La consciencia emergería en la naturaleza cada vez que un sistema neuronal entra en una estado de superposición cuántica, en lugar de cuando colapsa. Sería algo instantáneo y espontáneo en la actividad cerebral. Tres experimentos pretenden comprobarlo.

Una nueva propuesta sugiere que la consciencia emerge en la naturaleza cada vez que un sistema neuronal entra en un estado de superposición cuántica. Es decir, cualquier red neuronal que entre en un estado con uno o más cúbits superpuestos y entrelazados experimentará un momento de consciencia.

Para entender lo que eso significa, hay que recordar que el entrelazamiento y la superposición cuánticas son dos fenómenos distintos pero relacionados de la mecánica cuántica. Y lo que es un cúbit y el papel que podría desempeñar en la ecuación de la consciencia biológica.

Múltiples estados

La superposición se refiere a la capacidad de un sistema cuántico de estar en múltiples estados simultáneamente. Por ejemplo: un cúbit, la unidad básica de la información cuántica puede existir en una combinación de los estados 0 y 1 al mismo tiempo. O un electrón en un átomo puede estar en una superposición de varios niveles de energía. La superposición permite que las partículas cuánticas tengan múltiples valores o propiedades hasta que se realiza una medición.

El entrelazamiento cuántico ocurre cuando el estado de las partículas o sistemas involucrados es el mismo, es decir, forman parte de un mismo sistema incluso si están separados físicamente.

Eso significa que cualquier cambio en una partícula entrelazada afecta instantáneamente a las demás, sin importar la distancia entre ellas. Y también que la medición de una partícula entrelazada proporciona información inmediata sobre el estado de la otra.

Inseparables

Lo más destacado a efectos de la nueva teoría sobre el origen de la consciencia es que, aunque son fenómenos distintos, la superposición y el entrelazamiento están relacionados: el entrelazamiento se deriva de la superposición y de cómo se componen los sistemas físicos. Además, se ha demostrado que la presencia de superposición conlleva la existencia de entrelazamiento.

Ambos son fundamentales para la computación cuántica, pero también se ha sospechado que de alguna forma están relacionados con la computación cuántica que supuestamente realiza el cerebro.

El físico Matthew Fisher, de la Universidad de California en Santa Bárbara, propuso en 2018 que los átomos de fósforo, indispensables para el buen funcionamiento de las neuronas, podrían funcionar como auténticos cúbits bioquímicos, gracias a una característica de su espín o estado de rotación. Más recientemente, en 2021, incluso algunos científicos han llegado a utilizar cúbits para construir neuronas artificiales.

Consciencia cuántica

La intersección entre la consciencia y la mecánica cuántica ha sido un tema de fascinación y debate intenso en la comunidad científica en las últimas décadas.

La teoría de que la consciencia podría surgir de procesos cuánticos dentro del cerebro fue propuesta en los años 90 del siglo pasado por el físico Roger Penrose y el anestesiólogo Stuart Hameroff: sugieren que la computación cuántica cerebral podría explicar la consciencia y que los microtúbulos neuronales podrían ser el sitio de fenómenos cuánticos que generan la consciencia.

Esta teoría, conocida como la teoría de la consciencia cuántica, ha sido recibida con escepticismo por parte de la comunidad científica debido a que las leyes de la mecánica cuántica generalmente se aplican a temperaturas extremadamente bajas, mientras que el cerebro humano opera a temperaturas mucho más altas.

Probando, probando…

Sin embargo, investigaciones recientes han intentado probar algunos de los principios subyacentes a esta teoría, explorando cómo las partículas cuánticas podrían comportarse dentro de estructuras complejas similares a las del cerebro, pero en un entorno de laboratorio.

Estos experimentos están diseñados para investigar si los procesos cuánticos pueden tener lugar en estructuras complejas a temperaturas que no sean extremadamente bajas, lo cual es crucial para validar la posibilidad de que tales procesos ocurran en el cerebro humano.

Para averiguarlo, los científicos están utilizando fractales cuánticos con la finalidad de simular las condiciones de los microtúbulos cerebrales, con la esperanza de que estos experimentos puedan compararse con la actividad medida en el cerebro y así acercarnos a comprender si la actividad cuántica está relacionada o no con la consciencia humana.

Además, se está investigando cómo los anestésicos afectan el comportamiento de esa estructuras celulares diminutas del cerebro, lo que podría proporcionar pistas sobre cómo la consciencia emerge de procesos físicos.

Este enfoque podría revelar si la alteración de la actividad cuántica en los microtúbulos tiene un impacto directo en la consciencia. Si bien estos estudios están en sus etapas iniciales, representan un avance significativo en la comprensión de la consciencia desde una perspectiva cuántica.

Nueva teoría

La nueva propuesta, formulada por los neurocientíficos Hartmut Neven, Christof Koch y otros siete expertos, da la vuelta a la teoría de Penrose y Hameroff, según la cual la consciencia se produce cada vez que colapsa un estado de superposición cuántica.

En vez de eso, la nueva teoría sugiere que la estructura de la superposición determina la singularidad (qualia) de la experiencia consciente, es decir, las cualidades subjetivas de las experiencias individuales.

Esta diferencia es importante porque significa que cualquier sistema neuronal que entre en un estado con uno o más cúbits bioquímicos superpuestos experimentará un momento de consciencia. Sería algo más instantáneo y espontáneo de lo que sugieren Penrose y Hameroff porque no hay que esperar al colapso.

Problema de la vinculación

Neven y Koch consideran asimismo que el entrelazamiento proporciona una solución natural a lo que se denomina el problema de la vinculación, la unidad subjetiva de cada experiencia que ha planteado durante mucho tiempo un desafío clave para el estudio de la consciencia.

Este problema se refiere a cómo explicar que cuando vemos un objeto formado por muchas partes, como la estatua de la libertad, la percepción que tenemos es una sola, y no una suma de todas sus partes. Los autores consideran que cúbits bioquímicos, todos ellos entrelazados entre sí, explican la percepción integrada de los objetos cotidianos.

Sentido de agencia

Según explican sus autores en un artículo publicado en Scientific American, el entrelazamiento de cientos de cúbits, si no de miles o más, es esencial para describir adecuadamente la riqueza fenomenal de cualquier experiencia subjetiva: los colores, movimientos, texturas, olores, sonidos, sensaciones corporales, emociones, pensamientos, fragmentos de recuerdos, etc., que constituyen el sentimiento de la vida misma.

Por último, un estado de superposición puede coincidir también con la experiencia cotidiana de controlar las propias acciones y el desarrollo de los acontecimientos en el mundo exterior, lo que se conoce como «sentido de agencia«, que constituye una característica central de la experiencia humana.

Tres experimentos

Para testar estas suposiciones, ambos neurocientíficos preparan tres experimentos con moscas de la fruta y organoides cerebrales (pequeñas estructuras de neuronas cultivadas a partir de células madre humanas).

Se sabe que el gas xenón puede actuar como anestésico. Un experimento anterior sugirió que la potencia anestésica del xenón depende de sus isótopos específicos (variantes del mismo elemento con diferente número de neutrones).

Los autores plantean que, si las moscas de la fruta y los organoides pueden detectar diferentes isótopos de xenón, se puede investigar cómo un gas inerte puede lograr esa forma de consciencia. Podría ser debido a la pequeña diferencia en la masa de los isótopos o a su espín nuclear y aclarar, tal vez, el origen cuántico de la consciencia.

Cúbits biológicos y artificiales

La idea del segundo experimento consiste en acoplar cúbits a organoides cerebrales para permitir el entrelazamiento entre cúbits biológicos y artificiales. Los resultados del primer experimento ayudarán a diseñar este segundo experimento.

Por último, con un tercer experimento se proponen mejorar la consciencia humana acoplando estados cuánticos creados en laboratorio a un cerebro humano, de manera entrelazada.

Este último experimento es aún conceptual y busca inducir un estado expandido de consciencia similar al experimentado bajo la influencia de sustancias como la ayahuasca o la psilocibina.

Salvando distancias

Estos tres experimentos buscan “salvar la distancia entre los sistemas microscópicos y macroscópicos, como el cerebro, y ofrecer respuestas al misterio de la consciencia”, según explican Neven y Koch.

Si tienen éxito, podrían abrir nuevas vías para la investigación y el tratamiento de enfermedades neurológicas, así como para la explicación de la consciencia, el aspecto más lúcido de la experiencia humana del que todavía somos muy poco conscientes.

Referencia

Testing the Conjecture That Quantum Processes Create Conscious Experience. Hartmut Neven et al. Entropy 2024, 26(6), 460. DOI:https://doi.org/10.3390/e26060460