La conscience naîtrait directement des processus cérébraux quantiques

La conscience émergerait dans la nature chaque fois qu’un système neuronal entrerait dans un état de superposition quantique, plutôt que lorsqu’il s’effondrerait. Ce serait quelque chose d’instantané et de spontané dans l’activité cérébrale. Trois expériences visent à le vérifier.

Une nouvelle proposition suggère que la conscience émerge dans la nature chaque fois qu'un système neuronal entre dans un état de superposition quantique. Autrement dit, tout réseau neuronal qui entre dans un état avec un ou plusieurs qubits qui se chevauchent et entrelacés connaîtra un moment de conscience.

Pour comprendre ce que cela signifie, nous devons nous rappeler que l’intrication quantique et la superposition sont deux phénomènes distincts mais liés en mécanique quantique. Et qu'est-ce qu'un qubit et quel rôle il pourrait jouer dans l'équation de la conscience biologique.

Plusieurs états

La superposition fait référence à la capacité d'un système quantique à se trouver simultanément dans plusieurs états. Par exemple : un qubitl'unité de base de l'information quantique peut exister dans une combinaison d'états 0 et 1 en même temps. Ou encore, un électron dans un atome peut être dans une superposition de plusieurs niveaux d’énergie. La superposition permet aux particules quantiques d'avoir plusieurs valeurs ou propriétés jusqu'à ce qu'une mesure soit effectuée.

L'intrication quantique se produit lorsque l'état des particules ou des systèmes impliqués est le même, c'est-à-dire qu'ils font partie du même système même s'ils sont physiquement séparés.

Cela signifie que tout changement dans une particule intriquée affecte instantanément les autres, quelle que soit la distance qui les sépare. Et aussi que la mesure d’une particule intriquée fournit des informations immédiates sur l’état de l’autre.

Inséparable

La chose la plus remarquable aux fins de la nouvelle théorie sur l’origine de la conscience est que, bien qu’il s’agisse de phénomènes différents, la superposition et l’intrication sont liées : l’intrication dérive de la superposition et de la façon dont les systèmes physiques sont composés. De plus, il a été démontré que la présence d’un chevauchement entraîne l’existence d’un enchevêtrement.

Les deux sont fondamentaux pour l’informatique quantique, mais on soupçonne également qu’ils sont liés d’une manière ou d’une autre à l’informatique quantique censée être effectuée par le cerveau.

Le physicien Matthieu Fisherde l'Université de Californie à Santa Barbara, a proposé en 2018 que les atomes de phosphoreessentiel au bon fonctionnement des neurones, pourrait fonctionner comme d'authentiques qubits biochimiques, grâce à une caractéristique de son spin ou état de rotation. Plus récemment, en 2021, certains scientifiques sont même allés jusqu’à utiliser des qubits pour construire des neurones artificiels.

Conscience quantique

L’intersection entre la conscience et la mécanique quantique a été un sujet de fascination et d’intenses débats au sein de la communauté scientifique au cours des dernières décennies.

La théorie selon laquelle la conscience pourrait naître de processus quantiques dans le cerveau a été proposée dans les années 1990 par le physicien Roger Penrose et l'anesthésiste Stuart Hameroff: suggèrent que l'informatique quantique cérébrale pourrait expliquer la conscience et que les microtubules neuronaux pourraient être le siège de phénomènes quantiques générateurs de conscience.

Cette théorie, connue sous le nom théorie de la conscience quantiquea suscité le scepticisme de la communauté scientifique, car les lois de la mécanique quantique s’appliquent généralement à des températures extrêmement basses, alors que le cerveau humain fonctionne à des températures beaucoup plus élevées.

Tester, tester…

Cependant, des recherches récentes ont tenté de tester certains des principes qui sous-tendent cette théorie, en explorant comment les particules quantiques pourraient se comporter au sein de structures complexes semblables à celles du cerveau, mais dans un environnement de laboratoire.

Ces expériences visent à déterminer si des processus quantiques peuvent avoir lieu dans des structures complexes à des températures qui ne sont pas extrêmement basses, ce qui est crucial pour valider la possibilité que de tels processus se produisent dans le cerveau humain.

Pour le savoir, les scientifiques utilisent des fractales quantiques pour simuler les conditions du monde. microtubules cerveaux, avec l'espoir que ces expériences pourront être comparées à l'activité mesurée dans le cerveau et nous rapprocher ainsi de la compréhension si l'activité quantique est liée ou non à la conscience humaine.

En outre, des recherches sont en cours sur la manière dont les anesthésiques affectent le comportement de ces minuscules structures cellulaires du cerveau, ce qui pourrait fournir des indices sur la façon dont la conscience émerge des processus physiques.

Cette approche pourrait révéler si la modification de l'activité quantique des microtubules a un impact direct sur la conscience. Bien que ces études n’en soient qu’à leurs débuts, elles représentent une avancée significative dans la compréhension de la conscience d’un point de vue quantique.

Nouvelle théorie

La nouvelle proposition, formulée par des neuroscientifiques Hartmut Neven, Christof Koch et sept autres experts, renverse la théorie de Penrose et Hameroff, selon laquelle la conscience apparaît chaque fois qu'un état de superposition quantique s'effondre.

Au lieu de cela, la nouvelle théorie suggère que la structure de la superposition détermine la singularité (Qualia) de l'expérience consciente, c'est-à-dire les qualités subjectives des expériences individuelles.

Cette différence est importante car elle signifie que tout système neuronal qui entre dans un état avec un ou plusieurs qubits biochimiques qui se chevauchent connaîtra un moment de conscience. Ce serait quelque chose de plus instantané et spontané que ce que suggèrent Penrose et Hameroff car il n’est pas nécessaire d’attendre l’effondrement.

Problème de liaison

Neven et Koch pensent également que l'intrication fournit une solution naturelle à ce qu'on appelle l'intrication. problème de liaisonl’unité subjective de chaque expérience qui constitue depuis longtemps un défi majeur pour l’étude de la conscience.

Ce problème consiste à expliquer que lorsque nous voyons un objet composé de plusieurs parties, comme la Statue de la Liberté, la perception que nous avons est unique et non la somme de toutes ses parties. Les auteurs considèrent que les qubits biochimiques, tous imbriqués les uns dans les autres, expliquent la perception intégrée des objets du quotidien.

Sens de l'agence

Comme l'expliquent ses auteurs dans un article publié dans Scientific American, l'intrication de centaines, voire de milliers de qubits, est essentielle pour décrire adéquatement la richesse phénoménale de toute expérience subjective : les couleurs, les mouvements, les textures, les odeurs, les sons, les corps. sensations, émotions, pensées, fragments de souvenirs, etc., qui constituent le sentiment de la vie elle-même.

Enfin, un état de superposition peut également coïncider avec l'expérience quotidienne du contrôle de ses actions et de l'évolution des événements dans le monde extérieur, ce que l'on appelle «sens de l'agence« , qui constitue une caractéristique centrale de l'expérience humaine.

Trois expériences

Pour tester ces hypothèses, les deux neuroscientifiques ont préparé trois expériences avec des mouches des fruits et des organoïdes cérébraux (petites structures de neurones cultivées à partir de cellules souches humaines).

On sait que le gaz xénon peut agir comme anesthésique. Une expérience précédente suggérait que le pouvoir anesthésique du xénon dépend de ses isotopes spécifiques (variantes du même élément avec un nombre différent de neutrons).

Les auteurs proposent que si les mouches des fruits et les organoïdes peuvent détecter différents isotopes du xénon, ils pourraient étudier comment un gaz inerte peut atteindre cette forme de conscience. Cela pourrait être dû à la petite différence dans la masse des isotopes ou à leur spin nucléaire et clarifierait peut-être l’origine quantique de la conscience.

Qubits biologiques et artificiels

L’idée de la deuxième expérience est de coupler des qubits à des organoïdes cérébraux pour permettre un entrelacement entre qubits biologiques et artificiels. Les résultats de la première expérience aideront à concevoir cette deuxième expérience.

Enfin, avec une troisième expérience, ils proposent d’améliorer la conscience humaine en couplant de manière entrelacée des états quantiques créés en laboratoire à un cerveau humain.

Cette dernière expérience est encore conceptuelle et cherche à induire un état de conscience élargi similaire à celui vécu sous l’influence de substances comme l’ayahuasca ou la psilocybine.

Combler les distances

Ces trois expériences cherchent à « combler le fossé entre les systèmes microscopiques et macroscopiques, comme le cerveau, et à offrir des réponses au mystère de la conscience », comme l'expliquent Neven et Koch.

En cas de succès, ils pourraient ouvrir de nouvelles voies pour la recherche et le traitement des maladies neurologiques, ainsi que pour l’explication de la conscience, l’aspect le plus lucide de l’expérience humaine dont nous sommes encore très peu conscients.

Référence

Tester la conjecture selon laquelle les processus quantiques créent une expérience consciente. Hartmut Neven et coll. Entropie 2024, 26(6), 460. DOI :https://doi.org/10.3390/e26060460