- Ferdinando Brancaleone
COSCIENZA, MICROTUBULI ED ENTANGLEMENT CEREBRALE
COSCIENZA, MICROTUBULI ED ENTANGLEMENT CEREBRALE
(Antropologia neo-Esistenziale e Scienze d’avanguardia)
O.
L’Antropologia neo-Esistenziale ha, tra i suoi scopi precipui, quello di “integrare” la Filosofia dell’Esistenza con le acquisizioni più avanzate delle Scienze contemporanee.
Intento del presente articolo è quello di presentare, in maniera sintetica e (mi auguro) sufficientemente chiara, quanto hanno proposto il matematico e fisico teorico britannico Roger Penrose e l’anestesiologo e neurobiologo statunitense Stuart Hameroff, i quali sono riusciti ad ipotizzare (a parere di molti) il più “sofisticato” modello bio-fisico in grado di spiegare l’emergere del “fenomeno della coscienza”, che dell’uomo costituisce la caratteristica più specifica e peculiare.
1.
Come e dove nasce la coscienza?
In risposta a tale quesito, la “scienza standard”, ancor oggi, insiste per lo più nel propugnare un “modello meccanicistico”.
Secondo tale modello “convenzionale”, la coscienza si ridurrebbe sostanzialmente ad un “processo elettro-chimico”, e quindi “non-quantistico”.
Tale processo sarebbe innescato da continui scambi di energia che hanno luogo all’interno dei (e tra i) neuroni.
In base a tale approccio, i neuroni (e le loro sinapsi chimiche) costituirebbero le unità fondamentali di informazione all’interno del cervello.
L’esperienza della coscienza emergerebbe quando viene raggiunto un “livello-critico-di-complessità” nel sistema neurale del cervello.
Anche a tale livello di complessità, il processo di elaborazione delle informazioni sarebbe (virtualmente) riportabile ad “algoritmi”, analoghi a quelli dei moderni computer, anche se enormemente più complessi.
Il grado di tale stupefacente “complessità” può essere indicato dal fatto che il cervello risulta composto da circa 100 miliardi di neuroni.
Ognuno di tali neuroni contiene dalle 1000 alle 10.000 sinapsi.
Tali sinapsi agiscono come una sorta di “interruttori”, che si attivano centinaia di volte al secondo, con un numero strabiliante di operazioni di circa 10^15 (un milione di miliardi!) processi al secondo.
Comunque, molte ricerche “avanzate” tendono sempre di più ad evidenziare che la coscienza non può ridursi a “processi algoritmici lineari”.
Ad affermarlo non sono “oscuri” o “frustrati” pensatori, bensì anche alcune delle più grandi “menti” dell’establishment ufficiale della scienza contemporanea, quali, ad esempio, il matematico e fisico teorico britannico Roger Penrose, e l’anestesiologo e neurobiologo statunitense Stuart Hameroff.
Penrose ed Hameroff, sulla base delle loro rispettive (e congiunte) ricerche, hanno proposto un “sofisticato” modello in grado di dar conto dell’emergere del “fenomeno-della-coscienza”, indicando il ruolo del cervello in tale processo.
L’architettura dinamica di tutto il processo affonda le sue radici nel fenomeno dell’entanglement quantistico.
Il “luogo” principale in cui si realizza tale stato di entanglement è rappresentato dai “microtubuli”.
I microtubuli rappresentano la principale componente del citoscheletro delle cellule (il quale costituisce, a sua volta, una sorta di “ossatura” delle cellule stesse).
È stato evidenziato da molteplici ricerche che i microtubuli assolvono (in certo senso) anche alla funzione di “sistema nervoso” e “circolatorio” delle cellule. Essi organizzano la forma e la funzione dei neuroni, oltre a “comunicare” con la membrana cellulare e con il DNA nucleare.
Sono paragonabili a vere e proprie “unità-dotate-di-intelligenza”.
Solo grazie ai microtubuli, ad esempio, il paramecio (essere unicellulare) è in grado di nuotare, di “imparare”, di trovare cibo, di evitare i predatori, di riprodursi; e, tutto questo, pur essendo completamente privo di sinapsi.
Importanti esperimenti condotti da Stuart Hameroff hanno evidenziato nei microtubuli una (sia pur elementare) “forma di intelligenza”.
Nelle sue ricerche sperimentali sulla divisione cellulare nelle cellule “normali” e “cancerose”, Hameroff constatò la straordinaria capacità dei cromosomi di separarsi (in modo estremamente preciso) grazie proprio all’azione “regolatrice” dei microtubuli, i quali dimostravano di comportarsi come veri e propri “processori di informazione”.
I microtubuli sono caratterizzati da una struttura molto simile a quella dei “cristalli liquidi” (sostanze che esibiscono proprietà intermedie tra quelle di un liquido convenzionale e quelle di un cristallo solido).
Tale struttura, associata ad altre peculiari caratteristiche dei microtubuli, secondo Hameroff, fanno di loro un “terreno ideale” affinché in essi abbiano luogo effetti quantistici “eclatanti”.
Tali “effetti” (e, questo, costituisce un elemento di estrema importanza), caratterizzati da profonda coerenza quantistica, risultano ben “isolati” dall’ambiente circostante e, quindi, “schermati” dall’azione “deleteria” della decoerenza (la quale, se in atto, annullerebbe e distruggerebbe gli effetti di coerenza quantistica).
Ricordiamo, a tal proposito, che il meccanismo della decoerenza ha luogo quando si passa dal mondo “quantistico” (microscopico) al mondo “classico” (macroscopico: il mondo della “realtà quotidiana”, soggetto alla causalità lineare, alla computazione, alla spiegazione-attraverso-algoritmi).
Tale meccanismo di decoerenza ha luogo quando un “oggetto quantistico” interagisce con l’ambiente esterno. Tale “inter-azione” agisce come una sorta di “misurazione”, che fa “collassare” lo stato-quantistico nella realtà-standard.
Ma, allora, come sono fatti i microtubuli, per essere “immuni” (come afferma Hameroff) dal fenomeno della decoerenza?
Innanzitutto consideriamo che i microtubuli possono essere paragonati a piccolissimi “tubi allungati”, della dimensione di pochi nanometri di diametro (un “nanometro” equivale a un miliardesimo di metro, ossia ad un milionesimo di millimetro).
Tali microscopici organi cellulari sono, a loro volta, costituiti essenzialmente da un tipo di proteina, denominata “tubulina”. Si stima che nel cervello umano ci siano 1 miliardo di miliardi (10^18) di tubuline.
Risulta particolarmente importante (come già precedentemente considerato) tener presente che appunto le tubuline rappresentano “ambienti” ideali, atti a permettere effetti quantistici, in quanto ben isolate dall’ambiente esterno e, quindi, “schermate” dall’azione della decoerenza.
Secondo Hameroff, l’idea di focalizzare l’attenzione sui microtubuli (e, quindi, sulle tubuline) come “oggetti quantistici” è motivata dalla necessità di trovare un ambiente adatto, in cui gli “stati quantistici” possano permanere per un tempo sufficiente affinché le interazioni con il tipico ambiente (liquido e tiepido) del cervello non li distruggano (per effetto della decoerenza).
In effetti, i microtubuli sono un luogo “ideale” perché le tubuline (al loro interno) possano “permanere” per un certo tempo in fase di “sovrapposizione quantistica”.
Sempre secondo le ricerche sviluppate da Hameroff, i microtubuli presenti in ciascuna cellula nervosa (neurone) sono in grado di produrre (attraverso le tubuline in essi presenti) stati di “coerenza quantistica” nell’ambito della totalità del cervello.
In altri termini, tutti i microtubuli, presenti nel cervello, si troverebbero tra loro in perfetto stato di “entanglement” (fenomeno quantistico che implica la presenza di “correlazioni istantanee” a distanza).
Tale “coerenza” (e i processi di entanglement ad essa correlati), in altre parole, fa sì che le tubuline possano assumere le stesse identiche caratteristiche degli “enti sub-atomici” (es.: elettroni e fotoni) tra di loro entangled e coerenti in maniera “istantanea”.
Tutto ciò costituisce la “premessa” per cui Stuart Hameroff propone l’ipotesi che è tramite i microtubuli (e le tubuline) che ha luogo il “fenomeno della coscienza”.
2.
La ricerca e la sperimentazione in ambito neuro-biologico hanno condotto (come abbiamo visto) Stuart Hameroff ad individuare le possibili “locazioni” e strutture all’interno del cervello (i microtubuli) compatibili con effetti di “computazione quantistica”, ossia “luoghi cerebrali” con caratteristiche di coerenza quantistica ed entanglement.
È a Roger Penrose che si deve, in connessione con gli studi di Hameroff, una spiegazione (teoricamente fondata) dei “meccanismi” e delle “modalità” attraverso cui viene determinata la “scintilla” di momenti di coscienza nel (e attraverso il) cervello, tramite stati di entanglement e di coerenza presenti nei microtubuli.
Nella teoria di Penrose, in estrema sintesi, la coscienza “emergerebbe” dal “collasso della funzione d’onda” dell’insieme degli “stati quantistici” presenti all’interno di tutti i microtubuli del cervello.
Tale “collasso” (concetto fondamentale nell’ambito di tutta fisica quantistica), secondo Penrose, avviene per opera della cosiddetta “gravità quantistica”.
Tentiamo di chiarire tale concetto.
Iniziamo col dire che Penrose ed Hameroff concordano sul fatto che il fenomeno-coscienza è l’evento “conclusivo” di un processo che si pone al confine tra “mondo quantistico” e “mondo classico”.
Tale processo si articola in due “fasi” fondamentali.
Nella prima fase (in estrema sintesi) ha luogo la sovrapposizione di tutti gli stati
quantistici delle tubuline nei microtubuli (coerenza ed entanglement).
La seconda fase corrisponde al collasso della funzione d’onda, attraverso cui il complesso entanglement globale dei microtubuli presenti nel cervello viene “ridotto” e riportato ad un “unico stato quantistico”.
È nella seconda fase che ha luogo, secondo Hameroff e Penrose, l’accadimento di un “momento conscio”.
Tale processo è stato denominato con l’espressione “Riduzione Obiettiva Orchestrata” (Orch-Or : ORCHestrated Obiective Reduction).
Il temine “Obiettiva” si riferisce al fatto che il collasso della funzione d’onda riporta uno stato quantistico ad uno stato classico, “riducendo” la complessità coerente dell’entanglement di tutti i microtubuli ad un unico e specifico “elemento percepibile di coscienza”.
Il termine “Orchestrata” deriva dal fatto che il “momento di coscienza” è il risultato della azione concertata di una miriade di microtubuli entangled all’interno del cervello.
In base ai calcoli effettuati, si è potuto appurare che, per generare un “momento di coscienza” corrispondente alla “riduzione orchestrata”, sia necessario un numero pari a 1 miliardo (10^9) di tubuline.
A seguito del collasso della funzione d’onda, poi, la seconda fase innesca automaticamente i “normali” (classici) processi elettrici, tramite i quali i neuroni (attraverso le sinapsi) comunicano tra loro, mediante i segnali convenzionali studiati in neuro-psicologia.
Quest’ultima considerazione ci induce a comprendere come le conoscenze “tradizionali” sul funzionamento del cervello non siano (in sé) errate, quanto piuttosto incomplete. La “scienza standard” (come sovente avviene) tende a prendere in considerazione gli “effetti” ed i “processi-a-valle” dei fenomeni studiati, trascurando sovente le “cause-a-monte” (spesso caratterizzate dalla stupefacente caratteristica della contro-intuitività).
Chiediamoci ora che cosa, specificamente, determina il collasso della funzione d’onda cerebrale.
Di norma, la “meccanica quantistica” prevede che il cosiddetto “collasso della funzione d’onda” avviene ad opera del processo di misurazione (o osservazione), oppure a motivo del fenomeno della decoerenza che (nel mondo macroscopico) annulla e distrugge la “coerenza” dello stato quantistico.
Penrose, invece, propone che tale “collasso” (nel cervello) abbia origine dalla “gravità quantistica”.
Per spiegare tale processo (gravità quantistica) Penrose fa riferimento al livello più elementare della realtà (in base alle più avanzate conoscenze della fisica teorica): quello che viene denominato “campo di Plank”, ossia una “zona” più profonda della “realtà” (denominata anche vuoto quantistico o schiuma quantistica), dove il “mondo quantistico” ed il “mondo relativistico” finiscono per coincidere, dal momento che tale “campo” è (nello stesso tempo) materia-energia (soggetta ad effetti quantistici) e spazio-tempo (soggetto ad effetti relativistici).
Sappiamo che, secondo la teoria della relatività, una “massa” ha la caratteristica di incurvare lo spazio. Penrose ritiene (e propone) che sia proprio la “gravità” operante a livello del “campo di Plank” a permettere di render conto di (e “spiegare”) molti degli enigmi della meccanica quantistica.
Egli ha studiato a fondo il problema della possibile unificazione tra relatività generale e meccanica quantistica, pervenendo alla teoria degli “spin network”.
In estrema sintesi, nel cervello esiste una “zona” in cui tale unificazione può aver luogo. Tale “zona” è costituita da una “dimensione fondamentale”, il cosiddetto “campo di Plank” (con “lunghezza” pari a centimetri 10^-33: un milionesimo di miliardi di miliardi di miliardi di centimetri).
Prima del “collasso della funzione d’onda” (il momento di coscienza) è come se gli elementi che forniscono coscienza al cervello si trovassero in uno stato di “animazione sospesa” a livello del “campo di Plank”.
Tale “informazione sospesa” (che caratterizza gli stati di sovrapposizione quantistica) viene denominata informazione protoconscia. Tale “informazione” risiede nel “campo di Plank”, e Penrose estende proprio a questo livello di Plank gli effetti della “gravità quantistica” (per cui una massa incurva lo spazio-tempo).
In tal modo, nei microtubuli cerebrali (in un ambiente microscopico) gli effetti relativistici si coniugano con gli effetti quantistici.
Le tubuline dei microtubuli si troverebbero, quindi, in uno stato di “sovrapposizione quantistica”, paragonabile allo stato dei Qbit di un computer quantistico.
Non solo, ma bisogna anche tener conto che la massa-energia delle tubuline tende ad incurvare lo spazio-tempo ed inoltre bisogna anche considerare che lo strabiliante numero di tubuline “comunicano” tra di loro per effetto della “coerenza quantistica” e del fenomeno dell’entanglement.
Tutti questi processi traggono la loro origine dalla (e nella) scala di Plank, ovvero nel “vuoto quantistico”. Ma all’aumentare delle dimensioni di un dato sistema di sovrapposizioni quantistiche (come nel caso dell’immenso numero di microtubuli nel cervello) si giunge ad un punto (un valore di soglia) in cui un “fattore obiettivo” (ossia la gravità quantistica del campo di Plank) determina il “collasso” di tutta questa strabiliante sovrapposizione.
Sul piano di Plank (ovvero nel “vuoto quantistico”), quindi, la gravità quantistica funge da elemento di “coagulo” di momenti di coscienza nel cervello. In altre parole, la coscienza risulta come effetto (ed evento) obiettivo di gravità quantistica, che ha luogo non appena viene superato un “valore di soglia” della massa dei microtubuli in fase di sovrapposizione quantistica.
In tal modo, i collassi (denominati da Penrose “riduzioni obiettive”) consentono la “connessione” tra il “reame di Plank” e il nostro “mondo fisico”, per cui il fenomeno della coscienza sarebbe originato da una sequenza continua di eventi, ciascuno corrispondente ad altrettanti collassi gravito-quantistici.
È da tenere ben presente che tale collasso della funzione d’onda (che dà origine alla coscienza) non costituisce un “semplice” collasso quantistico, ma assume la caratteristica di un “collasso gravitazionale”, che avviene nell’ambiente quantistico (particolarissimo) costituito dal “campo di Plank”. Tale collasso è originato, quindi, da fattori “obiettivi”, intrinseci alla struttura dello spazio-tempo.
Inoltre è da considerare che quanto maggiore è la “massa” implicata, tanto maggiore e rapido risulterà il collasso gravitazionale.
In altri termini, un “momento di coscienza” è determinato dal collasso della funzione d’onda che coinvolge tutto l’immenso numero di tubuline presenti nei microtubuli cerebrali. Tale “momento” ha una durata estremamente breve, in quanto è relativamente molto elevata la massa totale corrispondente al numero dei microtubuli del cervello (è da considerare che, in virtù della teoria della relatività, alla massa corrisponde una enorme “quantità di energia”).
In questo ordine di considerazioni, è da tener in conto che, mentre nel cervello umano è presente (ed attivo) un enorme numero di microtubuli, ne è invece presente un numero piccolissimo in animali primordiali, come un’ameba.
Ora, in rapporto alla differenza delle masse, quanto maggiore è la massa, tanto minore è il “tempo” entro cui avrà luogo il collasso, ossia la “riduzione obiettiva” ipotizzata da Penrose ed Hameroff.
In sostanza, i due scienziati dimostrano (con appropriati calcoli) che il “tempo” necessario ad arrivare alla “riduzione obiettiva” (ossia ad un momento di coscienza) risulta inversamente proporzionale all’energia totale di un sistema gravito-quantistico in condizione di “sovrapposizione di stati” (come nel caso della orchestra delle miriadi di tubuline in tutti i microtubuli del cervello).
Nell’uomo, quindi, attraverso il cervello, si ha un “collasso” in tempi brevissimi, dal momento che l’energia corrispondente alla massa dei microtubuli convolti in un “momento di coscienza” è enorme.
È da ricordare, a tal proposito, che nel cervello il numero delle tubuline corrisponde a 10^18 (un miliardo di miliardi)! E, inoltre, che i calcoli effettuati da Penrose e Hameroff indicano che un dato “momento di coscienza” abbisogna di almeno 10^9 (un miliardo) di tubuline in stato di “coerenza quantistica” (entanglement).
In tale prospettiva, il “collasso” che darebbe origine ad un momento di coscienza, non risulta indotto dall’esterno, ma costituirebbe un “fenomeno spontaneo”, che ha le sue radici nella struttura dello spazio-tempo sul piano quantistico (e che si manifesta come effetto della gravità quantistica al livello del campo di Plank).
I tempi estremamente brevi con cui avviene tale “collasso” nel cervello sono dunque permessi dalla enorme massa costituita dal numero di microtubuli.
Si è calcolato che, per conseguire un momento di coscienza (che va da un decimo ad un centesimo di secondo) è richiesta una “sovrapposizione quantistica” di soli 100.000 neuroni. Da tale premessa risulta ovvio che per un essere umano un momento di coscienza può aver luogo in un tempo talmente breve, che nel corso di una giornata noi siamo in grado di sperimentarne fino ad oltre un milione!
I calcoli effettuati da Stuart Hameroff indicano che il “valore di soglia” previsto dalla “riduzione obiettiva” permette all’uomo un “evento conscio” nel tempo medio di un quarantesimo di secondo.
È comunque da notare che, di per sé, anche una “singola cellula” (dotata di microtubuli) sarebbe in grado (in base alla teoria proposta) di accedere alla coscienza. Ma, data la massa estremamente esigua in gioco, è stato calcolato che, per avere un momento di coscienza, occorrerebbe almeno un’ora. Ciò significherebbe che una cellula singola, nel corso di una giornata, avrebbe solo 24 momenti di coscienza.
Quanto esposto evidenzia il perché solo tramite il cervello (nella sua globalità) è possibile conseguire momenti di coscienza, brevissimi quanto basta per agire prima che la “decoerenza” annulli e distrugga lo stato di “sovrapposizione” e di conseguente “coerenza”, necessario all’emergere della coscienza.
In altre parole, l’essere umano ha un cervello che permette momenti di coscienza “sufficientemente brevi” da evitarne l’annullamento (da parte del fenomeno della decoerenza) e, nel contempo, “sufficientemente numerosi” da permettere l’esistenza di geni come Leonardo da Vinci.
3.
Coniugando la neurobiologia con la fisica quantistica e ragionando in termini strettamente rigorosi, Hameroff e Penrose giungono ad affermare che è scientificamente possibile asserire che la coscienza (che si evidenzia e prende forma nel cervello umano) abbia la sua “origine” in una sorta di “realtà assoluta”, rappresentata dalla schiuma quantistica sulla scala di Plank.
A tale conclusione i due scienziati non sono arrivati attraverso astratte speculazioni, ma piuttosto analizzando specifiche funzioni del cervello, riuscendo ad individuare in una sua “caratteristica strutturale” (il microtubulo) l’elemento in grado di “connettersi” con tale “realtà di fondo”.
Tale “realtà” è da Penrose associata al (e identificata col) “mondo assoluto” di Platone (mondo delle Idee).
Per Penrose, infatti, le caratteristiche della schiuma quantistica (ossia quella “geometria fondamentale” che risiede nella scala di Plank) sono comparabili ai “valori platonici” (matematici, etici, estetici). Nei “momenti di coscienza” l’uomo è in grado di accedere a tali “valori”, attraverso il suo cervello, che funge da trasduttore quantistico di informazione.
In altre parole, l’informazione presente nel campo di Plank rappresenta, per dir così, il “sistema di riferimento assoluto” dell’Universo, alla stregua di una “zona” che accomuna tutta la “realtà” e che può essere percepita solo nel corso dei momenti di coscienza.
È come dire che tutti i “valori” (estetici, etici, matematici: bello, bene, vero … ecc.) sussistono nella “banca dati” della scala di Plank e possono essere percepiti nel momento in cui, nel nostro cervello, i nostri microtubuli (e le tubuline, al loro interno) collassano, dando origine alla coscienza.
Questo è il modo con cui l’uomo (in quanto “individuo”) ha la possibilità di interagire con la “realtà fondamentale” dell’universo.
In tale prospettiva, il cervello è paragonabile ad uno “strumento” (trasduttore gravito-quantistico) che, attraverso i microtubuli, permette all’essere umano di “restare in contatto” con la “realtà fondamentale” almeno 40 volte ogni secondo.
È importante, in conclusione, tener presente che, come afferma Massimo Teodorani, “… davvero nulla nella teoria di Hameroff-Penrose è lasciato al caso: è tutto frutto del pensiero logico-matematico e sperimentale”.
E, a mio parere, è sicuramente “sconvolgente” (ed “esaltante” ad un tempo), considerare quali e quanti possano essere gli sviluppi e le implicazioni di tale teoria nell’ambito di una Antropologia che intenda coniugarsi adeguatamente con le acquisizioni delle contemporanee “scienze d’avanguardia”.
