Stuart Hameroff to postać zuchwała – niski, okrągły, z siwymi włosami i szeroką, gnomiczną twarzą. Jego głos jest jak dym – głęboki i ziarnisty, dudniący ciężarem jego 70 lat. Przez ponad dwie dekady prowadził konferencję naukową na temat badań nad świadomością. Każdego dnia pojawia się w pomiętych dżinsach i koszulach z krótkim rękawem. Efekt jest swobodny, graniczący z niechlujstwem. Ale z bliska jest władczy i dla swoich krytyków jawi się jako wojowniczy.
Może nie przejmuje się tak bardzo tym, jak jest ubrany. Bardzo zależy mu na tym, w jaki sposób on i jego teorie są adresowane.
Hameroff jest najbardziej znany z tego, że służy jako swego rodzaju gaduła w dziedzinie neuronauki i filozofii. Wyłonił się w 1994 roku z pozbawionych okien wnętrzności szpitala w Arizonie, gdzie nadal pracuje jako anestezjolog, aby wysunąć to, co wydawało się – w tamtym czasie – jednymi z bardziej dziwacznych pomysłów na temat ludzkiego mózgu.
Większość neuronaukowców twierdzi, że myśli rodzą się z komórek mózgowych zwanych neuronami. Hameroff sugeruje, że najbardziej znaczące działania mają miejsce na niemożliwie małym poziomie kwantowym, gdzie cząstki subatomowe, takie jak fotony i elektrony, wykazują dziwaczne zachowania. Uważa on, że fizyka kwantowa napędza świadomość.
Gdyby Hameroff sam zaproponował te idee, mógłby zostać zignorowany, ale jego współteoretykiem był Sir Roger Penrose, ceniona postać fizyki matematycznej. Ich teoria, zwana „orkiestrową redukcją obiektywną” lub Orch-OR, sugeruje, że struktury zwane mikrotubulami, które transportują materiał wewnątrz komórek, leżą u podstaw naszego świadomego myślenia.
Ale model Penrose’a-Hameroffa tego, co można nazwać świadomością kwantową, był naukowym niewypałem. Czołowi eksperci całkowicie odrzucili nowy model. Krytycy twierdzili, że efekty kwantowe są notorycznie trudne do utrzymania w laboratorium, wymagają ultrazimnych temperatur i osłon, aby chronić przed nawet najdelikatniejszymi zakłóceniami. Krytycy twierdzili, że żywe organizmy są po prostu zbyt „ciepłe, wilgotne i hałaśliwe”, aby umożliwić utrzymywanie się znaczących efektów kwantowych. Co więcej, neurobiolodzy argumentowali, model Penrose’a-Hameroffa nie oferował żadnych testowalnych hipotez.
Para nie zgadzała się jednoznacznie, churning out więcej papierów na przestrzeni lat. Ale podczas gdy reputacja Penrose’a jest zbyt górująca, aby ją zniszczyć, Hameroff wydawał się znaleźć swoją najmocniejszą stopę poprzez popkulturę. Otrzymał wsparcie od Deepaka Chopry, pisarza i guru New Age, zwolennika teorii świadomości kwantowej. Pojawił się również w filmie What the Bleep Do We Know, który rozgniewał naukowców za forsowanie kwantowego mistycyzmu, który leży u podstaw naszej egzystencji.
Po drodze, w 2006 roku, Hameroff wygłosił przemówienie, które podsumowało jego relacje ze społecznością naukową. Na konferencji zatytułowanej „Beyond Belief”, która była wypełniona czołowymi luminarzami z wielu dyscyplin, przedstawił swoje teorie na temat wszystkiego, od świadomości do „duchowości” opartej na mechanice kwantowej. Na koniec, wybitny fizyk Lawrence Krauss przemówił ze swojego miejsca na widowni. „Z punktu widzenia fizyki,” powiedział, „wszystko, co powiedziałeś, to nonsens.”
Wielu uważa Hameroffa za nonsensownego, istotę z opowieści Lewisa Carrolla, która woła spod muchomora sromotnikowego, że wszystko mamy źle, że jakiś rodzaj kwantowej magii leży u podstaw funkcjonowania naszego mózgu.
Ale zaledwie cztery lata później nastąpiła zmiana. W 2010 roku Hameroff został zaproszony do wygłoszenia mowy na mniej publicznym spotkaniu, w kampusie Google w Mountain View w Kalifornii. Jego prezentacja sugerowała, że może mieć bardziej zdecydowany pogląd na rzeczywistość, niż niektórzy sądzili.
Hameroff i kilku innych naukowców zostało zaproszonych przez Hartmuta Nevena, badacza technologii wyszukiwania wizualnego w Google. W tym czasie naukowcy próbowali już wykorzystać prawa fizyki kwantowej do budowy mniejszych, inteligentniejszych komputerów. A biolodzy zaczęli podejrzewać, że fizyka kwantowa może być ważna dla procesów takich jak fotosynteza i migracja z wykorzystaniem pola magnetycznego Ziemi. Neven mówi, że był zainteresowany badaniami Hameroffa, ponieważ zrozumienie wydajności mózgu może przynieść ogromne oszczędności dla Google.
„Myślę, że to raczej niezwykłe, że ludzki mózg jest w stanie osiągnąć swoje ogromne wyczyny na zaledwie łyżeczce cukru dziennie”, mówi Neven.
Zabawna rzecz wydarzyła się podczas podróży Hameroffa przez zachwaszczone pola naukowej drwiny: Pojawiły się dane.
Dane nie są wystarczające do potwierdzenia Orch-OR, ale nowe odkrycia sugerują, że niektóre z twierdzeń Hameroffa są bardziej wiarygodne niż wcześniej przypuszczano. Co więcej, mikrotubule – maleńkie struktury, które Hameroff uważa za miejsce operacji kwantowych w mózgu – są nagle gorącym tematem. Dwaj badacze odkrywają, że stary anestezjolog może mieć rację: Fizyka kwantowa może być istotna dla naszej świadomości, poznania, a nawet pamięci.
Czytaj dalej: Biocentryczna teoria wszechświata: Life Creates Time, Space, and the Cosmos Itself
The Hard Problem
Mimo kontrowersyjnej pozycji Hameroffa w środowisku naukowym, konferencje, które organizuje, pozostają dobrą okazją dla badaczy neurobiologii i filozofów. Na jego pierwszej konferencji poświęconej świadomości w Tucson, w Arizonie, w 1994 roku, młody filozof David Chalmers – Australijczyk w skórzanej kurtce, wtedy jeszcze z długimi, kudłatymi włosami fana heavy metalu – zrobił furorę nową interpretacją starożytnego pytania.
Chalmers argumentował, że niektóre problemy związane z badaniami kognitywnymi są stosunkowo „łatwe” do rozwiązania. Większość procesów przetwarzania informacji, takich jak prowadzenie samochodu, to zwykłe obliczenia. A do tego wystarczy odpalanie neuronów. Trudnym problemem”, mówi, jest istnienie samej świadomości. To samo okablowanie w naszym mózgu pozwala nam cieszyć się jedzeniem jabłka, a także pozwala nam wyobrażać sobie, że jemy jabłko, gdy nie ma go w pobliżu. Nauka nie potrafi dokładnie wyjaśnić, w jaki sposób. Teorie już obfitowały, a naukowcy tacy jak neuronaukowiec Christof Koch – partner Francisa Cricka, współodkrywcy cząsteczki DNA – szukali tego, co nazwał neuronowymi korelatami świadomości.
Ale tam, gdzie większość trzymała się ortodoksyjnego rozumienia fizyki i neuronauki, Hameroff pojawił się, przedstawiając swoje bardziej oderwane od rzeczywistości pomysły.
Podczas konferencji 2016 Tucson Science of Consciousness Conference, Hameroff był traktowany z szacunkiem przyznawanym organizatorowi konferencji, a także stał się obiektem okazjonalnych żartów. Wśród publiczności dało się słyszeć słyszalne jęki, na przykład gdy Hameroff brał mikrofon i odnosił to, co właśnie zostało zaprezentowane, do swojej własnej teorii.
Ale podczas lunchu, w szczególnie gorący dzień w połowie konferencji, Hameroff szukał miejsca w cieniu i przekonywał, że po prostu daje z siebie tyle, ile dostaje: Jego krytycy mogą wyrażać swoje sądy w akademickich niuansach, ale zasadniczo mówią, że zmarnował swoją karierę w błędnej próbie skierowania neuronauki w stronę czystej spekulacji i kwantowego woo.
„Roger wciąż jest na pokładzie”, mówi o Penrose’ie. „Szczerze mówiąc, mamy wrażenie, że jedziemy wysoko.”
Penrose pozostaje zaangażowany w to, co para publikowała przez lata – w naukę teoretyczną. Różnią się poza stroną. Penrose w większości milczy na temat filozoficznych implikacji ich teorii. Hameroff swobodnie spekulował na temat tego, co to wszystko oznacza. Na przykład twierdził, że doświadczenia bliskie śmierci mogą odzwierciedlać coś prawdziwego: potencjalnie krótkotrwałe kwantowe życie pozagrobowe.
Wyzwanie polega na odłożeniu na bok spekulacji Hameroffa i przyjrzeniu się temu, co on i Penrose opublikowali, a także temu, jak ta dziwna para stała się partnerami w pierwszej kolejności.
Biografia Hameroffa, a przynajmniej niektóre z jego twierdzeń, są mocniej zakorzenione w nauce, niż zwykle dopuszczają to jego krytycy.
Syn Karnawału Barkera
Hameroff urodził się w 1947 roku w Buffalo, w stanie Nowy Jork. Jego ojciec, Harry, występował jako wesołek karnawałowy oraz jako komik w teatrze burleski i wodewilu. Ogromny wpływ miał na niego jego dziadek Abraham. Kupował młodemu Stuartowi książki naukowe i uczył go o Einsteinie. „Był swego rodzaju intelektualnym dyletantem” – mówi Hameroff. „Wiedział dużo o wielu rzeczach.”
Kiedy nadszedł czas na podjęcie studiów wyższych, Hameroff był już głęboko zainteresowany „problemem umysł-ciało” – w istocie „trudnym problemem” Chalmersa, zanim jeszcze ukuł on ten termin.
Hameroff wybrał szkołę medyczną, ale nie mógł znaleźć specjalizacji. Neurologia? Psychiatria? Podczas stażu w Tucson Medical Center, przewodniczący wydziału anestezjologii powiedział mu, że anestezjologia jest kluczem do zrozumienia świadomości. Hameroff zbadał sprawę, a jego kariera w anestezjologii szybko nabrała kształtu.
Hameroff twierdzi, że pacjent pod znieczuleniem wykazuje względnie normalne funkcjonowanie mózgu, z wyjątkiem jednej rzeczy: świadomości. Neurony nadal strzelają, a nawet sygnały bólowe pokonują swoje normalne trasy. Ale ten ból nigdy nie jest odczuwalny, nigdy nie jest doświadczany. Nauka o znieczuleniu znajduje się w samym sercu trudnego problemu – umożliwienia kontynuacji „łatwych” procesów obliczeniowych przy jednoczesnej selektywnej eliminacji subiektywnego doświadczenia. Nikt jednak nie wie, jak to zrobić.
Wcześniej w swojej karierze Hameroff podejrzewał, że odpowiedzi mogą dostarczyć mikrotubule. Mikrotubule zostały odkryte przez przypadek w latach 60. W ciągu następnych dziesięcioleci okazały się jednymi z najbardziej wszechstronnych struktur biologicznych w przyrodzie. Tubulina, elastyczne białko, łączy się w długi łańcuch, tworząc mikrotubule. Te rurki o szerokości 25 nanometrów – tysiące razy mniejsze od czerwonej krwinki – znajdują się w każdej komórce roślin i zwierząt.
Mikrotubule działają jako kluczowy cytoszkielet, podtrzymując strukturę żywych komórek; jako pasy transmisyjne, przenosząc składniki chemiczne z jednej komórki do drugiej; oraz jako same poruszające się, przybierając różne kształty i dzieląc chromosomy. Podczas podziału komórki mikrotubule przenoszą chromosomy z jednego końca komórki na drugi, a następnie umieszczają je w nowych komórkach potomnych. Mikrotubule wchodzą w grę nawet na zewnątrz komórek, tworząc rzęski i flagelle, które umożliwiają ruch komórek. To czyni te struktury czymś w rodzaju Transformerów biologii.
Hameroff doszedł do przekonania, że mikrotubule odgrywają decydującą rolę w efektach znieczulenia – w świadomości. Jako dowód wskazuje na jednokomórkowe paramecium. „Paramecium nie ma centralnego układu nerwowego,” mówi. „Nie ma mózgu, nie ma neuronów, ale pływa, znajduje pożywienie, znajduje partnera i unika niebezpieczeństwa. Wydaje się dokonywać wyborów i zdecydowanie wydaje się, że przetwarza informacje.”
Jak? Albo bardziej do punktu Hameroffa, gdzie? W jakiej części Paramecium zachodzi ten prymitywny rodzaj poznania? Hameroff wierzył, że może znaleźć odpowiedzi w jedynej wewnętrznej strukturze Paramecium: mikrotubulach, cytoszkielecie Paramecium. A ponieważ są to struktury w nanoskali, zaczął również myśleć, że fizyka kwantowa może odgrywać tu jakąś rolę. Jednak przez całe lata 80. jego badania nie spotkały się z żadnym uznaniem opinii publicznej. Aż pewnej nocy w 1990 roku usiadł, by przeczytać książkę Penrose’a „Nowy umysł cesarza”, zaskakujący bestseller, który wije się przez fizykę, kosmologię, matematykę i filozofię, by ostatecznie zatrzymać się na świadomości.
Na końcowych stronach Penrose zastanawia się, jak odpalające się neurony generują doświadczenie. Uważa, że fizyka kwantowa może być niezbędna do zrozumienia świadomości.
Ale gdzie w ciele – niegościnnym miejscu dla delikatnych perturbacji kwantowych – takie zdarzenia mogłyby mieć miejsce? Hameroff od razu poczuł więź z Penrose’em. I oczywiście, myślał, że mikrotubule są odpowiedzią.
Z daleka ci dwaj wydawali się dziwną parą: Penrose jest jednym z najbardziej szanowanych naukowców ostatniego półwiecza, a jego prace z zakresu kosmologii i ogólnej teorii względności przyniosły mu wysokie zaszczyty. Hameroff był względną niewiadomą, krzyczącą o niejasnej strukturze biologicznej. Ale w ciągu kilku lat stali się współautorami prac i ściągali na siebie pogardę całego pokolenia innych naukowców.
Data Arrives
W sumie, Orch-OR proponuje, że świadomość pochodzi z mikrotubul i działań wewnątrz neuronów, a nie z połączeń między neuronami. Uderz piłkę tenisową rakietą, a potem możesz użyć tradycyjnej fizyki, aby przewidzieć, gdzie ona jest w każdym konkretnym punkcie. Ale w sferze kwantowej takie oczekiwania nie mają racji bytu. Zgodnie z tradycyjną interpretacją mechaniki kwantowej ruchy są nieznane, dopóki nie zostaną zaobserwowane. Fizycy odnoszą się do tej końcowej obserwacji, która określa, co się stało, jako do „załamania się” fali w pojedynczy stan.
W systemach kwantowych wewnątrz neuronu Hameroff i Penrose twierdzą, że to każde załamanie się funkcji falowej daje świadomy moment.
Hameroff i Penrose byli winni powołania się na jedną tajemnicę, aby rozwiązać inną: Nie rozumiemy świadomości i nie rozumiemy fizyki kwantowej, więc może one wyjaśniają się nawzajem?
Więc Orch-OR był i pozostaje podatny na ataki – a wielu robi to z ogromnym zapałem. Dwie dekady temu, neurofilozof Patricia Churchland i fizyk Max Tegmark byli wśród tych, którzy wystrzelili w powietrze. Hameroff i Penrose odpowiedzieli, a Hameroff opublikował listę 20 możliwych do przetestowania przewidywań, które przyniósł Orch-OR.
Jednakże, ta większa teoria służy jako coś w rodzaju odwrócenia uwagi od niektórych pomysłów Hameroffa: że fizyka kwantowa może odgrywać nietrywialną rolę w ludzkim poznaniu i świadomości, i że mikrotubule – aktywność wewnątrz neuronu – mogą pomieścić te kwantowe happeningi.
„Jeśli spekulowałbyś w tym kierunku, powiedzmy, 10 lat temu, zostałbyś uznany za wariata”, mówi Neven z Google.
Ale naukowcy odkryli ostatnio, że efekty kwantowe są ważne dla pewnych procesów biologicznych, takich jak fotosynteza. Kiedy foton uderza w elektron w liściu, elektron dostarcza go do innej cząsteczki, zwanej centrum reakcji, która przekształca światło w energię chemiczną, aby nakarmić roślinę. Naukowcy zawsze uważali, że proces ten wygląda prawie zbyt wydajnie, ponieważ bardzo mało nadmiaru energii jest tracone w tym procesie.
W 2007 r. naukowcy zaczęli podejrzewać, że za tą wydajnością stoi fizyka kwantowa. Elektron mógł wykorzystać kwantowy efekt superpozycji, w którym cząstka może znajdować się w dwóch miejscach jednocześnie, aby przetestować kilka dróg do centrum reakcji, gdzie zachodzi fotosynteza, i wybrać najbardziej wydajną. Koncepcja ta nie jest jeszcze udowodniona, ale zyskała na popularności. Neven mówi, że naukowcy są teraz ostrożni, aby nie odrzucać takich pomysłów.
Na przykład, w ostatnim artykule w Nature Physics, fizyk Neill Lambert z Advanced Science Institute w Japonii nazwał nowe badania nad fotosyntezą jako niezwykłe tylko dlatego, że sugerują, iż efekty kwantowe mogą wystąpić w systemach biologicznych w temperaturze pokojowej.
A ostatnio Rod Eckenhoff, badacz z University of Pennsylvania i krytyk Hameroffa, podał kijankom środki znieczulające, aby dowiedzieć się, z jakimi cząsteczkami się wiążą. Jego zespół odkrył, że białka tubuliny były wśród nich, a następnie stwierdził, że jeśli podano rodzaj środka odwrotnego – lek stabilizujący mikrotubule – to efekty znieczulenia były takie same. Pozostaje on krytykiem „spekulatywnych” teorii Hameroffa, ale mówi, że jego badania sugerują, iż mikrotubule mogą odgrywać „jakąś rolę” w świadomości.
Jeszcze Hameroff pozostaje kontrowersyjny. Koch, badacz mózgu i ekspert od świadomości, odmówił komentarza, mówiąc, że nie chce być „wiecznym krytykiem”, do którego wszyscy idą po obalenia teorii Hameroffa-Penrose’a. Ale niektórzy z nich już się pojawiają.
„Zawsze byłem dość sceptyczny wobec twierdzeń Stuarta o mikrotubulach”, mówi Anthony Hudetz, neurobiolog z wydziału anestezjologii na Uniwersytecie Michigan. „Ale teraz są dane. I muszę przyznać, że Stuart ma teraz pewien impet.”
Hudetz postrzega mikrotubule jako dobry potencjalny mechanizm wyjaśniający znieczulenie. „Mam wrażenie, że cała ta teoria mikrotubul dojrzała całkiem nieźle” – mówi. Dla Hudetza kluczem do dalszych badań jest sprawdzenie, czy zdarzenia molekularne wewnątrz mikrotubul rzeczywiście odnoszą się do zdarzeń kwantowych, jak proponuje Hameroff.
A teraz, dwóch naukowców pracujących niezależnie od siebie, ale obaj otwarcie zainspirowani przez Hameroffa, przenoszą badania nad mikrotubulami na zupełnie nowy poziom.
Wewnątrz neuronu
Anirban Bandyopadhyay podsumował swoje badania w wykładzie na konferencji Hameroffa Science of Consciousness 2016. Sześć stóp wzrostu, szczupły, z ciemnymi, czarnymi włosami i szerokim, radosnym uśmiechem, Bandyopadhyay cieszy się pracą jak na naukowca po czterdziestce, prowadząc własną grupę badawczą w National Institute for Materials Science (NIMS) w Japonii. Jako fizyk, badał wewnętrzne funkcjonowanie zarówno naturalnych, jak i sztucznych mózgów. Aby zrozumieć funkcjonowanie mózgu, Bandyopadhyay uważa, że naukowcy muszą zrozumieć działanie neuronów, w tym mikrotubul.
Konwencjonalny pogląd głosi, że neurony zapalają się, gdy otwiera się kanał w błonie komórkowej, zalewając neuron dodatnio naładowanymi jonami. Gdy osiągnięty zostanie określony próg, sygnał elektryczny wędruje w dół aksonu – włókien nerwowych wewnątrz neuronu – i neuron się zapala. Aksony to długie przewody, które łączą neurony z innymi komórkami. Wewnątrz każdego aksonu znajduje się wiązka nanodrutów, w tym mikrotubule.
Bandyopadhyay odkrył, że może zastosować jeden z tych specyficznych ładunków do mikrotubuli, powodując wzrost aktywności w neuronie. Pozwalając na kontynuację prądu, mógł wywołać pożar neuronu, lub – odcinając sygnał – całkowicie go powstrzymać.
Mówi, że ta wiązka nanodrutów rezonuje jak struna gitarowa, strzelając tysiące razy szybciej niż normalna aktywność w neuronie. Pomyślał, że neuron, wbrew wszelkim obecnym poglądom naukowym, nie jest podstawową lub pierwszą przyczyną ludzkiego procesu myślowego.
„Musimy sięgnąć głębiej – do mikrotubuli”, mówi.
Dla Bandyopadhyaya nacisk, jaki współczesna nauka o mózgu kładzie na neuron, jest błędny. Czasami zuchwale odnosi się do neuronauki jak do dermatologii.
„Neuron to skóra”, mówi. „Jest ważny, tak, ale nie jest wszystkim.”
Fringe or Frontier?
Praca Bandyopadhyaya z 2013 roku nad mikrotubulą wymagała przerobienia specjalnego mikroskopu i zawarcia umowy z zewnętrzną firmą w celu stworzenia igły z punktem o wielkości 1 na 1 nanometr – najmniejszej, jaką kiedykolwiek skonstruowano, jak twierdzi Bandyopadhyay. Jego zespół użył jej do zajrzenia do wnętrza mikrotubuli z niewiarygodną precyzją.
Bandyopadhyay wbił igłę w neuron szczura, aby obejrzeć mikrotubulę. Gdy to robił, monitory na jednej ze ścian w pokoju migotały obrazami z najdrobniejszego poziomu biologii zwierząt. Następny zestaw eksperymentów polegał na przyłożeniu różnych ładunków elektrycznych i obserwowaniu „skóry” neuronu oraz wnętrza mikrotubuli. Na początku nic się nie działo. Ale kiedy zaczął przykładać specyficzne ładunki energetyczne do mikrotubuli, ta zareagowała, wibrując i przewodząc prąd. To było ciekawe i ekscytujące.
Mikrotubula składa się z wielu pojedynczych podjednostek. Jeśli działałyby one w czysto klasyczny sposób, jako izolatory – jak drewno, szkło i inne popularne materiały, które powstrzymują prąd elektryczny przed swobodnym przepływem – ilość oporu w poprzek mikrotubuli powinna wzrosnąć. Ale Bandyopadhyay znalazł coś zupełnie innego, gdy zastosował określone ładunki prądu zmiennego. Poziom oporu skoczył o współczynnik 1 miliarda. Mikrotubula zachowywała się jak półprzewodnik, co jest jednym z najważniejszych odkryć w elektronice. Stał zdumiony swoimi wynikami.
„Kiedy uzyskuje się takie wyniki”, mówi, „jest się przerażonym. Czy ja się jakoś nie mylę?”
Ale sprawdził, nawet zlecił kolegom spoza swojego laboratorium w NIMS przejrzenie swoich wyników. W kolejnych eksperymentach zauważył, że aktywność przewodząca w mikrotubulach poprzedzała odpalanie neuronów na poziomie membran. Jego badania nad mikrotubulami ukazały się w czasopiśmie Biosensors and Bioelectronics. A on ma jeszcze jedno badanie, które wciąż jest recenzowane.
Znaleziska te muszą być jeszcze powtórzone przez innych naukowców. Ale ci, którzy twierdzą, że Bandyopadhyay’s odkrycia są filozoficzne o jego pozycji.
„Jeśli szukasz nauki granicznej, musisz jechać do krawędzi tego, co jest znane,” mówi David Sonntag, toksykolog, który wcześniej pracował w Tokio dla U.Sił Powietrznych USA i pomógł sfinansować niektóre z badań Bandyopadhyay’a.
„Jeśli źle skręcisz”, mówi, „natkniesz się na sąsiednią, szaloną naukę. Problemem jest zrozumienie, kiedy znajdujesz się w punkcie rozwidlenia. Kiedy obrzeża stają się granicami?”
Na razie Bandyopadhyay pozostaje wyraźnie na obrzeżach. Ale wniósł coś nowego do debaty: eksperyment, który może być powtórzony, lub nie, i inne spojrzenie na Hameroffa.
Jest ostrożny w dystansowaniu się od większej teorii świadomości Hameroffa. „To nie jest moja sprawa,” mówi. Mimo to, opisuje Hameroffa jako ojca dla swoich własnych badań. „Ten człowiek mówił o mikrotubulach już w 1982 roku,” mówi. „Po prostu myślał o nich, nie mogąc ich badać tak jak ja, ale on wiedział, i to tak daleko przed wszystkimi innymi. Zastanawiałem się, jaki on ma mózg?”
A Circuit’s Missing Element
Jest też inny, o wiele bardziej doświadczony naukowiec pracujący w tym samym nurcie badań i widzący dramatyczne wyniki dotyczące mikrotubul.
Jack Tuszynski, biofizyk z University of Alberta, jest wieloletnim współpracownikiem Hameroffa, który tworzy leki przeciwnowotworowe. Jego ostatnie ustalenia sugerują, że mikrotubule mają interesujące właściwości przewodzące, ale wskazują, że mogą być również tym, co nazywa się „memrystorami”. Memrystor jest poszukiwanym czwartym elementem obwodu elektrycznego, którego teorię po raz pierwszy przedstawił Leon Chua, inżynier elektryk z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley.
Chua zauważył coś oczywistego. Trzy istniejące elementy obwodu – rezystor, kondensator i cewka – zależą od relacji między parami, które kontrolują, jak przepływa prąd, jak jest przechowywany i jak się zmienia, gdy przechodzi przez obwód:
– rezystor (napięcie + prąd)
– kondensator (napięcie + ładunek)
– cewka indukcyjna (strumień magnetyczny + prąd)
Badając te pary, Chua doszedł do wniosku, że powinien istnieć czwarty element obwodu regulujący relacje między „brakującą” parą – ładunkiem i strumieniem. Chua ukuł termin memrystor, grając ze słowami pamięć i rezystor, i od tego momentu jego praca była ściśle matematyczna. Gdyby taki element obwodu istniał, co by robił? Równania Chua sugerowały, że opór elektryczny memrystora, czyli przewodność, nie byłby stały, jak w przypadku żarówki, ale dynamiczny i zależny od historii prądu, który przepłynął przez urządzenie.
Co to za wielka sprawa? W tranzystorach każda przerwa w przepływie elektronów powoduje utratę danych. Memrystory natomiast zawierają zarówno przepływ elektronów, jak i jonów – atomów naładowanych elektrycznie.
Ponieważ pamiętają one ładunek, który wcześniej przeszedł przez materiał, informacje mogą być zachowane nawet po wyłączeniu. W komputerach innowacja ta oznacza koniec z restartami. Komputery włączałyby się jak żarówki, a dyski twarde stałyby się przeszłością.
Wyścig trwa, by zbudować chipy memrystorowe po kosztach skalowalnych dla komputerów konsumenckich, i to nie bez powodu: Memrystory wymagają być może 1 procent energii standardowego chipa. I podczas gdy standardowe chipy komputerowe są ograniczone do kodu binarnego 0s i 1s, memrystory zajmują się ułamkowymi jednostkami informacji – rozwój uważany za kluczowy w budowaniu komputerów, które zachowują się jak ludzki mózg.
Tuszynski nie był zaznajomiony z memrystorami, dopóki nie spotkał Chua na konferencji w Indiach w 2015 roku. „Myślę, że mikrotubule są memrystorami” – powiedział mu Chua, ujawniając wieloletnie zainteresowanie pracą Hameroffa. Jak mówi, Chua był szczególnie poruszony, gdy usłyszał kiedyś, jak Hameroff zwrócił uwagę na to, że mikrotubule są wszechobecne w przyrodzie, podczas gdy neurony nie. To spostrzeżenie – tak naprawdę proste stwierdzenie faktu – uderzyło Chua jako kluczowe. „Wszystkie te systemy biologiczne zajmują się przetwarzaniem informacji” – mówi. „Więc jak to robią?”
Myślał, że Hameroff znalazł odpowiedź w mikrotubulach.
Tuszyński bardzo różni się od Hameroffa, swojego wieloletniego współpracownika. Stały i praktyczny, opublikował ponad 400 prac w recenzowanych czasopismach, pracując w ziemskich dziedzinach medycyny precyzyjnej i biologii obliczeniowej. „Myślę, że Stuart jest bardzo podatny na spekulacje” – mówi. „Pod wieloma względami jest swoim własnym najgorszym wrogiem i lepiej by było, gdyby się trochę ograniczył. Ale Stuart jest geniuszem. Jego praca nad mikrotubulami, jeszcze przed nawiązaniem współpracy z Penrose’em, jest genialna i to właśnie dzięki niej pracuję dziś nad mikrotubulami.”
Aby przetestować teorię memrystora, zespół Tuszyńskiego wypełnił naczynie mikrotubulami, białkami tubuliny i roztworem buforowym, a następnie dodał elektryczności. W ciągu wielu tygodni odkrył fascynujący wynik. Im bardziej zastępował roztwór buforowy większą ilością mikrotubul, tym lepsze było przewodnictwo.
„Przewodnictwo wzrastało dwu- lub trzykrotnie wraz ze wzrostem obecności mikrotubul”, mówi Tuszynski, sugerując, że mikrotubule lepiej przewodziły energię niż roztwór buforowy.
Ponadto, odkrył charakterystyczny efekt memrystorowy: Kiedy odwrócił przepływ prądu, tak jak w przypadku prądu zmiennego, wydajność przewodnictwa wzrosła, tak jakby mikrotubula pamiętała prąd, który wcześniej przez nią przepłynął.
Laboratorium Tuszyńskiego opublikowało zeszłego lata pracę na temat właściwości przewodzących mikrotubul w Nature Scientific Reports, a obecnie przygotowuje pracę na temat mikrotubul jako memrystorów. Jeśli te wyniki się utrzymają, mogą wesprzeć sprawę Hameroffa.
The Quantum Realm
Ostatniego ranka konferencji w Tucson, Hameroff powoli toczy walizkę do holu i siada w fotelu, by zająć się kilkoma innymi obowiązkami administracyjnymi.
„Myślę, że poszło dobrze”, mówi. „Ludzie mówią mi, że im się podobało. Ja to zorganizowałem, więc to może być bzdura. Ale myślę, że mają to na myśli.”
Jest to produkcja Hameroffa, było sporo walki. Chalmers oskarżył Hameroffa o zabranie konferencji zbyt daleko w sferę kwantową.
Hameroff ma gotową odpowiedź. Jak mówi, był w stanie włączyć tak wiele sesji konferencyjnych zorientowanych na kwanty, ponieważ biologia kwantowa jest rozwijającą się dziedziną.
Oczywiście, nic z tego nie oznacza, że Hameroff wygrywa tę debatę. Nie udało mu się jeszcze przeformułować pojęcia „fringe” na „frontier” i być może nigdy tego nie zrobi. Ale w tym momencie, gdy sukces naukowy jest po części prostą funkcją matematyki – czy idea zyskuje czy traci zwolenników? – jest wyraźnie na drodze w górę, i to chyba nigdy nie jest tak widoczne, jak wtedy, gdy wstaje, by wyjść.
Z jedną ręką na uchwycie swojego bagażu, zostaje natychmiast zatrzymany. Hudetz, anestezjolog, który niegdyś lekceważył Hameroffa, podchodzi, by się przywitać. Mówi swojemu gospodarzowi, z pozorną szczerością, „To była bardzo dobra konferencja, Stuart. Świetnie się bawiłem.”
Hameroff dziękuje mu. Trochę rozmawiają, a Hudetz odwraca się, aby odejść. „Wiesz,” mówi Hameroff, zatrzymując go, „powinieneś przeprowadzić jakieś badania nad mikrotubulami.”
„To zabawne, że tak mówisz”, odpowiada Hudetz. „Ponieważ rozmawiamy o tym w moim laboratorium. Jest pewne zainteresowanie. Być może właśnie to zrobimy.”
Steve Volk jest redaktorem współpracującym w Discover.