投稿者: 空港の金属探知機がポケットに隠された鍵を見つけるように、自分の意識の源泉に焦点を合わせることを想像してみてください。
飛行機に乗ったことがある人なら、きっと経験したことがあるでしょう。空港のボディスキャナーを通過する際に、恐ろしい「ピーッ！ピーッ！ピーッ！」という音が鳴り響き、ポケットにうっかり入れ忘れた小銭や鍵、あるいはくしゃくしゃになったレシートなどが検出されたことを知らせるのです。この瞬間は、ミリ波という、本来は無害な高周波電波が人体に反射して隠れた物体を検知する仕組みによってもたらされます。
テラヘルツ（THz）波はミリ波の近縁種ですが、電磁スペクトル上ではミリ波よりもさらに高い周波数帯に位置するため、X線のような損傷を与えることなく、分子の微細な振動の「指紋」を読み取ることができます。そのため、生きた細胞内で動く微小管のような、柔らかく変化する構造を研究するのに特に役立ちます。しかし、科学者たちはテラヘルツ波を小銭を探すために使うのではなく、脳そのものに向けようとしています。彼らの目的は、細胞の微細な足場となる管である微小管が、麻酔下では消え、意識が戻ると再び現れる量子振動で揺れ動くかどうかを調べることです。
動物実験のデータは、これが事実であることを示唆している。2024年、メリーランド大学の研究者たちは、微小管を安定化させる化合物をラットに投与した。その結果、麻酔下で動物が意識を失うまでの時間が長くなったことに気づいた。これは、これらのタンパク質チューブが意識に何らかの役割を果たしている可能性を示唆している。研究チームは、テラヘルツスキャナーを使用する代わりに、微小管を直接操作して脳の反応を調べた。
しかし、生きた脳内の微小管を研究するのははるかに難しい。薬で操作してリアルタイムで何が起こるか観察するだけでは済まないのだ。そこでテラヘルツスキャナーの出番となる。
これらは既成事実ではなく、新たなフロンティアと考えるべきです。これまでのところ、テラヘルツ波ツールは、薄い組織切片などの準備されたサンプルにおいて、分子の動きや振動を捉えるのに役立ってきました。最終的な目標は、脳に干渉することなく、無傷の脳内部における同様の微細な変化を追跡するためにこれらを使用することです。今後の研究で、テラヘルツ波が活動中の脳内部におけるこの微弱な分子活動を確実に検出できることが示されれば、これらのスキャナーは、意識の量子的な鼓動を非侵襲的に捉える最初の窓となる可能性があります。
しかし、本当にそれほど単純な話なのだろうか？懐疑論者は、麻酔は脳活動のあらゆる側面を変えてしまうという明白な事実を指摘する。これらの信号は単なるノイズや熱によるアーティファクトに過ぎないのかもしれない。
「これらの実験は、麻酔のような深刻な状態変化と測定可能な物理信号を結びつけようとする点で、概念的に非常に興味深いものです」と、ウォータールー大学生物学部の博士研究員であるレア・ガッサブ博士は述べています。「しかし、説得力を持つためには、再現性があり、加熱や散乱といった些細な影響を排除し、信号が単なる副作用ではなく、真に神経機能と関連していることを示す必要があります。現時点では、興味深い可能性を示唆しているものの、証明とみなされるには、さらなる証拠が必要です。」
「驚くべき実験結果を見ると、それを理論の勝利または敗北として捉えたくなるものです」と、カディル・ハス大学のオヌル・プスルク博士（助教授）は述べています。「しかし、まず最初に問うべきは、実験と理論は本当に同じものを見ているのか、ということです。」彼は、光合成や嗅覚の研究における過去の事例を挙げ、分子が本来の生物学的環境から切り離されていたために、初期の量子効果が誤って解釈されたり、時期尚早に否定されたりしたことを指摘しています。「これらの事例は、理論と実験が同じシステムについて同じ言語で話している場合にのみ、科学は進歩するということを私たちに思い出させてくれます。」
2025年2月、ガッサブ、プスルク、および国際チームは、査読付き学術誌『Entropy』に「量子情報科学の観点から見た意識の量子モデル」と題する展望論文を発表した。この論文では、3つの大胆な「量子心」のアイデアが精査された。1つ目は、ロジャー・ペンローズとスチュアート・ハメロフによる微小管理論で、ニューロン内部の微小なタンパク質チューブを心の量子コンピュータと見なすものだ。2つ目は、脳自身の電磁場が神経活動を単一の思考の流れに結びつける可能性があるとする電磁場理論。そして3つ目は、マシュー・フィッシャーのポズナー・クラスター理論で、リン酸分子が小さな四面体ケージ（ピラミッドのような形状）に結合し、脆弱な量子状態を記憶に影響を与えるのに十分な時間保護する可能性があるというものだ。ガッサブのチームは、脳の高温でノイズの多い環境でストレステストを行うために、単純なスピンモデルを実行した。その結果は？ポズナークラスターが最も有力な候補として挙げられる一方、電磁場は離れた脳領域がどのように同期するかを説明するのに役立つかもしれない。微小管については？うーん、まだ少し…推測の域を出ない。
微小管が役に立たないというわけではない。「微小管は、ニューロン全体に存在する高度に秩序だった動的なポリマー（繰り返し分子の長い鎖）であるため興味深い。構造的な足場であるだけでなく、輸送やシグナル伝達にも関与している」とガッサブ氏は言う。「しかし、整然としたチューブだけでは心は形成されない。格子状の幾何学的構造は、集団的な物理現象を研究するのに魅力的だが、認知や意識と結びつく証拠はまだない。微小管は生物学における量子効果を研究するのに適した候補だが、脳の行動との関連性は仮説の域を出ず、慎重に検討する必要がある」と彼女は言う。さらに、脳は暖かく混沌とした環境であり、量子コンピューターというよりは熱水噴出孔に近いということも考慮に入れる必要がある。
現在、量子コンピューターは、その繊細な量子状態を維持するために絶対零度近くまで冷却する必要がある。一方、脳は98.6°F（約37℃）という、量子的なトリックには不向きな、騒々しい環境の中で活動している。MITの物理学者マックス・テグマークは計算を行い、微小管における量子効果は、体温では約10⁻¹³秒、つまりほぼ瞬時に解消されることを発見した。
「そのため、コヒーレンスを維持するのが難しくなります（コヒーレンスとは、量子波がノイズに崩壊するのではなく、同期して進む脆弱な状態のことです）」とガッサブ氏は言います。「しかし、脳内のあらゆるもの、つまりタンパク質、電子、イオン、粒子は、すでに本質的に量子であることを忘れてはなりません」と彼女はすぐに付け加えます。「本当の問題は、生物学的構造がこれらの効果を機能に影響を与えるほど長く維持できるかどうかです。自然はしばしば驚きに満ちています。」たとえ維持できなくても、量子効果はほぼ瞬時に消滅したとしても、依然として重要である可能性があるとプスルク氏は主張します。「人々は、量子効果が脳内で重要になるには、長い間存続しなければならないと考えることが多いですが、必ずしもそうではありません」と彼は言います。デコヒーレンス（脆弱な量子状態が通常の古典的な振る舞いに崩壊するプロセス）では、量子リンクは単に消滅するのではなく、より広範な協調パターンを残す可能性があります。プスルク氏は、原理的には、これらの古典的な残響がニューロン間の同期したリズムとして現れる可能性があり、これは意識状態と関連付けられることが多い特徴であると示唆しています。
しかし、他の物理学者にとって、微小管はパズルのピースの一つであり、テラヘルツスキャナーは興味深い研究ツールかもしれないが、どちらも主役になるべきではない。
「アルツハイマー病や認知症の人が何十年も前の記憶を思い出すといった奇妙なケースもあります」と、ネバダ大学ラスベガス校の物理学者、マイケル・プラヴィカ博士は述べています。「私の祖父は90代になっても、1920年代の出来事をいつも思い出していました。微小管が短期記憶の媒体だとすれば、これはどう説明できるのでしょうか？私は、神経経路がホログラフィックなパターンを作り出しているのだと思います。記憶は経路を形成し、光が当たると、画像、匂い、音などが再現されます。これがホログラフィック記憶です。」
そして、彼は何気なく形而上学的な視点を付け加えた。「私には完全には説明できない疑問が一つあります。麻酔をかけると脳活動が低下しますが、脳はどのようにして活動を再開するのでしょうか？私の理論では、波動関数は腺（他の次元への入り口と考えられている）に入り込み、再開されるまで静止状態になるのではないかと考えています。微小管はその情報の一部を保持し、波動の再開を助けるのかもしれません。」
プラヴィカは微小管の存在を真っ向から否定するわけではないが、それらをあくまで脇役として位置づけている。ただ、彼は私たちが木を見て森を見ずの状態にあると考えているのだ。「脳は媒体であり、波はメッセージであり、意識はその波のパターンである」と彼は言う。ニューロンや微小管は出発点として重要かもしれないが、重要なのはそれらが引き起こす波、そしてそれらがどのように相互作用するかである。
推測的な飛躍と地に足の着いた実験室での研究との間の緊張関係は、量子物理学の分野では明白である。再現性を重視するガッサブでさえ、可能性の扉は開けている。「量子論的アプローチは、ニューロンを古典的な回路としてのみ捉えるならば、意識は完全には説明できないかもしれないことを示唆しています」と彼女は言う。「意識は量子場のような根本的なものである可能性があると提唱する思想家もいます。個人的には、現段階ではあらゆる見解に耳を傾けるべきだと考えています」。これが、彼女と彼女の同僚が微小管、ポズナークラスター、その他の斬新なアイデアを研究している理由である。「実際には多くの候補があり、そのうちのいくつかが真実であるか、あるいはどれも真実ではないかもしれません」とガッサブは言う。
意識が単なる生物学的現象なのか、微小管における量子的なトリックなのか、波動ホログラムなのか、あるいはまだ発見も認めも想像すらしていない何かなのかはともかく、一つ確かなことがある。それは、脳が宇宙で最も謎めいた媒体であるということだ。「意識という言葉さえ明確に定義されていない」とガッサブ氏は言う。「自分自身について問いかけることができるこの脳を、私たちはまだ理解していない。自分の思考を振り返る能力自体が驚くべきものだ」。今のところ、スキャナーは耳を傾け、理論はざわめいている。
Reference : Your Consciousness Has a ‘Quantum Heartbeat.’ A Revolutionary New Device Could Unlock It, Scientists Say.
https://www.popularmechanics.com/science/health/a71052210/quantum-consciousness-terahertz-scanners/
