Të kuptuarit e natyrës së ndërgjegjes është një nga problemet më të vështira në shkencë. Disa shkencëtarë kanë sugjeruar se mekanika kuantike, dhe në veçanti përzierja kuantike, është çelësi për të zbuluar këtë fenomen.
Tani, një grup kërkimor në Kinë ka treguar se shumë fotone të përzierura mund të prodhohen brenda mbështjellësit mielin që mbulon fibrat nervore. Kjo mund të shpjegojë komunikimin e shpejtë midis neuronëve, i cili deri tani është menduar se është më i ngadalshëm se shpejtësia e zërit, shumë i ngadalshëm për të shpjeguar se si ndodh sinkronizimi neural.
Pema është publikuar në revistën Physical Review E.
“Nëse fuqia e evolucionit po kërkonte një veprim të dobishëm për një distancë, përzierja kuantike do të ishte [një] kandidat ideal për këtë rol,” tha Yong-Cong Chen në një deklaratë për Phys.org. Chen është profesor në Qendrën e Shkencave të Jetës dhe Departamenti i Fizikës në Universitetin e Shangait.
Truri komunikon brenda vetes duke dërguar sinjale elektrike të quajtura sinapse midis neuronëve, të cilët janë komponentët kryesorë të indeve nervore. Është aktiviteti i sinkronizuar i miliona neuronëve që ndërgjegjja (së bashku me funksione të tjera të trurit) mbështetet. Por mënyra se si ndodh kjo sinkronizim i saktë nuk është e njohur.
Lidhjet midis neuronëve quhen aksone—struktura të gjata të ngjashme me telat elektrike—dhe ato mbulohen me një mbështjellës (“sheath”) të bërë nga mielina, një ind i bardhë i përbërë nga lipidet.
I përbërë nga deri në qindra shtresa, mielina izolon aksone, si dhe formon ato dhe dërgon energji në aksone. (Në të vërtetë, një seri e tillë mbështjellësish shtrihen përgjatë gjatësi të aksionit. Mbështjellësi mielin është zakonisht rreth 100 mikronë i gjatë, me boshllëqe 1 deri 2 mikronë midis tyre.) Dëshmitë e fundit sugjerojnë se mielina gjithashtu luan një rol të rëndësishëm në promovimin e sinkronizimit midis neuronëve.
Por shpejtësia me të cilën sinjalet përhapen përgjatë aksoneve është nën shpejtësinë e zërit, ndonjëherë shumë nën—shumë e ngadaltë për të krijuar miliona sinkronizime neuronale që janë baza për të gjitha gjërat mahnitëse që truri mund të bëjë.
Për të zgjidhur këtë problem, Chen dhe kolegët e tij hetuan nëse mund të kishte fotone të përzierura brenda këtij sistemi aksion-mielin që mund të komunikonin menjëherë përmes magjisë së përzierjes kuantike në distancat e përfshira.
Një cikël i acidit trikarboksilik çliron energjinë e ruajtur në lëndët ushqyese, me një kaskadë fotonesh infrared që lirohen gjatë procesit të ciklimit. Këto fotone ndërlidhen me vibracionet nga lidhjet karbon-hidrogjen (C-H) në molekulat e lipidëve dhe i exciton ato në një gjendje të lartë energjie vibracionale. Ndërsa lidhja pastaj kalon në një gjendje më të ulët energjie vibracionale, ajo liron një kaskadë fotonesh.
Grupi kinez aplikoi elektrohidrodinamikën kuantike të kavitetit në një cilindër të përsosur të rrethuar nga mielina, duke bërë supozimin e arsyeshëm se muri i jashtëm i mbështjellësit mielin është një mur i përcjellës që është i ngjashëm me një cilindër.
Duke përdorur teknikat kuantike, ata kualifikuan fushat elektromagnetike dhe fushën elektrike brenda kavitetit, si dhe fotonet—dmth. i trajtuan të gjitha si objekte kuantike—dhe pastaj, me disa supozime të thjeshta, zgjidhën ekuacionet përkatëse.
Duke bërë kështu, ata morën funksionin e valës për sistemin e dy fotoneve që ndërveprojnë me materien brenda kavitetit. Ata pastaj llogaritën shkallën e përzierjes së fotoneve duke përcaktuar entropinë e saj kuantike, një masë e çrregullimit, duke përdorur një zgjerim të entropisë klasike të zhvilluar nga polimat i shkencës John von Neumann.
“Ne treguam se dy fotonet mund të kenë një shkallë më të lartë të përzierjes në disa raste,” tha Chen në deklaratën e tij.
Muri përcjellës kufizon modet e valëve elektromagnetike që mund të ekzistojnë brenda cilindrit, duke e bërë cilindrin një kavitet elektromagnetik që mban shumicën e energjisë brenda tij. Këto moda janë të ndryshme nga valët elektromagnetike të vazhdueshme (“drita”) që ekzistojnë në hapësirë të lirë.
Janë këto moda diskrete që rezultojnë në prodhimin e shpeshtë të fotoneve shumë të përzierura brenda kavitetit të mielinës, shkalla e prodhimit të të cilave mund të jetë ndjeshëm e përmirësuar krahasuar me dy fotone të pambështjellura.
Përzierja do të thotë që gjendja e dy fotoneve nuk është një kombinim klasik i dy gjendjeve të fotoneve. Në vend të kësaj, matja ose ndërveprimi me një nga fotonet menjëherë ndikon në të njëjtën pronë të fotonit të dytë, pavarësisht se sa larg është ai.
Përzierja është demonstruar për një sistem të cilët anëtarët janë mbi 1,000 km larg. Asgjë e tillë nuk ekziston në fizikën klasike; është një fenomen plotësisht kuantik. Këtu, përzierja do të ngrejë mundësinë e sinjalizimit shumë më të shpejtë përgjatë segmenteve të mielinës që mbështjellin segmente të gjatë aksionit.
Një mundësi, shkruajnë autorët, është që përzierja e fotoneve mund të transformohet në përzierjen përgjatë kanaleve të jonëve të kaliumit në neuron. Nëse është kështu, hapja dhe mbyllja e një kanali mund të ndikojë në performancën e një tjetri diku tjetër.
Chen i tha Phys.org se rezultati i tyre është një kombinim i dy fenomeneve që ekzistojnë, por ende janë kryesisht misterioze: ndërgjegjja (në veçanti ndërgjegjja kuantike) dhe përzierja kuantike.
“Ne nuk do të thonim se ka një lidhje të drejtpërdrejtë. Në këtë fazë të hershme, qëllimi ynë kryesor është të identifikojmë mekanizmat e mundshëm të sinkronizimit neural, i cili ndikon në shumë procese neurobiologjike. Përmes këtij punimi, shpresojmë të fitojmë një kuptim më të mirë.”
