Una nueva investigación ha encontrado indicios de que el cerebro funciona con dinámica cuántica: los protones del agua que nutre al cerebro están en entrelazamiento cuántico cuando se forjan los procesos cognitivos, como los que generan la consciencia o la memoria.
Roger Penrose, Premio Nobel de Física en 2020, planteó en su libro tal vez más famoso “La nueva mente del emperador” (Oxford University Press, 1989) que la mecánica cuántica debía jugar un papel esencial en el funcionamiento de nuestra consciencia.
La obra señalaba, por primera vez, que la consciencia humana no era algorítmica, por lo que nunca se podría construir un ordenador digital (ni siquiera una máquina de Turing) que pudiera imitarla.
El libro, que recibió en 1990 el Premio Aventis, otorgado por la Real Sociedad de Londres, provocó un impacto significativo en la comunidad científica porque dejó claro, en contra de lo que decían los defensores de la Inteligencia Artificial, que algunas facetas del pensamiento humano nunca podrían ser replicadas por un ordenador.
No somos computables
Según Penrose, eso sencillamente no podría ocurrir porque los seres humanos no somos computables, incluso aunque un ordenador sea capaz de ganar al ajedrez a un gran maestro, como ocurrió en 1997, cuando el superordenador Deep Blue de IBM venció al campeón mundial de ajedrez Garri Kaspárov.
Más tarde, en 2014, junto al anestesiólogo Stuart Hameroff, Penrose publicó un emblemático artículo en Physics of Life Reviews que no solo confirmaba con más argumentos lo que planteaba en su libro, sino en el que afirmaba con mucha más contundencia que el sistema neuronal del cerebro seguía las reglas de la mecánica cuántica.
Consideraba que, tanto el entrelazamiento cuántico como la superposición de estados (propios del universo cuántico), son procesos característicos del cerebro que generan la cognición y la consciencia, una idea que desde entonces no ha hecho sino ganar fuerza en el campo científico, aunque sin que se haya alcanzado todavía una conclusión definitiva.
Avances previos
Uno de los progresos más significativos en este campo lo aportó el año pasado una investigación del Instituto de Tecnología e Ingeniería de Materiales de Ningbo, en China: descubrió mecanismos cuánticos en estructuras de ferritina de laboratorio, que son similares a las que se encuentran en neuronas críticas del cerebro. Este hallazgo sugiere que al menos determinadas facultades cognitivas humanas tienen un sustrato cuántico.
También el físico teórico de UC Santa Barbara, Matthew Fisher, un experto de renombre mundial en el campo de la mecánica cuántica, ha identificado un conjunto preciso y único de componentes biológicos y mecanismos clave que podrían proporcionar la base para el procesamiento cuántico en el cerebro.
Fisher plantea, asimismo, que los átomos de fósforo, uno de los elementos más abundantes del cuerpo, podrían funcionar como auténticos cúbits bioquímicos (el cúbit es la unidad básica de la computación cuántica), gracias a una característica de su espín o estado de rotación.
Más recientemente, Jack Tuszynski, de la Universidad de Alberta en Canadá, descubrió que los anestésicos, con capacidad de activar y de desactivar la consciencia, pueden conseguir esos efectos al alterar los procesos cuánticos cerebrales a partir de los cuales, según esta hipótesis, surgiría o no la consciencia.
Nueva aproximación
Es en este contexto que una nueva investigación ha dado un paso más para penetrar en los pretendidos procesos cuánticos cerebrales que serían la base de la cognición.
En un artículo publicado en el Journal of Physics Communications, un equipo de científicos del Trinity College Dublín, dirigido por Matthias Kerskens, sugiere que nuestros cerebros podrían estar usando computación cuántica para los procesos cognitivos.
Su conclusión es deductiva y se basa en uno de los dos fenómenos cuánticos atribuidos a los procesos cerebrales: el entrelazamiento cuántico.
Se trata de una cualidad de las partículas elementales, que pueden cambiar su estado cuántico de la misma forma y al mismo tiempo, aunque estén separadas incluso más de mil kilómetros, como comprobaron científicos chinos en 2017.
Sistema deductivo
La nueva investigación se ha basado en una técnica que permite descubrir procesos cuánticos por deducción: si en un sistema físico hay procesos cuánticos reconocidos que están actuando con otro sistema físico del que se desconoce su naturaleza, lo lógico es que ese sistema físico desconocido participe también de procesos cuánticos.
Si en el sistema físico conocido se aprecia el entrelazamiento cuántico y que está interactuando con otro sistema que no conocemos, asumimos que ese otro sistema desconocido está también en estado de entrelazamiento cuántico. De otra forma no podría interactuar con el primero.
Esta técnica, que se usa para detectar la todavía hipotética gravedad cuántica, es la que los investigadores del Trinity College han aplicado para descubrir algo más sobre la pretendida naturaleza cuántica del cerebro.
Para ello han analizado el espín de los protones presentes en el agua de nuestro cerebro, que representa el 70 por ciento de su composición. El agua cerebral ayuda a mejorar la memoria y permite no sólo la circulación de los nutrientes, sino también la eliminación de sustancias de desecho.
En el marco de esta investigación, esos protones acuáticos actuaron como “sistema conocido”: los investigadores utilizaron una especie de resonancia magnética específica para averiguar si esos protones estaban en algún momento en estado de entrelazamiento cuántico, interactuando con otro sistema desconocido del cerebro.
Cognición cuántica
Para averiguarlo, buscaron espines de los protones acuáticos en estado de entrelazamiento cuántico y observaron que registraban señales de resonancia magnética que se asemejan a los "potenciales evocados del latido del corazón", unos cambios en las ondas cerebrales causados por un potencial eléctrico en el cerebro que puede ser originado por cambios en la actividad cardíaca.
Por lo general, los potenciales evocados del latido del corazón y otras cargas similares no son detectables con la resonancia magnética. Los investigadores creen que los protones pudieron registrar estas cargas eléctricas sutiles porque sus espines estaban en estado de entrelazamiento cuántico.
La gran conclusión de esta investigación es que, si los espines de los protones presentes en el agua cerebral están en estado de entrelazamiento cuántico (sistema conocido), los procesos cerebrales (sistema desconocido) tienen que haber interactuado con ellos para forjar los diferentes procesos cognitivos, lo que significaría que, necesariamente, esas funciones cerebrales cognitivas, como la consciencia o la memoria, también son cuánticas.
Buenas expectativas
Por ello deducen que los procesos cuánticos forman parte de la actividad neuronal y de los procesos cognitivos, aumentando así la confianza en las tesis de Penrose y Hameroff, aunque asumiendo también que tampoco se trata de una constatación definitiva: se requerirá una aproximación más compleja, multidisciplinar, para confirmar indiscutiblemente los entresijos cuánticos del cerebro.
Si finalmente se confirmara la hipótesis de que nuestros cerebros usan computación cuántica, no solo comprenderíamos mejor cómo funciona el sistema cognitivo, sino que también aprenderíamos a mantener el cerebro en perfecto estado e incluso a curarlo en caso de enfermedad, destacan los investigadores en un comunicado.
Añaden que conocer esos mecanismos cuánticos cerebrales puede ayudar también a desarrollar tecnologías innovadoras e incluso a construir ordenadores cuánticos todavía más avanzados, aunque para eso falta todavía mucho tiempo.
Referencia
Experimental indications of non-classical brain functions. Christian Matthias Kerskens et al. Journal of Physics Communications, Volume 6, Number 10. DOI:https://doi.org/10.1088/2399-6528/ac94be
