2017-04-26 由 哲學園 發表于科學 作者簡介：陳向群(1983- )，男，江西九江人，東南大學人文學院博士研究生，研究方向為認知科學哲學、意識哲學。

然而，對於Orch OR模型最關鍵的是，作為一個量子意識模型，它如何能從腦的神經活動過程中尋找量子效應呢?我們知道，量子系統區別於其他宏觀系統的主要特徵就是粒子態的疊加性和糾纏性。因而，要在微管中尋找量子效應，就必尋找相應的量子態。對此，哈梅洛夫通過引入細胞自動機(cellular automaton)理論，認為微管自身的振盪運動使得在微管表面呈現出的偶極子的耦合狀態，而這樣的耦合態在他看來就是的量子系統中的疊加態，它們以一種螺旋結構環繞微管表面。[4]48然而，量子意識又是從何而來呢?根據彭羅斯的客觀還原論，在微管內，偶極子的耦合態由於微管自身的振盪使得各態在能量分布上產生不均衡，在量子引力達到一定臨界值時，偶極子的耦合態(疊加態)就還原為之前的單一態。這樣的還原過程在量子理論的概念下就是波函數的坍塌過程，即客觀還原發生在微管中。不僅如此，哈梅洛夫還指出，在微管客觀還原發生過程中，微管聯結蛋白還起到了協調偶極子的量子振盪的作用，從而保證了客觀還原過程在微管中有序地進行。「在這個模型(Orch OR)中，產生於亞基蛋白(微管蛋白二聚體)中的量子疊加態將會持續保持下去，直到達到一個質量——時間和能量(與量子引力有關)的臨界值為止。在這一時刻，量子疊加態自我坍塌或說客觀還原突然出現。我們將還原前或是量子處於疊加態的階段等同於原(前)意識過程，並且，將每一個即時的(非計算性的)客觀還原或自我坍塌看成一個具體的意識事件，一系列的客觀還原事件就導致了我們所稱之為的意識流。微管聯結蛋白能夠調整相干疊加態的量子振盪。於是，客觀還原是自我發生的，或說是精心編制的(Orchestrated)，也稱為編制的客觀還原。」[5]由此，我們可以得出，微管自身振盪所形成的偶極子的耦合態(疊加態)是Orch OR模型得以從量子理論中尋找意識解釋的基礎，因為量子系統的典型特徵就是其中粒子所具有的多線性或疊加態。

2.Orch OR模型的生物基礎

Orch OR模型作為一個量子意識模型，其所依賴的生物基礎又是什麼?哈梅洛夫認為，那就是能產生量子意識的量子腦。那麼，我們的大腦具備量子腦的相關條件嗎?哈梅洛夫仔細分析了微管的結構和功能。首先，從結構上看，微管是細胞骨架(cytoskeleton)的主要構成部分，它是長度從幾百納米到幾米不等空管狀結構，直徑約為25納米。而且，在其表面，還鑲嵌著由α單體(alpha-tublin)和β單體(beta-tublin)組合而成花生狀的微管蛋白，其內部是具有電性或磁性的偶極子。不僅如此，微管蛋白還組合成13根縱向的纖維柱(protofilaments)，它們在微管聯結蛋白的聯結下構成微管管壁，而原纖維的橫向聯結又形成了兩種不同類型的六角形晶格(內部是偶極子)。這樣的特殊結構使得相鄰微管蛋白在微管自身振盪下發生構像(conformation)上的轉換，從而導致微管蛋白內的偶極子產生運動狀態的耦合態，即量子系統中的量子效應。[4]43 其次，從功能上看，微管信息過程極大地影響神經細胞和由其所構成的神經網絡的相關活動。哈梅洛夫指出，微管是大腦內部的一系列生物功能(諸如細胞運動、細胞分組和細胞形狀維持)得以運行的基礎。在神經元內部，微管的無限長的結構不僅延伸了軸突(axon)和樹突(dendrite)的結構，還增強了突觸聯結的信息傳遞速度。在細胞整合過程中，微管不僅可以調節軸突和突觸(synapse)的神經發放行為，還可以調節神經元架構以及分化突觸形狀的功能。[4]45哈梅洛夫說，一些單細胞的生物諸如草履蟲，它們在池塘里游來游去以尋找食物，遇到危險時迅速轉變游泳方向，甚至還能根據過去的經驗進行認知學習，但它們並沒有發達的神經元，也沒有突觸，之所以能做到這些全靠它們的微管。[6]哈梅洛夫還認為，微管的信息處理能力是巨大的，據估算，每個神經元微管中存在著數量約為10[7]到10[8]個微管蛋白二聚體，它們能在納秒(nanosecond)時間範圍內提供大約10[16]到10[17]比特的量子信息，而整個大腦的信息處理能力更強，甚至可以達到每秒10[27]比特。[7]

如此，我們便不難理解，在微管的特殊結構和功能下，人腦就如量子腦，具有量子腦的相關特徵，包括在功能上具有高強度的量子相干狀態，能夠操縱神經聯結和突觸功能以達到合理地傳遞信息的目的；在結構上具有類似於晶柱體的管狀纖維結構，以及具有細胞膜、膜蛋白、突觸、DNA等生物特性內容。[1]458這樣的量子腦正是量子意識得以產生的關鍵，也是Orch OR模型得以建立的生物基礎。

參考文獻：

[1]HAMEROFF S,PENROSE R.Orchestrated reduction of quantum coherence in brain microtubules:a model for consciousness[J].Mathematics and computers in simulation,1996,40.

[4]HAMEROFF S,PENROSE R.Consciousness in the universe:a review of the "Orch OR" theory[J].Physics of life review,2014,11(1).

[5]HAMEROFF S,PENROSE R.Conscious event as orchestrated space-time selections[J].Journal of consciousness studies,1996,3(1):36.

[6]PENROSE R.Shadows of the mind:a search for the missing science of consciousness[M].London:Oxford University Press,1994:357.

[7]HAMEROFF S.Quantum computing in microtubules:an intra-neural correlate of consciousness? [J].Japanese cognitive science society,1997,4(3):69.