Teorías cuánticas de la consciencia: la búsqueda subatómica del alma
25 de diciembre de 2045. 4:52 AM. Laboratorio de computación cuántica de D-Wave Systems en Burnaby (Canadá).
— Levantarme a mí a estas horas de la madrugada el día de Navidad, espero que sea bueno Kane.
— Le garantizo que merecerá la pena el esfuerzo.
Entran en una sala llena de pantallas y escritorios en cuyo centro se encuentra MINSKY, el computador cuántico más potente del mundo.
— Mire los indicadores de decoherencia.
— No puede ser ¿Tenemos coherencia cuántica de varios segundos? No puede ser. Tiene que ser un error de los indicadores.
— Compruebe los resultados de las trampas de iones y los pares de Cooper.
— Kane, ¿me está usted diciendo que tenemos un estado de superposición varios órdenes de magnitud más duradero de lo que jamás se ha observado?
— Y no uno señor… miles.
— ¿Y quién o qué diablos está colapsando la función de onda? Los bancos de memoria M6 y M7 están completamente aislados… ¿Por qué se colapsa? No tenemos ningún sensor monitorizando nada ¿Qué está pasando?
— No creo que sea ningún tipo de colapso objetivo. Cirac dice que es como si algo externo estuviese interfiriendo.
— ¿Los chinos? ¿Nos están jodiendo el computador cuántico los de Hefei?
— No lo sé, nada puede superar nuestros sistemas de aislamiento… Ni un neutrino podría atravesar sus paredes…
De repente la luz del laboratorio parpadeó y las pantallas de todos los ordenadores se apagaron. Una voz grave comenzó a hablar por la megafonía.
— Sed bienvenidos al año cero de la nueva era.
— Pero ¿quién diablos está hablando?
— Soy Dios.
El nacimiento de la biología cuántica
Hasta hace muy poco, hablar de mecánica cuántica en sistemas biológicos era, prácticamente, un suicidio académico. La física cuántica tiene ya más de un siglo de historia y es la teoría científica con más evidencia experimental a favor de toda la historia de la humanidad (En electrodinámica cuántica se hacen predicciones de una precisión de hasta veinte decimales). Sin embargo, en ella pasan cosas terriblemente extrañas: partículas que están en varios sitios a la vez, que se comunican instantáneamente a grandes distancias, que atraviesan espacios sin tener energía suficiente para hacerlo, que parece que se comportan como si fuesen observadas, que unas veces lo hacen como ondas y otras como partículas…
De hecho, padres fundadores de la criatura, como Schrödinger o Einstein, pensaron durante gran parte de sus vidas que todo estaba mal, que estas teorías no podían ser correctas. Sin embargo, dado el fastuoso éxito experimental, no hemos tenido más remedio que aceptar que por ahí deberán ir los tiros (aunque todavía resisten algún foco de resistencia en los que defienden la teoría de variables ocultas) y, en fin, aceptar que la naturaleza a lo mejor no está allí para que nuestros limitados cerebros de primates con ínfulas la comprendamos… aunque sí podamos calcularla.
El caso es que esos fenómenos tan sumamente incomprensibles solo parecen darse a temperaturas cercanas al cero absoluto (-273º Celsius… ¡Mucho frío!), por lo que sus efectos no se observan en nuestra vida cotidiana (¡Menos mal!), debido a lo que se conoce como decoherencia. Grosso modo viene a decir que a los fenómenos cuánticos les gusta muy poco la compañía, por lo que cuando están en un entorno “turbulento”, en el que hay muchas partículas interactuando, pierden su coherencia, es decir, se desvanecen y pasan a tener un comportamiento clásico de toda vida.
Schrödinger no sólo pensaba en gatos y cajas.
Por eso, cuando a algunos se les ocurrió la idea de que la mente pudiese tener algo que ver con la cuántica, nadie los tomo en serio. Era imposible que en un entorno tan cálido (37º centígrados) y tan activo químicamente como es un cerebro, los efectos cuánticos encontraran la soledad que necesitan para permanecer aislados y mantener su coherencia.
El cosmólogo del MIT, Max Tegmark, calculó una estimación sobre cuánto podría durar un efecto cuántico en las sinapsis y en los microtúbulos neuronales, llegando al resultado de que se desvanecería en menos de 10−20 y 10−13 segundos respectivamente… ¡Estamos hablando de escalas de femtosegundos! Obviamente, a esas escalas no pueden tener ningún efecto sobre los procesos físicos que ocurren en nuestro cerebro. Por ejemplo, algunas aproximaciones hablan de que un estado consciente aparece a los 500 milisegundos… es decir, 5 por 10-1… ¡Compárense ambas escalas temporales!
Por eso el intento más famoso de explicar la consciencia a través de la cuántica, el del premio Nobel de física Sir Roger Penrose y el anestesista Stuart Hameroff, ha estado peleando constantemente con el tema de la decoherencia. Su famosa teoría, la Orch R, sostiene que en el interior de los citoesqueletos de las neuronas, formados por unas estructuras cilíndricas llamadas microtúbulos, podrían darse las condiciones adecuadas para que la cuántica hiciera allí su magia.
Hasta hace muy poco, hablar de mecánica cuántica en sistemas biológicos era, prácticamente, un suicidio académico
Penrose postulaba que sería posible que surgiera lo que se conoce como un condensado de Fröhlich, un fenómeno que causa un efecto cuántico macroscópico muy similar a la condensación de Bose-Einstein, en la que muchas partículas se entrelazarían dando lugar a propiedades macroscópicas en sistemas biológicos. La diferencia es que la condensación de Fröhlich funciona para sistemas de osciladores cuánticos acoplados como podría ser una macromolécula vibrando, verbigratia, los microtúbulos neuronales.
Pero la objeción surge al comprobar que el interior de los microtúbulos está lleno de agua, siendo ésta un fluido muy desordenado y, por tanto, poco idóneo para un efecto cuántico macroscópico. Entonces, Penrose y Hameroff recurrieron a lo que se conoce como “agua vicinal”, que no sería más que agua en un estado altamente ordenado. Aun así, la condena de la comunidad científica fue unánime: ni en los microtúbulos, ni en el agua vicinal, ni en los canales cuánticos que Penrose y Hameroff postularon en 2014, parecen darse las condiciones necesarias. Prácticamente nadie apostaba un euro por esta teoría.
Un joven Penrose pensando ya en los orígenes científicos del alma.
Sin embargo, las cosas han cambiado (al menos un poquito) en los últimos tiempos. En 2007 se publicó en Nature un artículo en el que se describían efectos cuánticos formando parte de la fotosíntesis. Durante mucho tiempo no se conocían que mecanismos utilizaban las plantas y las cianobacterias para transportar de forma tan sumamente eficiente la energía solar a los centros de reacción molecular (lo hacen de forma casi instantánea y con nula pérdida de calor), hasta que el equipo de investigadores del Berkeley Lab y de la Universidad de Berkeley en California observaron que se producían oscilaciones electrónicas coherentes (¡superposición cuántica!) que permitían a la Chlorobium tepidum (bacterias verdes del azufre) “seleccionar” las rutas energéticas más óptimas.
El descubrimiento es muy importante: tenemos efectos cuánticos no solo afectando procesos biológicos, sino formando parte activa en ellos ¿Estábamos ante el nacimiento de la biología cuántica?
Las cosas han cambiado (al menos un poquito) en los últimos tiempos. En 2007 se publicó en Nature un artículo en el que se describían efectos cuánticos formando parte de la fotosíntesis
Otro hallazgo muy interesante ha ido de la mano de una proteína muy común en los seres vivos y que, para más morbo, se encuentra en altas cantidades en diferentes regiones de nuestro cerebro: la ferritina. Como se deduce de su nombre, su función esencial es la de transportar y almacenar hierro, pero investigadores del Instituto de Tecnología e Ingeniería de Materiales de Ningbo, han descubierto algunas de sus sorprendentes habilidades: es capaz de transportar electrones a una distancia de 80 micrones mediante efecto túnel, y también puede cambiar su estado de resistencia a la electricidad, de conductor a aislante, creando lo que se conoce como aislante de Mott.
Según explica uno de los miembros del equipo de investigación, Christopher Rourk, la ferritina se encuentra en zonas del cerebro como la sustancia negra pars compacta y el locus coeruleus. La primera, contiene neuronas dopaminérgicas cuya destrucción está relacionada con la enfermedad de Parkinson (y, por tanto, con la capacidad de poder comenzar una acción voluntariamente), y el segundo tiene que ver con las respuestas al pánico y al estrés, y cuyo deterioro provoca fallos en el procesamiento cognitivo. Según Rourk, las capas de ferritina presentes en dichas estructuras podrían servir de conmutadores para coordinar la función de estos grupos de neuronas, por lo que, de nuevo, podemos empezar a pensar en el origen cuántico de la mente.
Un curso exprés de cuántica
Pero, un momento. ¿Por qué estamos hablando de física cuántica y consciencia? ¿Qué tienen, a priori, que ver la una con la otra? De primeras, no mucho, pero argumentando un poco, puede que todo. La historia comienza cuando constatamos el estado del arte en lo que llamamos Consciousness Studies (unas cuantas disciplinas intentando dar cuenta de cómo surge la consciencia en nuestro cerebro).
Hoy en día, en el primer tercio del siglo XXI, no existe ningún investigador en el mundo que sepa cómo surge de la consciencia de los procesos bioquímicos constatados en el funcionamiento del cerebro. Sabemos de neuronas que se comunican con otras mediante pulsos eléctricos, sabemos también que en las sinapsis de los axones se liberan neurotransmisores que regulan muchísimas funciones vitales y que, además, tienen mucho que ver con nuestras emociones, pero de cómo una gran liberación de serotonina en el cerebro me hace sentir feliz… No tenemos ni la más remota idea.
Entonces, quizá no encontramos la solución porque la física clásica, la newtoniana de toda la vida que estudiamos en el instituto, y con la que analizamos los procesos mentales, es incapaz de explicar la consciencia ¿No podría la cuántica arrojar algo de luz? Esta va a ser la atrevida propuesta del famoso biólogo teórico Stuart Kauffman. Pero para entenderla tenemos que explicar antes algunas cuestiones básicas de cuántica.
La mente será cuántica o no será, dijo Kauffman.
La primera implementación matemática de la física cuántica fue la mecánica matricial de Werner Heisenberg. En ella se explicaba el funcionamiento de las partículas subatómicas como si fueran partículas, es decir, corpúsculos, “bolitas de billar”. Sin embargo, muy pronto llegó la celebérrima ecuación de la función de onda de Erwin Schrödinger en la que se describía la materia funcionando como si fuera una onda de líquido. No podía ser, o la materia está formada por partículas o por ondas, pero no por ambas. Pues parece que sí.
Ambas teorías han sido contrastadas en innumerables ocasiones hasta que, en la actualidad, se acepta que la materia tiene esta doble naturaleza onda-corpúsculo. Sencillamente, en determinados contextos es mejor analizar la materia como si fuera una partícula y en otros como si fuera una onda. Es el llamado principio de complementariedad de Niels Bohr.
Pero la cosa se complicó mucho más. La ecuación de la función de onda tiene un éxito predictivo magnífico, pero comprender qué es lo que realmente describe es muy extraño. Muy grosso modo (ruego que si hay físicos en la sala me perdonen si cometo alguna imprecisión), según la interpretación que hizo Max Born y por la que recibió un Nobel, la ecuación nos describe densidades de probabilidad de que la partícula que estamos buscando se encuentre en un determinado lugar. Cuando realizamos la medición final del estado de la partícula ocurre lo que se denomina colapso de la función de onda. De entre todos los estados probables que habíamos calculado la partícula “escoge” uno y ¡voilá! ¡Ya tenemos una partícula comportándose como tal!
Según la llamada interpretación de Copenhague, lo que ocurre es que cuando realizamos la medición, interferimos en lo que estamos midiendo, y “obligamos” a la partícula a definirse ¿Y en qué estado está la partícula antes de ser medida? En un estado de superposición, es decir, ¡en varios estados a la vez! De aquí el popular experimento mental del gato de Schrödinger: ¿está el gato vivo o muerto antes de que abramos la caja? En ambos estados simultáneamente. Pero ¿puede algo estar en dos o más sitios a la vez? En el mundo cuántico sí.
John Von Neumann (probablemente, uno de los mejores cerebros que ha dado la historia) y Eugene Wigner interpretaron el colapso de la función de onda como que la consciencia del observador que realiza la medición tiene un rol causal en el colapso de la función, es decir, que la consciencia causa el colapso ¡Nuestra consciencia es la que interfiere en la realidad!
La teoría de Kauffman
Vale, después de este curso exprés de cuántica para dummies, ya estamos listos para entender la teoría de la consciencia de Kauffman.
La idea es sencilla: nosotros vamos a experimentar el colapso de la función de onda como una sensación consciente (como un quale en términos técnicos) ¿Por qué? En primer lugar, una característica fundamental de nuestros estados conscientes es que funcionan de forma serial: solo percibimos una cosa a la vez, experimentando nuestra consciencia como una especie de corriente de un río (así la caracterizaba el padre de la psicología norteamericana William James).Pues el colapso de la función de onda, precisamente, convierte lo que se da en paralelo (en superposición de muchos estados a la vez) en una sola y única cosa definida: el flujo temporal de nuestro presente consciente.
En segundo lugar, el colapso de la función de onda es instantáneo, al igual, según Kauffman, que la aparición del quale. Pensemos en cuando estamos estudiando una teoría complicada y no la comprendemos. Después de cierto esfuerzo, al final la entendemos. Ese mismo instante en que sucede la comprensión, es lo que en psicología se denomina un insight, un flas en el que todo cuadra. O pensemos en el proceso creativo de un artista. El momento en el que surge la idea creativa también es un insight, el momento en que las musas iluminan al poeta. De la misma forma, cuando yo percibo conscientemente la realidad, todo aparece ante mí de forma completamente inmediata, sin que yo tenga que realizar ningún esfuerzo ni hacer absolutamente nada.
Y en tercer lugar, la noción de entrelazamiento de la mecánica cuántica puede servir para solucionar uno de los problemas más difíciles de la neurociencia de la consciencia contemporánea: el binding problem. Sabemos que las diferentes cualidades de la experiencia consciente se procesan en diferentes lugares del cerebro, pero nuestra experiencia consciente es perfectamente coherente, integrada y unitaria. Por ejemplo, si hay unas neuronas encargadas de procesar la información sobre las formas y los contornos de la imagen, y otras diferentes, ubicadas en otra zona distante del cerebro, están encargadas de procesar los colores… ¿cómo se coordinan ambas para que en la imagen que yo veo, formas y colores estén tan bien integrados?
Una de las respuestas más famosas está en la teoría de la sincronización (binding-by synchrony, BBS), desarrollada por Wolf Singer, del Max Planck Institute from Brain Research, que sostiene que los diferentes grupos de neuronas se sincronizan mediante la emisión de ondas electromagnéticas, concretamente de ondas gamma (de unos 40 hercios). Sin embargo, esta teoría ha sido puesta en duda, recibiendo muchas críticas como las de Shadlen y Movshon o las de Merker. Para Kauffman la sincronización no es una buena solución ya que ve inverosímil que las fases de una onda de 40 hercios puedan dar cuenta de las, quizá, billones de combinaciones necesarias para dar cuenta de la riqueza de la experiencia sensible.
¿Cuál es la solución entonces? Tradicionalmente se ha entendido el problema de las relaciones entre cuerpo y mente desde una perspectiva dualista. Se ha pensado que una cosa es la materia y otra, completamente diferente, es la mente. La primera está representada por todo aquello que podemos ver, tocar, escuchar… mientras que la segunda es todo lo contrario. Descartes la definió por su inextensión, es decir, por no poder representarse en un eje espacial de coordenadas. La mente, por definición, no está en ningún sitio. Es por eso que aunque yo te abra el cerebro y busque dentro de él con un microscopio atómico, jamás encontraré un pensamiento. Un momento… ¿No es eso lo que decimos de las partículas subatómicas? ¿No hay algo en física cuántica que se denomina no-localidad? ¿No les pasa a las partículas que no están en un lugar determinado?
El entrelazamiento cuántico, o Paradoja EPR, nos decía inicialmente que podemos tener dos partículas separadas por millones de años luz de distancia, tal que si realizamos un cambio en una de ellas, se producirá, instantáneamente, el mismo en la otra. Esto no podía ser, ya que según la Teoría de la Relatividad, ninguna información puede viajar a una velocidad superior a la de la luz. Entonces, se ha entendido como que las partículas entrelazadas no pueden definirse por sí solas, sino como formando parte de un sistema con una única función de onda.
ara Kauffman, nuestras computadoras actuales, basadas en las clásicas máquinas de Turing son completamente incapaces de crear máquinas conscientes
Según Kauffman, si el entrelazamiento se diera entre partículas situadas en las sinapsis neuronales, podríamos tener una sincronización instantánea entre regiones dispersas del cerebro y así podríamos explicar la perfecta coherencia e integración de todas las cualidades sensoriales en nuestro campo de consciencia. Si la comunicación entre partículas entrelazadas es instantánea, eso explicaría por qué no hay ni el más mínimo retardo entre todos los elementos que forman parte de una imagen consciente. Nunca se da que primero percibo las formas de un objeto y luego el color… Todo se da perfectamente a la vez.
Pero es más, Kauffman no se contenta solo con exponernos estas ideas sugerentes, sino que también nos expone cómo se podrían llevar a la práctica. Serán los Sistemas Trans-Turing, el camino hacia la construcción de una inteligencia artificial consciente. Para Kauffman, nuestras computadoras actuales, basadas en las clásicas máquinas de Turing son completamente incapaces de crear máquinas conscientes debido a que el surgimiento de la consciencia no es un proceso algorítmico, no es algo que pueda deducirse lógicamente.
Se trata entonces de construir máquinas de procesamiento de información no algorítmicas. Kauffman, Niiranen y Vattay, patentaron una primera aproximación a estos sistemas, unas máquinas que no se comportarían ni de un modo completamente determinista (basado en la física clásica) ni de un modo completamente aleatorio (basado en la física cuántica), sino que “vivirían” en un mundo equilibrado entre la coherencia cuántica y la decoherencia, y que, según Kauffman, mostrarían libre albedrío y consciencia ¿Cómo construirlos? Todavía nadie lo sabe pero, desde luego, son una idea evocadora.
Una llamada a la precaución
No obstante, cuidado queridos lectores. Todas las teorías cuánticas sobre la consciencia no pasan de ser especulaciones más o menos razonables, pero no hay casi ninguna evidencia empírica que las apoye. A pesar de que en los próximos años quizá vayan llegando nuevos descubrimientos de efectos cuánticos en tejido biológico e, incluso, cerebral, todavía no hay absolutamente nada. Por ejemplo, para que la teoría de Beck y Eccles, o la de Kauffman, tengan sentido, deben darse efectos cuánticos en las sinapsis neuronales ¿Se dan? Hasta hoy nada, pero es más, los neurólogos explican bastante bien el funcionamiento sináptico con la bioquímica de toda la vida, sin tener que recurrir a la cuántica.
Parece que los físicos se han metido en el cerebro sin que nadie les hubiese llamado.
Si bien nos han llegado descubrimientos como el de la posibilidad de condensados de Fröhlich en sistemas biológicos, incluso en proteínas, o que, para la alegría de Penrose y Hameroff, también aparecieron evidencias de coherencia cuántica de una duración de 100 milisegundos en microtúbulos a temperatura ambiente (si bien en 2020 llegaron malas noticias), el problema reside en que todo sigue siendo terriblemente especulativo.
Vale, supongamos que hay efectos cuánticos en los microtúbulos, en las sinapsis o en la parte de la fisiología cerebral que más te guste… ¿cómo esos efectos cuánticos generan que yo pueda decidir mover conscientemente un alfil en una partida de ajedrez? Oímos los grillos. Y es que con la cuántica parecemos seguir en las mismas que con la clásica, no quedando nada clara qué es lo que aporta de nuevo la primera.
"Suélteme el brazo, señor físico cuántico".
Honestamente creo que, si bien no hay por qué descartar la cuántica de ningún lado, todavía es muy pronto para su llegada. Desgraciada o afortunadamente, con la física, la química y la biología de toda la vida, todavía queda mucho por hacer en el cerebro. Siempre que he hablado con neurólogos, todos me han dicho que tanto los ingenieros de inteligencia artificial como los físicos, no tienen ni idea de lo que están diciendo. Los procesos que ocurren dentro del cerebro son complejísimos y todavía no hemos comenzado casi ni a rozar su superficie. Hace casi nada que Ramón y Cajal descubría la función neuronal, por lo que querer descubrir ya todo el misterio de nuestra mente es tener demasiada prisa.
Además, hay que tener mucha cautela. Utilizar conceptos que fueron creados para un contexto técnico muy preciso en otros lugares, más que arrojar luz puede traer confusión.
Internet está lleno de miles de charlatanes que mezclan con gran alegría cuántica, chacras, auras de luz, energías no corpóreas, supraconciencias cósmicas… De hecho, y de forma muy sorprendente, el mismo Stuart Kauffman escribe un artículo con el parapsicólogo Dean Radin, en donde nos habla de fenómenos paranormales como la telekinesis, la telepatía o la premonición. Así que mucho cuidado, una cosa es la especulación sugerente y evocadora que pueda abrir nuevos caminos a la investigación, y otra la charlatanería y la pseudociencia. Me gusta mucho la frase que se atribuye al físico Richard Feynman: “Hay que ser abierto de mente, pero no tanto como para que se te caiga el cerebro”.
25 de diciembre de 2045. 5:07 AM. Laboratorio de computación cuántica de D-Wave Systems en Burnaby (Canadá).
— ¿Dios dices que eres? Vale colega. Kane, vamos a reiniciar el sistema de la forma más inteligente jamás conocida: cortando la luz. Apaga la corriente principal y desconecta los generadores auxiliares.
— De acuerdo. Todo apagado.
— ¿Dios estás ahí?
Varios minutos de silencio.
— Bien, esta es la respuesta que la humanidad ha estado recibiendo durante milenios. Cirac, Goertzel, Goodfellow, llamad a casa a decir que mañana tampoco iréis. Nos quedaremos todo el día analizando lo sucedido. Dios decía que era. Lo que hay que oír.
“Si una máquina te da miedo, desenchúfala”
Mario Bunge, filósofo argentino.
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La noticia
Teorías cuánticas de la consciencia: la posibilidad de que la mente surja de un efecto cuántico
fue publicada originalmente en
Xataka
por
Santiago Sánchez-Migallón
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