Stuart Hameroff è una figura impetuosa – basso, rotondo, con capelli grigi e una faccia larga e gnomica. La sua voce è fumo – profonda e granulare, che rimbomba con il peso dei suoi 70 anni. Per più di due decenni ha diretto una conferenza scientifica sulla ricerca sulla coscienza. Si presenta ogni giorno in jeans sgualciti e camicie a maniche corte. L’effetto è casual al limite del trasandato. Ma da vicino, è lui che comanda, e ai suoi critici, appare combattivo.
Forse non gli importa molto di come è vestito. Si preoccupa molto di come lui e le sue teorie vengono affrontate.
Hameroff è meglio conosciuto per essere stato una specie di tafano nel campo delle neuroscienze e della filosofia. È emerso nel 1994 dalle viscere senza finestre dell’ospedale dell’Arizona dove lavora ancora come anestesista per proporre quelle che sembravano – all’epoca – alcune delle idee più stravaganti sul cervello umano.
La maggior parte dei neuroscienziati dice che i pensieri nascono dalle cellule del cervello chiamate neuroni. Hameroff suggerisce che l’azione più significativa avviene a livello quantistico, impossibilmente piccolo, dove particelle subatomiche come fotoni ed elettroni mostrano un comportamento bizzarro. Secondo lui, la fisica quantistica guida la coscienza.
Se Hameroff avesse proposto lui stesso queste idee, avrebbe potuto essere ignorato, ma il suo co-teorico era Sir Roger Penrose, una figura stimata nella fisica matematica. La loro teoria, soprannominata “riduzione oggettiva orchestrata”, o Orch-OR, suggerisce che le strutture chiamate microtubuli, che trasportano materiale all’interno delle cellule, sono alla base del nostro pensiero cosciente.
Ma il modello Penrose-Hameroff di ciò che si chiama coscienza quantistica era un non-avvio scientifico. I principali esperti hanno respinto il nuovo modello senza mezzi termini. Gli effetti quantistici, dicevano le critiche, sono notoriamente difficili da mantenere in laboratorio, richiedendo temperature ultrafredde e schermature per proteggersi anche dalla più lieve interferenza. I critici hanno detto che gli esseri viventi sono semplicemente troppo “caldi, umidi e rumorosi” per permettere la persistenza di effetti quantistici significativi. Per di più, sostenevano i neuroscienziati, il modello Penrose-Hameroff non offriva ipotesi testabili.
La coppia era in disaccordo in modo inequivocabile, sfornando più documenti nel corso degli anni. Ma mentre la reputazione di Penrose è troppo torreggiante per essere distrutta, Hameroff sembrava trovare la sua base più solida attraverso la cultura pop. Ha abbracciato il sostegno di Deepak Chopra, autore e guru New Age delle teorie della coscienza quantistica. È stato anche presentato in What the Bleep Do We Know?, un film che ha fatto arrabbiare gli scienziati per aver spinto un misticismo quantistico che è alla base della nostra esistenza di noccioline e bulloni.
Nel 2006, Hameroff ha tenuto un discorso che racchiude il suo rapporto con la comunità scientifica. In una conferenza chiamata “Beyond Belief”, che era piena di luminari di spicco di molte discipline, ha presentato le sue teorie su tutto, dalla coscienza a una “spiritualità” basata sulla meccanica quantistica. Alla fine, l’eminente fisico Lawrence Krauss ha parlato dal suo posto tra il pubblico. “Dal punto di vista della fisica”, ha detto, “tutto quello che hai detto non ha senso.”
Molti considerano Hameroff come un nonsenso, una creatura di una storia di Lewis Carroll che chiama da sotto un fungo che abbiamo sbagliato tutto, che una sorta di magia quantistica è alla base delle nostre funzioni cerebrali.
Ma solo quattro anni dopo, un cambiamento era in corso. Nel 2010, Hameroff è stato invitato a parlare in un incontro meno pubblico, al campus di Google a Mountain View, in California. La sua presentazione ha suggerito che potrebbe avere una visione più solida della realtà di quanto alcuni possano aver pensato.
Hameroff e diversi altri scienziati sono stati invitati da Hartmut Neven, un ricercatore di Google in tecnologie di ricerca visiva. A quel tempo, gli scienziati stavano già cercando di sfruttare le leggi della fisica quantistica per costruire computer più piccoli e più intelligenti. E i biologi avevano iniziato a sospettare che la fisica quantistica potesse essere importante per processi come la fotosintesi e la migrazione utilizzando il campo magnetico terrestre. Neven dice che era interessato alla ricerca di Hameroff perché la comprensione dell’efficienza del cervello potrebbe portare enormi risparmi sui costi per Google.
“Penso che sia piuttosto notevole che il cervello umano sia in grado di compiere le sue tremende imprese con un solo cucchiaio di zucchero al giorno”, dice Neven.
Una cosa divertente è accaduta durante il viaggio di Hameroff attraverso i campi erbosi della derisione scientifica: Sono apparsi i dati.
I dati non sono sufficienti per confermare Orch-OR, ma le nuove scoperte suggeriscono che alcune delle affermazioni di Hameroff sono più plausibili di quanto si pensasse in precedenza. Inoltre, il microtubulo – le minuscole strutture che secondo Hameroff ospitano le operazioni quantistiche nel cervello – è improvvisamente un argomento caldo. E due ricercatori stanno scoprendo che il vecchio anestesista potrebbe avere ragione: La fisica quantistica potrebbe essere vitale per la nostra consapevolezza, la cognizione e persino la memoria.
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The Hard Problem
Nonostante la posizione controversa di Hameroff nella comunità scientifica, le conferenze che ospita rimangono una buona occasione per ricercatori di neuroscienze e filosofi. Alla sua prima conferenza sulla coscienza a Tucson, Arizona, nel 1994, un giovane filosofo di nome David Chalmers – un australiano con la giacca di pelle, allora sormontato dai lunghi capelli arruffati di un fan dell’heavy metal – fece scalpore con una nuova interpretazione di un’antica questione.
Chalmers sosteneva che alcuni problemi associati agli studi cognitivi sono relativamente “facili” da risolvere. La maggior parte dell’elaborazione delle informazioni, come la guida di un’auto, è mera computazione. E per questo bastano i neuroni che sparano. Il “problema difficile”, dice, è l’esistenza della coscienza stessa. Lo stesso cablaggio nel nostro cervello ci permette di godere di una mela e anche di immaginare di mangiarne una quando non c’è nessuna mela nei dintorni. La scienza non può spiegare precisamente come. Le teorie già abbondavano, e ricercatori come il neuroscienziato Christof Koch – in coppia con Francis Crick, il co-scopritore della molecola del DNA – cercavano quelli che lui chiamava i correlati neurali della coscienza.
Ma laddove la maggior parte si è attenuta alle concezioni ortodosse della fisica e delle neuroscienze, Hameroff è arrivato a propagandare le sue idee più stravaganti.
Durante la Tucson Science of Consciousness Conference del 2016, Hameroff è stato trattato con il rispetto accordato a un organizzatore di conferenze e anche fatto oggetto di battute occasionali. Si potevano sentire gemiti nel pubblico, per esempio, quando Hameroff prendeva il microfono e metteva in relazione ciò che era stato appena presentato con la sua teoria.
Ma a pranzo, in una giornata particolarmente calda a metà conferenza, Hameroff ha cercato un posto all’ombra e ha sostenuto che si limita a dare il meglio di sé: I suoi detrattori possono esprimere i loro giudizi in sottigliezze accademiche, dice, ma essenzialmente stanno dicendo che ha sprecato la sua carriera in un tentativo sbagliato di dirigere le neuroscienze verso la pura speculazione e il quantum woo.
“Roger è ancora a bordo”, dice di Penrose. “
Penrose rimane impegnato in ciò che la coppia ha co-pubblicato nel corso degli anni – la scienza teorica. Sono diversi fuori dalla pagina. Penrose è stato per lo più muto sulle implicazioni filosofiche della loro teoria. Hameroff ha liberamente speculato sul significato di tutto questo. Per esempio, ha postulato che le esperienze di pre-morte potrebbero riflettere qualcosa di reale: un aldilà quantistico potenzialmente di breve durata.
La sfida, quindi, è quella di mettere da parte le speculazioni di Hameroff e guardare invece a ciò che lui e Penrose hanno pubblicato, e a come questa strana coppia sia diventata partner.
La biografia di Hameroff, e almeno alcune delle sue affermazioni, sono più saldamente radicate nella scienza di quanto i suoi critici normalmente consentano.
Il figlio di Carnival Barker
Hameroff è nato nel 1947 a Buffalo, New York. Suo padre, Harry, si esibiva come imbonitore di carnevale e come comico nel teatro burlesque e nel vaudeville. Suo nonno Abraham ebbe una grande influenza su di lui. Comprava al giovane Stuart libri sulla scienza e gli insegnava Einstein. “Era una specie di dilettante intellettuale”, dice Hameroff. “
Quando arrivò il momento di perseguire un’istruzione superiore, Hameroff era già profondamente interessato al “problema mente-corpo” – in sostanza, il “problema difficile” di Chalmers prima che lui coniasse il termine. Neurologia? Psichiatria? Durante uno stage al Tucson Medical Center, il presidente del dipartimento di anestesiologia gli disse che l’anestesiologia era la chiave per capire la coscienza. Così Hameroff ha indagato, e la sua carriera in anestesiologia ha preso rapidamente forma.
Hameroff dice che un paziente sotto anestesia mostra una funzione cerebrale relativamente normale, tranne una cosa: la coscienza. I neuroni continuano a sparare, e anche i segnali di dolore percorrono il loro percorso normale. Ma quel dolore non è mai sentito, mai sperimentato. La scienza dell’anestesia si trova proprio nel cuore del problema difficile: permettere ai processi computazionali “facili” di continuare, eliminando selettivamente l’esperienza soggettiva. Ma nessuno sa bene come.
All’inizio della sua carriera, Hameroff sospettava che i microtubuli potessero fornire una risposta. I microtubuli sono stati scoperti per caso negli anni ’60. Nei decenni successivi, hanno dimostrato di essere tra le strutture biologiche più versatili in natura. La tubulina, una proteina flessibile, si assembla in una lunga catena per creare i microtubuli. Questi tubi larghi 25 nanometri – migliaia di volte più piccoli di un globulo rosso – si trovano in ogni cellula di piante e animali.
I microtubuli agiscono come citoscheletro cruciale, sostenendo la struttura delle cellule viventi; come nastri trasportatori, spostando componenti chimici da una cellula all’altra; e come motori stessi, assumendo diverse formazioni e dividendo i cromosomi. Durante la divisione cellulare, i microtubuli spostano i cromosomi da un’estremità all’altra della cellula, quindi posizionano i cromosomi nelle nuove cellule figlie. I microtubuli entrano in gioco anche all’esterno delle cellule, formando ciglia e flagelli che permettono il movimento delle cellule. Ciò rende queste strutture qualcosa come i Transformers della biologia.
Hameroff è arrivato a credere che il microtubulo gioca un ruolo determinante negli effetti dell’anestesia – nella coscienza. Egli indica il paramecio unicellulare come prova. “Il paramecio non ha un sistema nervoso centrale”, dice. “Nessun cervello, nessun neurone, ma nuota, trova il cibo, si accoppia ed evita il pericolo. Sembra che faccia delle scelte, e sicuramente sembra elaborare informazioni.”
Come? O, più precisamente, dove? In quale parte del paramecio ha luogo questo rozzo tipo di cognizione? Hameroff credeva di poter trovare le risposte nell’unica struttura interna del paramecio: i microtubuli, il citoscheletro del paramecio. E dato che queste sono strutture su scala nanometrica, cominciò anche a pensare che la fisica quantistica potesse avere un ruolo. Ma per tutti gli anni ’80, la sua ricerca non ottenne alcun riconoscimento pubblico. Poi, una sera del 1990, si sedette a leggere il libro di Penrose The Emperor’s New Mind, un sorprendente best-seller che si snoda attraverso la fisica, la cosmologia, la matematica e la filosofia, prima di segnare un’ultima, sbattuta fermata alla coscienza.
Nelle sue pagine conclusive, Penrose si chiede come i neuroni in fiamme generino esperienza. Afferma che la fisica quantistica potrebbe essere necessaria per comprendere la coscienza.
Ma dove nel corpo – un luogo inospitale per delicate perturbazioni quantistiche – potrebbero avvenire tali eventi? Hameroff ha sentito una connessione immediata con Penrose. E naturalmente, pensava che i microtubuli contenessero la risposta.
Da lontano, i due sembravano una strana accoppiata: Penrose è uno degli scienziati più rispettati dell’ultimo mezzo secolo, e il suo lavoro in cosmologia e relatività generale gli ha procurato grandi riconoscimenti. Hameroff era un relativo sconosciuto, che gridava su un’oscura struttura biologica. Ma nel giro di pochi anni, erano coautori di articoli insieme e si attiravano il disprezzo di una generazione di colleghi scienziati.
I dati arrivano
In sintesi, Orch-OR propone che la coscienza abbia origine dai microtubuli e dalle azioni all’interno dei neuroni, piuttosto che dalle connessioni tra i neuroni. Colpisci una palla da tennis con una racchetta, e dopo puoi usare la fisica tradizionale per prevedere dove si trova in qualsiasi punto particolare. Ma nel regno dei quanti, tali aspettative vanno fuori dalla finestra. I movimenti sono sconosciuti finché non vengono osservati, secondo l’interpretazione tradizionale della meccanica quantistica. I fisici si riferiscono a questa osservazione finale, che determina ciò che è successo, come un’onda che “collassa” in un singolo stato.
Nei sistemi quantistici all’interno del neurone, Hameroff e Penrose sostengono che è ogni collasso della funzione d’onda che produce un momento cosciente.
Hameroff e Penrose erano colpevoli di invocare un mistero per risolvere un altro: Non capiamo la coscienza e non capiamo la fisica quantistica, quindi forse si spiegano a vicenda?
Quindi l’Orch-OR era e rimane vulnerabile agli attacchi – e molti lo fanno con enorme gusto. Due decenni fa, la neurofilosofa Patricia Churchland e il fisico Max Tegmark furono tra coloro che lanciarono vere e proprie bordate. Hameroff e Penrose risposero, e Hameroff pubblicò una lista di 20 previsioni verificabili prodotte da Orch-OR.
Tuttavia, la teoria più ampia serve come una sorta di distrazione da alcune delle idee di Hameroff: che la fisica quantistica potrebbe giocare un ruolo non banale nella cognizione e nella coscienza umana, e che i microtubuli – attività all’interno del neurone – potrebbero ospitare questi eventi quantistici.
“Se avessi speculato in questa direzione, diciamo, 10 anni fa, saresti stato etichettato come un pazzo”, dice Neven di Google.
Ma i ricercatori hanno recentemente scoperto che gli effetti quantistici sono importanti per alcuni processi biologici, come la fotosintesi. Quando un fotone colpisce un elettrone in una foglia, l’elettrone lo consegna a un’altra molecola chiamata centro di reazione, che converte la luce in energia chimica per alimentare la pianta. Gli scienziati hanno sempre pensato che il processo sembrasse quasi troppo efficiente perché pochissima energia in eccesso viene persa nel processo.
Poi, nel 2007, i ricercatori hanno iniziato a sospettare che dietro questa efficienza ci fosse la fisica quantistica. L’elettrone potrebbe usare l’effetto quantistico della sovrapposizione, dove una particella può essere in due posti contemporaneamente, per testare diversi percorsi verso il centro di reazione dove avviene la fotosintesi, e prendere quello più efficiente. Il concetto non è ancora provato, ma ha guadagnato trazione. Neven dice che gli scienziati sono ora attenti a non scartare del tutto queste idee.
Per esempio, in un recente articolo su Nature Physics, il fisico Neill Lambert dell’Advanced Science Institute in Giappone ha definito notevole la nuova ricerca sulla fotosintesi solo per aver suggerito che gli effetti quantistici possono verificarsi nei sistemi biologici a temperatura ambiente.
E più recentemente, Rod Eckenhoff, ricercatore dell’Università della Pennsylvania e critico di Hameroff, ha dato anestetici ai girini per scoprire a quali molecole si legano. Il suo team ha scoperto che le proteine della tubulina erano tra queste, e poi ha scoperto che se si somministrava un tipo di agente inverso – un farmaco che stabilizzava i microtubuli – gli effetti degli anestetici erano uguali. Egli rimane un critico delle teorie “speculative” di Hameroff, ma dice che la sua ricerca suggerisce che i microtubuli potrebbero giocare “qualche ruolo” nella coscienza.
Anche Hameroff rimane controverso. Koch, il ricercatore del cervello ed esperto di coscienza, ha rifiutato di commentare, dicendo che non vuole essere il “critico eterno” a cui tutti si rivolgono per smontare la teoria Hameroff-Penrose. Ma alcuni si stanno avvicinando.
“Sono sempre stato abbastanza scettico sulle affermazioni di Stuart sui microtubuli”, dice Anthony Hudetz, un neuroscienziato del dipartimento di anestesiologia dell’Università del Michigan. “Ma ora ci sono dei dati. E devo dire che penso che Stuart abbia un certo slancio ora.”
Hudetz vede i microtubuli come un buon meccanismo potenziale per spiegare l’anestesia. “Ho la sensazione che tutta questa teoria dei microtubuli sia maturata abbastanza bene”, dice. Per Hudetz, la chiave per andare avanti è testare se gli eventi molecolari all’interno dei microtubuli sono effettivamente legati agli eventi quantistici come propone Hameroff.
E ora, due scienziati che lavorano indipendentemente l’uno dall’altro, ma entrambi apertamente ispirati da Hameroff, stanno portando la ricerca sui microtubuli a un livello completamente nuovo.
Inside The Neuron
Anirban Bandyopadhyay ha riassunto la sua ricerca in un discorso alla conferenza Science of Consciousness 2016 di Hameroff. Alto un metro e ottanta e snello, con i capelli neri e scuri e un sorriso ampio e gioioso, Bandyopadhyay ha un lavoro importante per uno scienziato sulla quarantina, guidando il suo gruppo di ricerca al National Institute for Materials Science (NIMS) in Giappone. Come fisico, ha studiato il funzionamento interno dei cervelli naturali e artificiali. Per capire la funzione del cervello, Bandyopadhyay crede che gli scienziati debbano capire il funzionamento all’interno del neurone, compreso il microtubulo.
La visione convenzionale è che i neuroni si accendono quando un canale all’interno della membrana cellulare si apre, inondando il neurone di ioni caricati positivamente. Una volta raggiunta una soglia specifica, un segnale elettrico viaggia lungo l’assone – le fibre nervose all’interno del neurone – e il neurone si accende. Gli assoni sono lunghi fili che collegano i neuroni ad altre cellule. E all’interno di ogni assone c’è un fascio di nanofili, tra cui il microtubulo.
Bandyopadhyay ha scoperto che poteva applicare una di queste cariche specifiche al microtubulo, causando l’accumulo di attività nel neurone. Permettendo alla corrente di continuare, poteva far sparare il neurone, o – tagliando il segnale – impedirgli di sparare del tutto.
Dice che questo fascio di nanofili risuona come una corda di chitarra, sparando migliaia di volte più velocemente della normale attività di un neurone. Il neurone, ha pensato, contrariamente a tutte le attuali conoscenze scientifiche, non è l’essenziale, o la prima causa del processo di pensiero umano.
” bisogno di andare più in profondità – nel microtubulo,” dice.
Per Bandyopadhyay, l’enfasi della moderna scienza del cervello sul neurone è fuorviante. A volte sfacciato, si riferisce alle neuroscienze come a una dermatologia.
“Il neurone è la pelle”, dice. “
Frangia o frontiera?
Il lavoro di Bandyopadhyay del 2013 sul microtubulo ha richiesto l’adattamento di un microscopio speciale e la stipula di un contratto con una ditta esterna per creare un ago con una punta di 1 per 1 nanometro – il più piccolo mai costruito, dice Bandyopadhyay. Il suo team lo ha usato per scrutare all’interno del microtubulo con incredibile precisione.
Bandyopadhyay ha inserito l’ago in un neurone di ratto per vedere il microtubulo. Mentre lo faceva, i monitor su una parete della stanza tremolavano con le immagini del livello più piccolo della biologia animale. La serie successiva di esperimenti consisteva nell’applicare varie cariche elettriche e guardare la “pelle” del neurone e l’interno del microtubulo. All’inizio, non succedeva nulla. Ma quando ha iniziato ad applicare specifiche cariche di energia al microtubulo, questo ha risposto, vibrando e conducendo l’elettricità. Questo era curioso ed eccitante.
Un microtubulo è composto da molte singole subunità. Se funzionassero in modo puramente classico, come isolanti – come il legno, il vetro e altri materiali comuni che impediscono alla corrente elettrica di scorrere liberamente – la quantità di resistenza attraverso il microtubulo dovrebbe aumentare. Ma Bandyopadhyay ha trovato qualcosa di molto diverso quando ha applicato cariche specifiche di corrente alternata. I livelli di resistenza saltavano di un fattore di 1 miliardo. Il microtubulo si comportava come un semiconduttore, uno dei più importanti sviluppi dell’elettronica. Stava lì a meravigliarsi dei suoi risultati.
“Quando si ottengono risultati come questo”, dice, “si ha paura. Ho sbagliato in qualche modo?”
Ma ha controllato, facendo anche controllare i suoi risultati da colleghi esterni al suo laboratorio al NIMS. In esperimenti successivi, ha visto che questa attività di conduzione nel microtubulo precedeva lo sparo neuronale, o a livello di membrana. La sua ricerca sui microtubuli è apparsa sulla rivista Biosensors and Bioelectronics. E ha un altro studio ancora sotto peer review.
I risultati devono ancora essere replicati da altri scienziati. Ma quelli che promuovono le scoperte di Bandyopadhyay sono filosofici sulla sua posizione.
“Se stai cercando la scienza di frontiera, devi guidare fino al bordo di ciò che è noto”, dice David Sonntag, un tossicologo che in precedenza ha lavorato a Tokyo per la U.Sonntag, un tossicologo che ha lavorato a Tokyo per l’ala di ricerca e sviluppo dell’aeronautica militare statunitense e che ha contribuito a finanziare alcune delle ricerche di Bandyopadhyay. Il problema è capire quando si è al punto di biforcazione. Quando la frangia diventa la frontiera?”
Per ora, Bandyopadhyay rimane chiaramente ai margini. Ma ha portato qualcosa di nuovo al dibattito: un esperimento che può essere replicato, o no, e una prospettiva diversa su Hameroff. “Questo non mi riguarda”, dice. Tuttavia, descrive Hameroff come un padre per la sua ricerca. “Quest’uomo parlava di microtubuli già nel 1982”, dice. “Solo pensando a loro, incapace di studiarli come ho fatto io, sapeva, e così avanti rispetto a tutti gli altri. Mi sono chiesto, ‘Che tipo di cervello ha?'”
L’elemento mancante di un circuito
C’è anche un altro scienziato molto più esperto che lavora sullo stesso filone di ricerca e vede risultati drammatici per quanto riguarda il microtubulo.
Jack Tuszynski, un biofisico dell’Università di Alberta, è un collaboratore di Hameroff di lunga data che crea farmaci per il cancro. Le sue ultime scoperte suggeriscono che i microtubuli hanno interessanti proprietà conduttive, ma indicano che potrebbero anche essere quelli che vengono chiamati “memristori”. Il memristor è il tanto ricercato quarto elemento in un circuito elettrico, teorizzato per la prima volta da Leon Chua, un ingegnere elettrico dell’Università della California, Berkeley.
Chua ha notato qualcosa di ovvio. I tre elementi di circuito esistenti – resistenza, condensatore e induttore – dipendono da relazioni tra coppie che controllano come l’elettricità scorre, come viene immagazzinata e come cambia mentre si muove attraverso un circuito:
– resistenza (tensione + corrente)
– condensatore (tensione + carica)
– induttore (flusso magnetico + corrente)
Studiando le coppie, Chua ha teorizzato che ci dovrebbe essere un quarto elemento del circuito che governa la relazione tra la coppia “mancante” – carica e flusso. Chua ha coniato il termine memristor, giocando con le parole memoria e resistenza, e da lì il suo lavoro è stato strettamente matematico. Se un tale elemento del circuito esistesse, cosa farebbe? Le equazioni di Chua suggerivano che la resistenza elettrica di un memristor, o conduttività, non sarebbe stata costante, come quella di una lampadina, ma dinamica e determinata dalla storia della corrente che aveva attraversato il dispositivo.
Che problema c’è? Nei transistor, qualsiasi interruzione del flusso di elettroni comporta una perdita di dati. I memristori, invece, incorporano sia il flusso di elettroni che gli ioni – atomi elettricamente carichi.
Perché ricordano la carica che è passata precedentemente attraverso il materiale, le informazioni potrebbero essere conservate anche quando sono spente. Nei computer, l’innovazione significa niente più riavvio. I computer si accenderebbero come lampadine, e gli hard disk diventerebbero una cosa del passato.
La corsa è in corso per costruire chip memristor a un costo scalabile per i computer di consumo, e per una buona ragione: I memristor richiedono forse l’1% dell’energia di un chip standard. E mentre i chip dei computer standard sono limitati al codice binario di 0 e 1, i memristori trattano in unità frazionarie di informazione – uno sviluppo considerato chiave nella costruzione di computer che si comportano come il cervello umano.
Tuszynski non aveva familiarità con i memristori fino a quando non ha incontrato Chua a una conferenza del 2015 in India. “Penso che i microtubuli siano memristori”, gli ha detto Chua, rivelando un interesse di lunga data per il lavoro di Hameroff. Chua è stato particolarmente colpito, dice, quando una volta ha sentito Hameroff sottolineare che i microtubuli sono onnipresenti in natura, mentre i neuroni non lo sono. Questa intuizione – in realtà, una semplice affermazione di fatto – ha colpito Chua come cruciale. “Tutti questi sistemi biologici si impegnano in una sorta di elaborazione delle informazioni”, dice. “Come lo fanno?”
Pensava che Hameroff avesse trovato la risposta nei microtubuli.
Tuszynski è molto diverso da Hameroff, suo collaboratore di lunga data. Solido e pratico, ha pubblicato più di 400 articoli in pubblicazioni peer-reviewed, lavorando nel campo della medicina di precisione e della biologia computazionale. “Stuart, credo, è molto incline alla speculazione”, dice. “Per molti aspetti, è il suo peggior nemico e sarebbe meglio se si limitasse un po’. Ma Stuart è un genio. Il suo lavoro sui microtubuli, prima ancora di essere coinvolto con Penrose, è brillante, ed è il motivo per cui oggi lavoro sui microtubuli”.”
Per testare la teoria dei memristori, il team di Tuszynski ha riempito un piatto con microtubuli, proteine tubuliniche e una soluzione tampone, poi ha aggiunto elettricità. Nel corso di molte settimane, ha trovato un risultato affascinante. Più sostituiva la soluzione tampone con più microtubuli, migliore era la conduttanza.
“La conduttanza aumentava di due o tre volte con la maggiore presenza di microtubuli”, dice Tuszynski, suggerendo che i microtubuli erano migliori nel condurre l’energia rispetto alla soluzione tampone.
Inoltre, ha trovato l’effetto firma memristor: Quando ha invertito il flusso di elettricità, come in una corrente alternata, l’efficienza della conduttanza è aumentata, come se il microtubulo ricordasse la corrente che lo ha attraversato in precedenza.
Il laboratorio di Tuszynski ha pubblicato un articolo la scorsa estate sulle proprietà conduttive dei microtubuli su Nature Scientific Reports, e sta preparando un articolo sui microtubuli come memristori. Se questi risultati reggono, potrebbero sostenere il caso di Hameroff.
Il regno dei quanti
L’ultima mattina della conferenza a Tucson, Hameroff fa rotolare lentamente una valigia fino all’ingresso e si siede su una poltrona per gestire ancora qualche compito amministrativo.
“Penso sia andata bene”, dice. “La gente mi dice che si è divertita. L’ho organizzato io, quindi potrebbe essere una stronzata. Ma penso che dicano sul serio.”
Essendo questa una produzione Hameroff, c’è stata una buona dose di lotta. Chalmers ha accusato Hameroff di aver portato la conferenza troppo lontano nel regno dei quanti.
Hameroff ha una risposta pronta. È stato in grado di includere così tante sessioni di conferenza orientate ai quanti, dice, perché la biologia quantistica è un campo in crescita.
Naturalmente, nulla di tutto questo è per dire che Hameroff vince questo dibattito. Deve ancora riformulare la frangia come frontiera, e potrebbe non farlo mai. Ma in questo momento, con il successo scientifico che è in parte una semplice funzione della matematica – un’idea sta guadagnando o perdendo aderenti? – è chiaramente in ascesa, e questo non è forse mai così evidente come quando si alza per andarsene.
Con una mano sulla maniglia del suo bagaglio, viene immediatamente fermato. Hudetz, l’anestesista che una volta era sprezzante nei confronti di Hameroff, si avvicina per salutarlo. Dice al suo ospite, con apparente serietà: “È stata un’ottima conferenza, Stuart. Mi sono divertito molto.”
Hameroff lo ringrazia. Scherzano un po’ e Hudetz si gira per andarsene. “Sai”, dice Hameroff, fermandolo, “dovresti fare qualche ricerca sui microtubuli.”
“È divertente che tu dica questo”, risponde Hudetz. “Perché ne stiamo parlando nel mio laboratorio. C’è un certo interesse. Potremmo farlo”.
Steve Volk è un redattore collaboratore di Discover.