso de decoherencia y los microtúbulos se comportan clásicamente emerge un nuevo estado de conciencia. La conciencia en neurología cuántica es el producto emergente que resulta cada medio segundo aproximadamente, tras la conclusión de las operaciones cuánticas en el cerebro. El estado de conciencia es algo observable y concreto, repleto de elementos de realidad propios de la descripción clásica. La neurología cuántica por tanto propone la existencia de procesos holísticos en el cerebro, pero su explicación de la conciencia se basa en la imagen unitaria que resulta del procesamiento en bloque de la información tras el proceso de decoherencia. Por eso decíamos que la neurología cuántica no refuta a la neurología clásica, la asume porque sabe que el estado de conciencia es finalmente clásico y la supera al implementar procesos holísticos no deterministas que no anulan directamente la posibilidad de explicar científicamente la libertad. Abundaremos un poco más en todo esto con la presentación del modelo Bohm-Penrose-Hameroff (BPH).

 

Roger Penrose. Fuente: Polytech Photos.

Roger Penrose. Fuente: Polytech Photos.

El modelo Bohm-Penrose-Hameroff de la conciencia

Es posible describir el grado de coherencia en las tubulinas con el potencial cuántico propuesto por Bohm. En un instante dado, digamos a tiempo cero, las tubulinas están en un estado clásico formando una gran colección de elementos individuales. Al tratarse de un estado clásico coincide con la formación del estado consciente. En ese momento el sujeto es consciente de una imagen de la realidad. Su cerebro opera clásicamente y por tanto el potencial cuántico es nulo. No hay actividad cuántica.

Lo que entendemos por conciencia no se reduce a un estado consciente sino a un flujo continuo de imágenes. Tras cada estado de conciencia ha de aparecer uno nuevo que actualice la imagen de la realidad. Según pasa el tiempo el potencial cuántico se eleva y se inicia la actividad cuántica en los microtúbulos. En unas pocas centésimas de segundo el potencial cuántico se intensifica lo suficiente para que las tubulinas formen agregados macroscópicos cuánticos. Pierden su identidad clásica y forman estados cuánticos colectivos.

Es decir, los microtúbulos adquieren propiedades cuánticas para procesar la información. Cuando la coherencia cuántica satura, el potencial cuántico se eleva hasta el máximo permitido por los límites biológicos.

Si los microtúbulos se encuentran suficientemente aislados del ruido térmico y no hay intermediación alguna, el potencial cuántico mantendría a las tubulinas en el estado cuántico colectivo. El tiempo de decoherencia sería larguísimo. Sin embargo necesitamos una intermediación para generar el estado clásico que se corresponde con la imagen consciente de la realidad, lo que hemos llamado el estado de conciencia. Bohm propone la existencia de un superpotencial cuántico que induzca una transición ordenada desde lo cuántico indiferenciado a la definición de la concreción clásica.

Evidentemente si fallaran los sistemas de aislamiento térmico de los microtúbulos, rápidamente las tubulinas quedarían acopladas con el caos térmico y rápidamente se desencadenaría el proceso de decoherencia. Lamentablemente el elevado grado de desorden térmico desharía el trabajo de procesamiento cuántico de la información hasta hacerlo inservible para producir la conciencia de una imagen ajustada a la realidad. Entonces, en un modelo de la conciencia propio de a neurología cuántica, ni los microtúbulos pueden estar constantemente en coherencia cuántica, ni pueden perder bruscamente su coherencia por azar térmico. ¿Qué alternativa existe?

El modelo BPH ofrece un modo ordenado para proceder en la transición cuántico-clásica. Bohm propone la existencia del superpotencial cuántico y Penrose-Hameroff introducen un elemento biológico donde operaría el superpotencial de Bohm. Asociadas a los microtúbulos existen unas proteínas que bien pudieran mediar en la reducción ordenada del estado cuántico. El trabajo de estas proteínas proteínas asociadas a microtúbulos (MAP) guiado por el superpotencial cuántico podría orquestar una reducción ordenada del estado cuántico.

Mientras el cerebro opera procesando cuánticamente la información las MAP se ubicarían estratégicamente en los nodos de la función de onda para no perturbar la dinámica cuántica. Una vez que el grado de coherencia cuántica supera el umbral máximo entonces las MAP desempeñarían un papel estratégico.

A saber, las MAP inducirían ordenadamente la transición cuántico-clásica que concluyera con la emergencia de un estado de conciencia (una imagen) coherente con la información física procesada cuánticamente. De esta manera se evitaría perder la elaboración cuántica en el caos térmico, pues las MAP salvaguardarían una transición limpia, ordenada: una verdadera orquestación de instrumentos cuánticos y clásicos bien afinados que reprodujeran armónicamente la imagen de la realidad en la sinfonía de la conciencia.

Indicios experimentales de la verosimilitud de la neurología cuántica

A día de hoy el modelo BPH no forma parte de la ciencia. Es un modelo heurístico, especulativo, que pretende explicar la conciencia carente de explicación en el actual marco científico. No hay experimentos que hayan confirmado la presencia de propiedades cuánticas en sistemas biológicos. Tan solo contamos con un puñado de indicios que aportan credibilidad a los modelos cuánticos de la conciencia.

En primer lugar, desde al ámbito puramente físico, cada vez se realizan experimentos de macrocoherencia cuántica a temperaturas más próximas a la del ambiente. Esto fundamental puesto que asumimos que las leyes físicas condicionan todas las estructuras biógicas y las arquitecturas psíquicas.

En biología han aparecido estudios muy interesantes acerca de la extraña eficiencia termodinámica en los procesos de trasducción energética durante la fotosíntesis. Algunos estudios apuntan a un procesamiento cuántico de la energía solar en plantas y vegetales. Algo más controvertido, pero igualmente interesante es la posibilidad de que algunas aves migratorias se guían en su peregrinaje a partir de unos microcristales magnéticos existentes en sus picos. Estos cristales procesarían magnéticamente la información y les permitiría completar sus viajes migratorios sin desnortarse.

Por último, en neurología también existen indicios que hacen verosímil la idea de una neurología cuántica. Las modernas técnicas de neuroimagen nos muestran que el cerebro funciona más como un todo orgánico que como una simple acumulación de procesamientos localizados. Todas las ideas propuestas por la neurología cuántica apuntan en esta línea holística tan característica de los sistemas que gozando de coherencia cuántica consiguen formar un todo orgánico sin posibilidad de diferenciar sus partes. Sin duda esta vía epistemológica es mejor para explicar la unidad y coherencia de la experiencia consciente.

 

Referencias:

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BEJAR, M. (2009), “Geometría, biofísica y neurociencia. Sobre la naturaleza cuántica de la vida y la conciencia en la confluencia del pensamiento de Erwin Schrödinger y Hermann Weyl”, en: Pensamiento, vol. 65, Nº 246 (2009) 797-837.
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HILDNER, R. et al. (2013), “Quantum Coherent Energy Transfer over Varying Pathways in single Light-Harvesting Complexes”, en: Science, vol. 340, 1448-1451.

 

Artículo elaborado por Manuel Béjar, Licenciado en Ciencias Físicas y Doctor en Filosofía, miembro de la Cátedra CTR de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería de la Universidad Comillas, Madrid.

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