嬰兒天賦秉性意識原初源頭 微管 子宮嬰兒神經元系統 接通宇宙生命信息資料庫程序 接收存儲屬於他的生命信息

這就要從人的意識源頭說起。

人的意識的生理機制主要是人的大腦神經網路系統，它主要由神經元、膠質細胞、觸突為基本單元。人體的神經網路系統的複雜度高於整個宇宙的複雜度。

可以說人的意識就是人體大腦神經宇宙系統而來的。人的意識宇宙的數學模擬演算法，遠遠超出現代科學的能力。

人的神經宇宙或者意識原型，就是人現在所處的三維時空宇宙體系之外的，新的維度的神經宇宙體系。神經宇宙的智能化程度，遠遠高於人現在所處的三維時空宇宙體系。

神經宇宙與三維時空宇宙體系的邊界，就是我們人體的外在皮膚層面。

神經宇宙體系基本單位是神經元、膠質細胞、觸突而組成的空心管狀的神經單元。

20世紀90年代中期，研究人員提出「協調目標減少」理論（Orch OR），遭到嚴厲指責。這個理論認為腦細胞里的「微管」是量子振動計算進行的地方，而量子振動計算是由突觸輸入區控制的；此外，大腦處理信息的過程類似於量子計算機。批判這個理論的觀點認為，大腦過於「溫暖、潮濕、嘈雜」，根本無法進行精細的量子計算。

20年之後，一個日本研究團隊證實，在大腦神經元的微管結構中，存在「溫暖的環境下的量子振動」。另一項研究也為「協調目標減少」理論提供了支撐。這項研究發現，直接干預這些微管可以讓臨床病人麻醉，當意識活動被有效遏制的時候，大腦仍在進行無意識活動。

人類是以時間片的方式認知世界的。，叫做「時間片理論」。該理論認為，形成知覺要經過兩個階段。在第一個階段中，大腦無意識地處理環境里的大量基本信息，比如周圍物體的形狀和顏色。這一過程所用的「時間片」相當短，大約只需要400微妙。大腦隨即整合信息，進入處理信息的第二階段。

這個模型主要是用於解釋視覺信息處理過程的，但是人們藉此得出推論：「知覺」可以說是一種幻覺，是大腦藉助記憶等其他認知過程，將一幅幅「快照」組合成一個整體的過程。

這就是我要表達的重點與核心。

「知覺」可以說是一種幻覺，是大腦藉助記憶等其他認知過程，將一幅幅「快照」組合成一個整體的過程。

人類所謂的意識知覺，就是一剎那一剎那的大約400微秒的信息片段。

而後人的神經宇宙體系，把這些信息片段，組合為一個個的【自我意識】【自我感覺】【自我情緒】。

人就有了【我】【我擁有的東西】【快樂】【幸福】【恐懼】【焦慮】【理性】【語言】【思維模式】等等更高級的概念。

人腦是一台量子計算機系統，這個系統與整個宇宙的生命系統是連接的。

人在母親的子宮中從受精卵發育為一個成熟的原初的嬰孩。

人在母親的子宮的發育，就是從神經元的發育開始，從神經系統開始發育。生物的神經元的發育，可以追溯到六億年前的寒武紀，水母、海蜇就是最早具有原始神經元的生物。

子宮中的原初嬰兒的神經元系統，就在接受外在的生命信息，所謂胎教理論，就是源於此。

一個母親的懷孕時的情緒以及生活習慣，直接影響子宮中的原初嬰兒的神經元系統的發育，直接導致嬰兒的心理結構。

上述理論都可以理解。

關鍵是，出生以後的嬰兒以及幼兒，他們的情緒結構、性格、思維能力是不同的，也就是嬰幼兒具有不同的天賦秉性。

嬰幼兒天賦秉性，也就是人的意識原初的模型，是在子宮中形成的。子宮中的原初嬰兒的神經元系統，就在接受外在的生命信息，這個外在生命信息就是關鍵。

前面我們談了，人腦是一台量子計算機系統，這個系統與整個宇宙的生命系統是連接的。在大腦神經元的微管結構中，存在「溫暖的環境下的量子振動」。而這一量子振動，就是人類意識知覺，就是一剎那一剎那的大約400微秒的信息片段。

子宮中的原初嬰兒的神經元系統，就是不斷地通過母親的身體，接通宇宙生命的資料庫與程序，接受、存儲宇宙生命中屬於他自己的部分的生命信息，這才是嬰幼兒天賦秉性或人的意識原初的模型得以形成的源頭。

這就可以解釋所有天才源頭，以及人類每一個體具有不同的性格類型、情感結構以及思維模式的問題。

也就可以解釋一群嬰幼兒從小接受同樣的後天教育，而他們成人以後的性格類型、情感結構以及思維模式出現大大的不同。在社會生活中，有的嬰幼兒的成人經歷十分成功，有的可能遇到種種問題，每個人的生命周期的長短大不一樣。

有的嬰幼兒，從小具有很強的學習能力，他的學習過程是很快樂的。

有的嬰幼兒，從小不具有基本的學習能力，他的學習過程是很痛苦的，他逃學，成績差，在學校搗蛋。

但是學習優秀的嬰幼兒，他在不斷強化自己學習能力的時候，他的天賦秉性中缺乏的人的其他能力就不斷地顯露出來，比如語言表達能力、社會交際能力、情感的控制能力的弱項，與他超人的學習能力形成大大的反差。這就是人們常說的，成績好的人，驕傲，生活自理能力差的原因之一。

如果進入成年生活，學習優秀的嬰幼兒他的弱項不能回復一般人的水平，他在成人生活中就會感不到自己學習中的快樂，對自己的成人生活就會十分失望，時間一長，這種挫折感就會大大帶來情緒的壓抑，對社會生活的恐懼、焦慮，嚴重的就發展為抑鬱症。

所以，要徹底解決時間比較長期的抑鬱症的情況，除了一般的醫學治療以外，追溯意識原型，追溯天賦秉性，是十分重要的。

現代醫學對於意識原型、天賦秉性都不能完整的描述，不要說治療了。現代科學還遠遠不了解人的神經宇宙體系，現在的意識量子振動說也處於起步階段。

要解決時間比較長期的抑鬱症的情況，我們現在只能求助於人類的古老傳統----宗教的療法。在10000年前到至今，古人一定也遇到了同樣的問題，解決時間比較長期的抑鬱症的情況。

佛學的修行，就是一種可以選擇的治療辦法，修行可以改變一個人的生命模式，改變人的意識原型。但是修行是一輩的事情，也需要五年，十年，才可見效。所謂的修行人，悟道以後，生命才開始真正的改變。

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微管中的量子意識

陳向群

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。南京 211189

人大複印：《科學技術哲學》2017 年 03 期

原發期刊：《科學技術哲學研究》2016 年第 20166 期 第 50-56 頁

關鍵詞：意識/ 量子意識/ Orch OR模型/ 微管/ 量子力學/ consciousness/ quantum consciousness/ Orch OR model/ microtubule/ quantum mechanics/

摘要：長期以來，意識是神經計算產物似乎已經成為意識研究領域內大多數學者的共識。然而，一種量子意識模型——Orch OR模型——主張意識是大腦神經元微管中量子引力效應的結果，則將我們對意識的研究目光引向了量子力學領域。Orch OR模型的量子意識解釋機制雖然遭受到了來自多方面的質疑和批評，但其創立者彭羅斯和哈梅洛夫都從相關角度給予了反駁，試圖從理論上維護該模型的合理性。透過對Orch OR模型的分析，我們發現，該模型在有著積極的哲學意義的同時，對意識解釋還存在著某些不足，有待進一步探討。

作為與霍金一起創立現代時空理論的英國著名物理學家、牛津大學數學系名譽教授羅傑·彭羅斯(Roger Penrose)就宇宙問題提出了諸如扭量理論、宇宙審查假說和量子引力理論等一系列理論，為人們在量子層面認識宇宙提供了精彩紛呈而又令人興奮的解釋。同樣地，彭羅斯認為，作為人類至今尚未完全破解的意識難題在量子水平的時空結構下也可以得到合理的說明。於是，在20世紀90年代，他與美國亞利桑那大學麻醉學和心理學系榮譽教授、意識研究中心負責人斯圖亞特·哈梅洛夫(Stuart Hameroff)共同提出了一種量子意識模型：編製的客觀還原模型(Orchestrated Objective Reduction Model，以下簡稱Orch OR模型)，指出意識是微管中量子引力效應的結果，從而將意識研究的觸角延伸到量子力學領域，大大拓寬了意識研究的疆域。那麼，何為Orch OR模型?對來自各方面的批評和質疑，彭羅斯和哈梅洛夫又是如何去反駁的?從哲學上我們又該如何對Orch OR模型進行分析?Orch OR模型在解釋意識上又面臨著哪些問題?本文將圍繞這些問題展開論述。

一、關於Orch OR模型

何為Orch OR模型?概括來說，Orch OR模型是指客觀還原①(Objective Reduction，OR)發生在神經細胞微管(microtubule)中並由此產生意識的一種量子意識模型。與先前神經科學家們將意識視為腦神經元群活動的結果不同，Orch OR模型將人腦視為一個量子腦，認為意識是微管中量子引力所導致的波函數坍塌(wave function collapsed)的結果。「我們假設聯結微管的微管聯結蛋白質(Microtubule Associated Protein，MAP)編製量子振蕩，並且『編排』可能的坍塌現象。這樣，我們就把發生在由微管聯結蛋白質相聯結的微管中的客觀還原稱之為『編製的客觀還原』(Orch OR)，而且它是與意識是有關的。」[1]457

1.Orch OR模型的核心假設

「意識是微管中量子引力效應的結果」是Orch OR模型的核心假設。彭羅斯認為，微管中存在著「精心編製」的量子計算，微管蛋白(tubulin)的自身振蕩會使得其表面形成量子效應的疊加態②(superposition state)。而當各態的質量和能量分布不均時，會影響各自的時空幾何曲率，在量子引力達到一定的臨界值時，疊加態的波函數就會坍塌。在坍塌的那一時刻，微管中就產生了意識瞬間。而連續不斷的意識瞬間則彙集成了我們所稱之為的意識流(stream of consciousness)。[1]476不同於正統量子理論(哥本哈根解釋)對量子測量問題的解答，即認為波函數坍塌是外界觀察所引起的(主觀還原)，彭羅斯則認為量子波函數的坍塌是量子引力所導致的，是自行坍塌，所以是客觀還原。[2]客觀還原理論是Orch OR模型建立的一個理論基礎，它為Orch OR模型提供了量子結構下的意識產生機制。在客觀還原理論的基礎上，哈梅洛夫將其與自己對微管的研究結合起來，從而恰當地解釋了大腦中的量子效應為何能產生意識。關於波函數坍塌所導致的意識瞬間，或稱為意識量子，哈梅洛夫還指出，它們如同電磁波譜里的光子，即有像紫外線那樣的高頻光子，也有像紅外線那樣的慢波。意識事件在很大程度上就類似於一種光譜。它們雖然不是連續的，但由於發生的速度非常快(以大約每秒鐘40次)卻給人一種連續的感覺。而且，意識瞬間的頻率也不是固定的，時快時慢。相關研究表明，一些西藏僧人在禪修時，他們的意識瞬間就快很多，達到了每秒80到100次之間。[3]

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，認為微管自身的振蕩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蕩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蕩的作用，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蕩。於是，客觀還原是自我發生的，或說是精心編製的(Orchestrated)，也稱為編製的客觀還原。」[5]由此，我們可以得出，微管自身振蕩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蕩下發生構像(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路的相關活動。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。

二、質疑與反駁

Orch OR模型一經提出，就遭到了來自物理學家和神經科學家們各方面的強烈質疑。他們的質疑主要包括微管中量子退相干③(decoherence)時間、相關量子效應以及大腦中波函數的是否坍塌等。總而言之，他們認為微管中不可能產生所謂的量子意識。然而，針對這些質疑和批評，彭羅斯和哈梅洛夫並沒有由此而卻步。相反，他們站在闡釋意識的新角度，對各方面的批評都給予了反駁，有效地鞏固了Orch OR模型的量子意識解釋機制。

1.物理學上的質疑與反駁

從量子退相干的時間上去質疑Orch OR模型的是來自美國麻省理工學院的物理學家馬克斯·泰格馬克(Max Tegmark)。他在《物理評論E》上發表文章「大腦中量子相干的重要性」，分析了大腦中兩種不同的量子效應：一是大腦中的神經元從激發與不激發的疊加態還原為其中一種狀態，通過計算得出退相干時間(τ[，dec])約為10[-20]秒，即τ[，dec]≈10[-20]秒；二是微管中粒子從多態疊加還原為單一態，通過計算得出退相干時間(τ[，dec])約為10[-13]秒，即τ[，dec]≈10[-13]秒。而這兩種退相干的時間都小於Orch OR模型中量子動態時間尺度(τ[，dyn])(退相干所需時間)10[-2]～10[-1]秒，即τ[，dec]＜τ[，dyn]。因此，泰格馬克認為，無論是從神經元還是從微管中粒子的退相干時間上來看，我們大腦中根本不存在由於量子效應而產生意識的可能性。[8]

對此，彭羅斯指出，泰格馬克所計算出的微管中量子退相干時間毫無參考價值，他說，「按泰格馬克所計算的退相干時間，任何的量子狀態在微管中都不可能發生」[9]140。為了應對泰格馬克的質疑，哈梅洛夫和其同事斯哥特·哈根(Scott Hagan)等也在《物理學評論E》上發表的「腦微管中存在量子計算嗎?退相干和生物的可行性」一文中指出，泰格馬克所計算微管量子退相干時間實際上並不是Orch OR模型中的退相干時間。因為，泰格馬克所計算中所涉及的量子疊加態以24納米分離，而Orch OR模型中的疊加態分離是原子核級別的毫微微米尺度，在退相干的分離尺度上比泰格馬克所計算的要小7個級數(orders of magnitude)。因而，哈梅洛夫等人指出，泰格馬克所檢驗的並不是Orch OR模型，而是他自己構造的模型，因為在他的計算模型中並沒有包含Orch OR模型的相關計算規則。相反，哈梅洛夫等人通過使用泰格馬克的計算公式和Orch OR模型相關計算規則重新計算得出，微管的退相干時間為10[-4]秒到10[-3]秒，而這與Orch OR模型的退相干時間非常接近。[10]因此，哈梅洛夫認為，泰格馬克所計算的退相干時間並不是Orch OR模型中的，或許其所計算的只是一種類似於Orch OR模型中微管振蕩所形成的一般粒子疊加態的退相干時間。而且這樣的量子退相干溫度也遠遠低於Orch OR模型中所要求的，兩者在退相干的環境上也不盡相同。

此外，麥克米西(L.K.McKemmish)等人還指偶極子④的朗動力(London forces)的作用下確實可以發生構象上的相互轉換(或相互疊加)。然而，由於活動的π電子在每個(微管蛋白內)苯環(phenyl ring)中的位置是完全不固定的，因而他認為，微管蛋白體不可能在構象上相互轉換，更不可能出現相互疊加的情況。哈梅洛夫不否認這種看法，他說：「一個單獨的苯環是不會導致微管蛋白體的轉換的。朗動力出現在兩個或以上的π電子云環狀結構(苯環)或其他沒有電極的粒子群中，一個單獨的苯環並不支持朗動力。」[4]68實際上，在Orch OR模型中，微管蛋白內通常有兩個或更多個π電子苯環，且他們以相互比鄰的方式共同存在於微管蛋白體和微管內，因而麥克米西等人實際上根本沒有弄清楚Orch OR模型關於微管蛋白中π電子苯環數目，所以，其批評也是完全毫無根據的。不僅如此，麥克米西等人還進一步指出，在Orch OR模型中，微管蛋白體之間在構象的相互轉換需要巨大的能量併產生巨大的熱量，而且這種轉換也導致它們在結構上發生改變。對此，哈梅洛夫指出，這種轉換隻是電或磁偶極子轉換，以原子核的費微微米級別的運動，根本不可能導致微管蛋白本身結構上的任何變更。正如他所說：「電子偶極子的朗動力或磁偶極子的自旋運動對於類似於微管蛋白體構象轉換以及量子疊加態或量子比特的形成等所需能量是足夠的。」[4]68

2.生物學上的質疑與反駁

除了泰格馬克和麥克米西等人在物理學上的批評之外，克里斯托夫·科赫(Christof Koch)和克勞斯·赫布(Klaus Hepp)也在《自然》發表文章《大腦中的量子力學》一文來批判Orch OR模型從量子力學角度去解釋意識的方法，試圖為其意識的神經科學解釋作辯護。在文章中，科赫和赫布以薛定諤的貓和雙眼競爭的思想實驗來挑戰Orch OR模型。在這個實驗中，他們假設某個人一隻眼睛正在觀察箱子里的貓，這隻貓處於死和活的疊加態，另一隻眼睛觀察連續變換的人臉圖像。實驗發現，在一段時間以後，觀察者只會對不斷變換的人臉圖像有強烈的關注，而對於箱子里的貓則毫無意識，即無法確定貓是死還是活。由此，在科赫和赫布看來，觀察並不能使得量子疊加態發生還原，即我們大腦中並沒有產生量子效應。他們如此說：「如果意識對測量問題出，在OrchOR模型中，相鄰微管蛋白體在π電子真是必要的，貓的命運也許只有等到觀察者把注意力轉移到箱子上才能決定。」[11]

針對上述質疑，哈梅洛夫和彭羅斯首先指出，科赫和赫布把Orch OR模型與哥本哈根學派對波函數坍塌的理解混淆起來，以觀察並不能使得多態還原為確定態的實驗來否定Orch OR模型，是難以令人信服的。因為在Orch OR模型中，波函數坍塌是量子引力所引起的，而且坍塌或還原發生在大腦的微管中，在坍塌的某一時刻產生意識瞬間。這與根本哈根學派對意識在量子力學中的作用也相反(他們認為意識導致了波函數的坍塌)。所以，彭羅斯和哈梅洛夫認為，科赫與赫布根本上就沒有正確理解Orch OR模型，對Orch OR的質疑也實際上偏離了目標。不僅如此，為了證實Orch OR模型的意識解釋，哈梅洛夫還通過Orch OR模型來說明諸如花瓶/臉幻覺或是內克爾立方體等雙穩態感知問題。他指出，在臉/花瓶的雙穩態實驗中，大腦從起先兩種疊加的圖像(臉或花瓶)的無意識狀態到最後確定其中一種圖像(要麼花瓶，要麼臉)的有意識狀態，其實是我們大腦視覺皮層和前額皮層以及其他各腦區內神經元內微管中粒子疊加態在特定時刻所發生的坍塌或還原的結果。[4]67

總之，無論是來自對Orch OR模型中量子退相干時間質疑，還是對微管中量子效應以及大腦中波函數是否坍塌的批評，彭羅斯和哈梅洛夫都針鋒相對給予了反駁。然而，質疑和批評還遠不止上述這些，就在近期(2014年)彭羅斯和哈梅洛夫將其最新版本的Orch OR模型論文《宇宙中的意識：對Orch OR理論的總結》發表時，就有學者提出了總計8個方面的疑問。對此，彭羅斯和哈梅洛夫在《物理學的生活評論》上專門撰寫論文[12]給予回復，從而在理論上為Orch OR模型的量子意識解釋機製作了更進一步的深化和鞏固。

三、哲學上的意義分析

綜上，彭羅斯和哈梅洛夫從客觀還原理論出發，對意識作了量子理論上的全新的詮釋，從而為我們看待意識問題提供了一個全新的物理學視角。更重要的是，Orch OR模型不僅為我們理解物質和意識的關係問題及其他諸多難題提供了量子力學層面上新思路，而且還為自由意志作了新的辯護，並給人工智慧研究也帶來了反思。

首先，Orch OR模型從量子相關層面來闡釋意識，將意識視為一個量子過程，極大地削弱了傳統哲學中物質與意識的對立性。我們知道，在哲學上，圍繞著物質決定意識還是意識決定物質，或是先有物質還是先有意識的問題形成了唯物主義和唯心主義兩大派別。然而，無論是唯物主義還是唯心主義，兩者都是建立在牛頓經典物理學基礎之上的傳統哲學，它們將物質與意識嚴格對立起來，認為物質與意識之間存在著嚴格的決定與被決定的邏輯關係以及時間上的先後性。而在Orch OR模型中，意識是被理解為量子的活動過程，必然具有量子的某些特點，即時間和動量上的不確定性、位置上非定域性、本徵態的疊加性和邏輯糾纏性，而這恰是與傳統哲學中的機械決定論和二元論相對立的特性。「二元論者認為物質與意識是各自獨立的，唯心主義者認為意識產生了物質，唯物主義者認為是物質產生了意識，而泛心論者認為物質和意識差不多是一回事。但我(哈梅洛夫)認為，或許理解意識和物質的最合理方式是，更多地按照西方一元論提出的路線，有一種底層的東西，既能產生物質，又能產生意識。這在東方智慧傳統中，是不二論。」[3]

其次，在面對意識「困難問題」即感受質問題和意識的「捆綁問題」時，Orch OR模型也提出了其有別於神經科學上的新闡釋。傳統的神經科學家們認為，感受質依賴於我們大腦中神經元群的活動，是神經元計算後呈現出來的性質。例如，埃德爾曼就以動態核心理論來解釋感受質，將每種主觀體驗看作N維神經空間中的各個特定的點。而在Orch OR模型中，意識依賴於微管中量子的「精心編製」，其產生的直接原因是量子波函數的坍塌。即要產生意識，微管中必須有量子信息來支撐坍塌現象的出現。那麼，量子信息從何而來呢?哈梅洛夫是這樣解釋的：當我們看物體時候，其實並不是真正看到了物體，只不過是視網膜對光子的反應，光子在到達視網膜之前被轉換成某種量子信息將物體的基本屬性傳入我們大腦的神經元細胞中。[3]如此，這就很好地解釋了意識主體在體驗物體顏色、聲音和氣味等屬性時所具有的特殊體驗，在哈梅洛夫看來，那是因為我們大腦所感受到的物體屬性只不過是量子信息在我們頭腦的反應而已。哈梅洛夫指出，正是由於我們大腦存在著量子信息活動，我們才得以體驗到玫瑰花的紅色、香味及其他性質，並在意識中體驗著愛、善良、真實等感受特徵。同樣，對於意識的「捆綁問題」，神經科學上的解釋是，不同腦區的神經元群，它們在極短的時間內以再進入機制將意識對象中的每種屬性在腦皮層中關聯起來，以此形成一個統一的意識事件。而在Orch OR模型中，意識的「捆綁問題」被看作一個量子事件，即意識對象的不同屬性相當於疊加態的量子系統中不同的量子態，在某個時刻發生坍塌從而形成一個統一的意識瞬間。

再次，Orch OR模型的量子意識解釋機制還對因里貝特(B.Libet)的心智時間實驗而遭受到極大挑戰的自由意志作了新的辯護。里貝特的心智實驗證明，大腦在被試者自由地執行某個動作前的550毫秒已經開始了活動，而對實施那個動作的有意識的意志(conscious will)則在行動前的150毫秒才出現。這樣的實驗結果表明，我們的行動不一定就是我們的意志所控制的，或許腦中的神經活動已經先於意識意志而控制人的行為。意識突然從指導者的角色淪為觀察者的角色，從而也對自由意志的存在提出了嚴峻的挑戰。[13]而哈梅洛夫則指出，在Orch OR模型中，微管中的量子效應所導致的意識瞬間非常快(平均每秒約40次)，從而保證了意識與我們的神經活動之間沒有絕對的時間差。[14]這樣，在Orch OR模型中，意識不僅不是與腦相分離的副現象，相互之間有著極強的依賴關係，從而在一定程度上為自由意志作了相應的辯護。

最後，Orch OR模型將意識視為一個量子過程，在給樂觀的人工智慧泛心論者以沉重的打擊的同時，也給人工智慧研究帶來了新的啟示。在Orch OR模型中，意識依賴於具有生物性的量子大腦，這樣的腦具有高強度的量子相干態，能操縱神經聯結和突觸以及擁有類似於晶柱體的管形纖維結構等。而現有的人工智慧以「機器腦」來模擬人的大腦，無論從其功能和構造上來說，根本不可能產生疊加態或糾纏態等相關量子特性。即便現有的人工智慧「機器腦」以硅晶元為控制中心，在很多方面實現了模擬人腦的生物功能，但其實質上只不過是個金屬「組合體」，根本不可能具有量子大腦的精心結構和功能，也更不可能有意識的出現。我們認為，人工智慧研究或許可以借鑒量子意識的產生機制，依照科學的方法構建一個具有生物特性的量子大腦，不愧為一種候選的研究方法。

四、Orch OR模型所面臨的問題

上述，我們在全面介紹Orch OR模型的意識解釋機制基礎上，分析了Orch OR模型所具有的積極的哲學意義。然而，在筆者看來，Orch OR模型對意識的解釋還存在著某些問題和不足之處，主要表現在：

第一，對意識因果性解釋上過於模糊。Orch OR模型沒有具體講清楚或說明白量子意識產生的因果關係，而僅僅是簡單地描述為「意識是微管中量子引力引起的波函數坍塌的結果」。對於為何波函數坍塌會導致意識的產生?量子意識的活動機制及其相關特點又是什麼?Orch OR模型卻沒有給出進一步解釋。或許就如查爾莫斯所言，「這個理論(Orch OR)或許在某種程度上指出了腦過程與意識的關聯性，但對於這些過程如何產生意識經驗卻保持沉默。事實上，對於任何建立關於物理過程之上的意識理論，都在存在這一問題。」[15]相反，神經科學家們不僅清楚明白地講述了意識產生的因果機制，而且還提出了一系列令人信服的意識理論，並詳細論述了意識的活動機制及其相關特點，更具說服力。例如，神經科學家埃德爾曼在堅持科學地解釋意識基礎上提出了意識的三個活動機制，分別是選擇主義、動態核心和再進入。而且，在相關研究基礎上，埃德爾曼還詳細闡述了意識的活動特點，即整體性、私密性、高度分化性以及信息性等，極大地豐富了意識的神經科學解釋。

第二，沒有形成自己獨立的理論體系，在意識解釋上還嚴重依賴於腦的神經活動機制。主要表現就是，在Orch OR模型中，量子意識的出現是建立在細胞自動機理論基礎上的，即微管自身振蕩的使得微管蛋白在構象上相互轉換或疊加，使得相鄰微管蛋白內的偶極子由此呈現耦合態或量子疊加態。因此，我們不禁要問，如果沒有之前腦神經科學對於微管和微管蛋白分子的相關研究，Orch OR模型如何去腦中尋找量子活動的依據呢?離開了腦的神經活動，或許量子意識也就無從談起。事實上，哈梅洛夫本人也注意到這個問題，在其文章《意識、微管和Orch OR：時空的「旅行」》中就曾說道：「將Orch OR理論理解為一個整合了分子細胞生物學、神經科學、認知科學、藥理學、哲學、量子物理學、宇宙學和精神傳統的綜合性理論似乎更為正確。」[9]148

第三，缺乏實驗上的證實。應該說，Orch OR模型是將意識的解釋建立在彭羅斯客觀還原理論和微管結構基礎上的，即有其物理學上的理論基礎，也有其生物學上的依據。從該模型提出到現在的二十多年時間裡，其間雖然遭受到了來自各方面的質疑和批判，然而，直到今天，只要人們談起意識時，Orch OR模型作為一種物理學意義上的意識解釋模型是無論如何都無法繞開的話題。但對Orch OR模型最為人們所詬病的恐怕在於其沒有得到實驗上的支持，這也許是為什麼到目前為止，在主流的意識研究中，Orch OR模型並沒有作為一個解釋意識的標準理論而為人們所認同。就如薩德等人所說，「意識的科學解釋雖然目前仍然處於比較膚淺的階段，但是也沒有證據表明量子機制的解釋比神經計算解釋更具優越性。Orch OR模型在某種程度上確實可以被認為是一種最精細的量子大腦理論，但其既沒有為意識現象提供基於大腦基礎上的經驗性支持，也沒有提供令人信服的解釋機制。」[16]

綜上，我們認為，Orch OR模型作為一種量子意識模型，提出了「意識是微管中量子引力所引起的波函數坍塌的結果」這一極具創新性的意識假設，相比較於以往神經生物學家們將意識理解為複雜神經計算的結果，Orch OR模型不可謂是意識研究中一種非常具有競爭力的候選理論。與此同時，Orch OR模型的意識解釋還有著積極的哲學意義，它不僅削弱了傳統哲學中意識與物質的二元對立，對意識的「困難問題」和「捆綁問題」作了新的解答，還給自由意志作了新的辯護，並給人工智慧研究帶來了反思和啟示。但由於其不僅沒有講清楚意識產生的因果機制，而且其理論構建上在很大程度上還依賴於神經科學的研究，更沒有得到相關的科學實驗的證明，這就要求我們對Orch OR模型抱著樂觀的情緒的同時，也應該持有謹慎的態度。

注釋：

①客觀還原是量子力學中描述波函數坍塌的理論，最先由彭羅斯提出，其主要是說量子系統中波函數的坍塌不是由於主觀觀察和外界測量所導致的，而是由於量子引力所引起的，所以是自行坍塌，以此區別於哥本哈根解釋關於波函數的主觀坍塌解釋。

②在早期的Orch OR模型中，哈梅洛夫將這種由微管振蕩運動而在管壁所形成的偶極子的耦合態或疊加態稱之為玻色愛因斯坦凝聚態(Bose-Einstein condensate)，後來又改稱為弗羅利希凝聚態(Frhlich condensate)。

③量子退相干，指的是量子系統內各狀態間相互干涉的性質隨著時間逐步喪失的現象，也俗稱「波函數坍塌效應」。

④這裡所說的π電偶極子是早期Orch OR模型中所提出的，事實上，而在最新的Orch OR模型中，哈梅洛夫更傾向於認為微管蛋白內是磁偶極子。

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.

[2]PENROSE R.On gravitys role in quantum state reduction[J].General relativity and gravitation,1996,28(5):581-600.

[3]量子物理學家提出：意識與宇宙精細結構相連[EB/OL].中國航空新聞網，(2014-09-23).http://www.cannews.com.cn/2014/0923/105624.shtml.

[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.

[8]TEGMARK M.The importance of quantum decoherence in brain processes[J].Physical review E,1999,61(4):4194-4206.

[9]HAMEROFF S.Consciousness,microtubules,& "Orch OR":"a space-time odyssey"[J].Journal of consciousness studies,2014,21.

[10]HAGEN S,HAMEROFF S,TUSZYNSKI J.Quantum computation in brain microtubules? decoherence and biological feasibility[J].Physical review E,2002,65(6):104-130.

[11]KOCH C,HEPP K.Quantum mechanics in the brain[J].Nature,2006,440(7084):612.

[12]HAMEROFF S,PENROSE R.Reply to seven commentaries on "consciousness in the universe:review of the Orch OR theory"[J].Physics of life reviews,2014,11(1):94-100; HAMEROFF S,PENROSE R.Reply to criticism of the "Orch ORqubit"-"orchestrated objective reduction" is scientifically justified[J].Physics of life reviews,2014,11(1):104-112.

[13]里貝特.心智的時間：意識中的時間因素[M].李恆熙，李恆威，羅慧怡，譯.杭州：浙江大學出版社，2013：85-95.

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神經元微管和量子意識

什麼是真實？

羅傑·彭羅斯在他的《真實之路》一書的結論章中提出這樣的質疑：「我認為至今尚未找到一條真正的『真實之路』。儘管2500年來，尤是最近的幾個世紀，人類取得了非凡的成就。然而某些根本性的新見解是必要的……一些人認為，這條路本身可能就是個海市蜃樓，具有真正客觀性質的、不依賴於人們怎樣去觀察它的『物理真實』，這一概念本身就是一場白日夢。」

　　2010年，美國科學家設計出一種肉眼可見的量子機械，讓一個極小的半導體「量子鼓」同時處在振動和不振動的疊加態，進一步縮小了量子力學和我們現實感之間的距離。該研究成果獲評《科學》雜誌2010年十大科學突破之首。

　　根據量子力學基本方程，像電子這樣的微觀粒子不會同時具有精確的動量和精確的位置，這一不確定性原理限制了人們對微觀事物認識的極限，因為存在觀測者對觀測目標的擾動，主體和客體世界必須被看成是一個不可分割的整體。沒有一個獨立存在於客觀世界的事物，任何事物都只有結合特定的觀測手段，才談得上具體意義。

　　是否存在獨立於觀察者的真實事物？

　　喬普拉：您認為是否存在獨立於觀察者的真實事物？

　　奧爾福德：是的。那種執著地認為桌子上的水壺依賴於你或我的觀察的觀點，我並不認可。

　　喬普拉：我認為水壺的形狀、顏色、質感依賴於神經系統，不同的神經系統對這些信息的感知會完全不同。蜜蜂不會體驗到（同樣的）水壺，蝙蝠會體驗到超聲波的回聲，而蜥蜴的眼球能以兩個不同的軸轉動，我很難想像對一隻蜥蜴來說，水壺看起來是什麼樣子。所以，水壺本身就是作為水壺而存在嗎？

　　奧爾福德：是的。

　　喬普拉：物質是假象，唯有意識是真實。

　　這是今年1月29日在曼哈頓菲羅克忒忒斯多學科研究中心舉行的一場題為「真實的性質」辯論會的一個片段。彭羅斯的質疑給這場論辯提供了主題——物理學和數學能完整描述真實嗎？科學家、藝術家和學者們坐在一起探討主觀感知的世界，旨在為科學和人文兩個截然不同的世界架起溝通的橋樑。

　　討論由喬普拉基金創始人、內分泌學家迪帕克·喬普拉主持，參加者有華盛頓大學聖路易斯分校文理學院物理教授、夸克研究理論物理學家馬克·奧爾福德，亞利桑那大學醫學院麻醉學與心理學教授、意識研究中心主任斯圖亞特·哈梅羅夫，英國皇家學會物理學家羅傑·彭羅斯等人。

　　意識如何產生？

　　哈梅羅夫支持的觀點是，知覺和意識產生於大腦中量子糾纏電子的玻色—愛因斯坦凝聚波函數的坍塌。比如這種坍塌每秒鐘40次，而有些受過特殊訓練的人達到了每秒80次，感知的速度更快，所感知的世界就會慢下來。

　　奧爾福德2006年發表於《物理學基礎》上的一篇論文中稱，物理學「只是覆蓋了我們經驗世界的有限方面」。但他質疑「量子意識」的觀點，認為量子糾纏「通常非常脆弱」並且「難以組織」。物理學家認為，即使是對於少量粒子在任意長久期間的糾纏，這也是不大可能的，他說，對於量子微妙性而言，「這些非常脆弱的過程是人類大腦功能的關鍵特徵」，但這「不適用於環境」。他支持對物理學與形而上學之間的聯繫給予嚴格的限制。他說：「意識更可能從其他地方升起，按照更傳統的科學說法，你不需要到達這裡；而按最奇怪、最詭異的現代物理的說法，你不需要到達任何地方。」

　　而喬普拉作為神秘主義者的一方，表示希望「熟悉科學的限制」。正是奧爾福德強調了那些限制。喬普拉想把奧爾福德的實用主義界限推得更遠。他認為科學以謙虛的方式才能被理解，卻未必是打開「終極真實」之門的鑰匙。

　　奧爾福德指出，量子力學早正在20世紀就產生了，也可能有一天被丟掉，正像19世紀末提出的以太概念那樣。「如果你太過於依賴當前的科學範式，再過100年，它可能被替代了。你可以用『

量子力學』來啟發思路，可以在多個途徑使用它。但我不認為你真的想把它當做基礎性的根本原理。」

　　菲羅克忒忒斯之傷

　　本次辯論在菲羅克忒忒斯多學科設想研究中心舉行，將科學家、藝術家和學者們集中到一起，以圓桌會議的形式進行科學探討，致力於在科學與人文兩個截然不同的世界之間架起溝通的橋樑，通過整體和跨學科的途徑來理解創新和想像過程。

　　菲羅克忒忒斯是特洛伊戰爭中的角色，被一條蛇咬了腳，傷口感染髮出難聞的氣味，同伴將他困在利姆諾斯島以避開臭味。幸運的是，他還有他大力神父親留下的弓箭。當時希臘人從預言中得知，如果沒有大力神的弓箭，他們不可能在特洛伊戰爭中取勝，所以他們被迫重返利姆諾斯島，請求菲羅克忒忒斯返回參戰。

　　以「傷者和弓箭」的形象出現的菲羅克忒忒斯，在科學探索中所體現的並非最初神話的寓意。文學評論家愛德蒙·威爾遜將傷口比喻為精神創傷，弓箭比喻為當他審視藝術如何從痛苦中升起的時候，由於洞察真相而獲得的恢復力量。

　　真實是什麼？在數學框架中，真實可能永遠得不到一個完整的最終描述，科學探索者正如受了傷的菲羅克忒忒斯。自然世界中，不依賴於主觀觀測的客觀真實是否存在？在當前的物理學和數學範式中探索心理過程與意識，能否完整地詮釋真實？迄今尚未發現的未來的物理或數學是否有這個能力？

　　當人們把目光轉向認知的主體時，卻發現量子力學這一解釋客觀世界的理論與主觀意識運行如此貼近。量子意識理論認為，經典力學無法完整解釋意識，意識是一種量子力學現象，如量子糾纏和疊加作用。大腦中存在海量的處於量子糾纏態的電子，意識正是從這些電子的波函數的周期性坍塌中產生。這一假說在解釋大腦功能方面佔有重要地位，形成了解釋意識現象的基礎。

　　目前有幾種不同的量子意識理論。代表人物有大衛·玻姆、古斯塔夫·波洛伊德、大衛·查爾默斯、羅傑·彭羅斯與斯圖亞特·哈梅羅夫等人。

　　大衛·玻姆（David Bohm）

　　上世紀50年代，大衛·玻姆發表了他的第一本書《量子理論》，成為該領域的一部經典教科書，他成功構建了一個隱函數體系。粒子擁有確定的位置和動量，周圍瀰漫著直到宇宙盡頭的「量子勢」，以維護愛因斯坦的「上帝不擲骰子」觀點。觀測儀器會和量子勢發生作用從而使粒子改變它的行為模式。

　　玻姆認為，量子理論和相對論之間的矛盾，暗示了在自然宇宙中存在一種更基本的層面。無論是量子理論還是相對論，都指向這一更深層的理論。而這種更基本的層面，代表了一種不可分割的整體和一種隱含的秩序，在此之上才產生了我們對這個經驗宇宙的解釋秩序。

　　玻姆的隱含秩序不僅適用於物質也適用於意識，它能解釋物質和意識二者之間的關係。隱含秩序代表更基本的真實，精神和物質被看作是這一更基本真實在我們的解釋秩序中的一種投射。

　　玻姆用聽音樂的經驗來討論意識的性質。他認為，對運動和變化的感受構成了人們的音樂經驗。剛剛過去的和當下的感受在大腦中同時呈現，剛過去的成為對當下的解釋，這是一種轉化而不是記憶。玻姆認為，這正是意識從隱含秩序中的浮現。

　　玻姆把對運動、變化、流動，以及相關類似的經驗，如聽音樂作為一種隱含秩序的體現。他稱支持這一觀點的證據來自簡·皮亞蓋特對嬰兒的研究。這些研究顯示，兒童必須學習時間和空間，因為這是解釋秩序的部分，而他也有一個「硬體」來理解運動，這是隱含秩序的部分。他認為語法形成了大腦中的「硬體」。但玻姆從未提出任何具體的大腦機制，將他的隱含秩序和意識聯繫起來。

　　古斯塔夫·波洛伊德（Gustav Bernroider）

　　波洛伊德認為玻姆的「隱含—解釋」理論構架說明了神經過程和意識之間的關係。2005年，波洛伊德發表論文詳細論述了這一

過程的物理基礎。文章的主要觀點是，量子相干是由和神經過程有關的一種足夠長的離子通道支撐。他提出，這種通道能和周圍的液體、蛋白質以及同一細胞膜中的其他通道產生糾纏。離子通道控制著整個神經軸突膜的電勢差，在大腦的信息處理過程中起著核心作用。

　　他研究了封閉狀態下的鉀離子通道，並繪製了原子光譜。離子通道有一個過濾區域，能讓鉀離子進入而將其他離子擋在外面。研究顯示，該過濾區是一種由5套四個氧原子組成的結構，是周圍氨基酸分子中羧基群的一部分，就像連著的口袋，稱為附囊（binding pockets）。兩個鉀離子被困在封閉離子通道的選擇過濾器中。每個離子都和其他兩套（8個）氧原子或附囊形成靜電聯繫。

　　波洛伊德的研究揭示了一種的生理結構，在離子通道中可能產生量子相干。以此為出發點，他和合作者進一步提出，離子通道中鉀離子的行為與邏輯狀態有關，鉀離子和附囊中的氧原子是兩個量子糾纏的亞系統，等同於一種量子計算映射。離子從通道中排出，是給氧原子的狀態進行編碼。不同的離子通道也會互相糾纏。

　　大衛·查爾默斯（David Chalmers）

　　澳大利亞國立大學腦意識研究中心主任、哲學家大衛·查爾默斯提出了多種量子力學方式來解釋意識，他認為，坍塌的動力機製為相互作用論者的解釋提供了開放餘地。

　　查爾默斯認為：「問題在於我們如何解釋。我們想知道的不僅僅是關聯，我們想要解釋——大腦過程如何產生意識，為什麼產生意識？這才是神秘之處。」

　　「最有可能的解釋是，在意識狀態不可能被疊加的條件下，意識狀態和系統的整體量子狀態有關。大腦作為意識的物理系統，在非疊加的量子狀態中，該系統的物理狀態和精神現象相互關聯。按照薛定諤方程，對疊加的外部系統進行觀測時，將導致外部觀測系統與大腦相互作用，造成了大腦狀態的疊加，通過精神物理相關造成意識狀態的疊加。然而意識疊加不可能發生，所以意識必須選擇某個狀態，結果導致了一種確定的大腦狀態和對觀測目標的被選擇的確定狀態。」

　　羅傑·彭羅斯（Roger Penrose）與斯圖亞特·哈梅羅夫（Stuart Hameroff）

　　理論物理學家羅傑·彭羅斯和麻醉學家斯圖亞特·哈梅羅夫合作建立了廣受爭議的「和諧客觀還原模型（Orch-OR模型）」。彭羅斯和哈梅羅夫分別創立了各自的理論，彭羅斯從數學和歌德爾定理出發，而哈梅羅夫從他的癌症研究和麻醉學出發，後來他們合作構建了Orch-OR模型。

　　歌德爾定理是這一理論的核心。1931年，歌德爾證明了，如果一個形式理論足以容納自然數的5條公理並且無矛盾，它必定是不完備的，進一步，任何一個相容的數學形式化理論中，只要它強到足以在其中定義自然數的概念，就可以在其中構造在體系中既不能證實也不能證偽的命題。

　　彭羅斯從歌德爾定理髮展了自己的理論，認為人腦有超出公理和正式系統的能力。在他第一部有關意識的書《皇帝新腦》中提出，大腦有某種不依賴於計演算法則的額外功能，這是一種非計算過程，不受計演算法則驅動；而演算法卻是大部分物理學的基本屬性，計算機必須受計演算法則的驅動。對於非計算過程，量子波在某個位置的坍塌，決定了位置的隨機選擇。波函數塌縮的隨機性，不受演算法的限制。

　　人腦與電腦的根本差別，可能是量子力學不確定性和複雜非線形系統的混沌作用共同造成的。人腦包含了非確定性的自然形成的神經網路系統，具有電腦不具備的「直覺」，正是這種系統的「模糊」處理能力和效率極高的表現。而傳統的圖靈機則是確定性的串列處理系統，雖然也可以模擬這樣的「模糊」處理，但是效率太低下了。而正在研究中的量子計算機和計算機神經網路系統才真正有希望解決這樣的問題，達到人腦的能力。

前彭羅斯又提出了一種波函數塌縮理論，適用於不與環境相互作用的量子系統，卻可能自行塌縮。他認為，每個量子疊加有自身的時空曲率，當它們距離超過普朗克長度（10的-35次方米）時就會塌縮，稱為客觀還原（objective reduction）。

　　彭羅斯認為，客觀還原所代表的既不是隨機，也不是大部分物理所依賴的演算法過程，而是非計算的，受時空幾何基本層面的影響，在此之上產生了計算和意識。

　　1989年彭羅斯在撰寫第一部關於意識的書《皇帝新腦》時，還缺乏對量子過程在大腦中如何作用的詳細描述。隨後，哈梅羅夫讀了彭羅斯的書，提出了微管結構作為對大腦量子過程的支持。他們在上個世紀90年代早期共同建立了Orch-OR理論。

　　支持神經元的細胞骨架蛋白主要由一種微管構成，而微管由微管蛋白二聚體亞單元組成，其功能包括傳輸分子、聯繫神經突觸的神經傳導素、控制細胞生長等。每個微管蛋白二聚體都有一些憎水囊，彼此間距約8納米，裡面含有離域π電子。微管蛋白還有更小的非極性域，含有π電子富集吲哚環，相隔約2納米。哈梅羅夫認為這些電子之間距離很近，足以形成量子糾纏。

　　哈梅羅夫進一步提出，這些電子能形成一種玻色—愛因斯坦凝聚態，而且一個神經元中的凝聚態能通過神經元之間的間隙接點（gap junctions）擴展到其他多個神經元，由此在擴展腦區形成宏觀尺度的量子特徵。當這種擴展的凝聚波函數坍塌時，就形成了一種非計算性的影響，而這種影響與深植於時空幾何中的數學理解和最終意識體驗有關。

　　而這種凝聚態的活動性造成了大腦中的伽馬波同步（gamma wave synchronisation），傳統神經科學認為這種同步與意識和間隙接點的功能有關。

　　另一位神經科學家丹柯·喬治伍接受彭羅斯的大部分觀點，卻不同意哈梅羅夫的解釋。他認為，在微管表面的量子相干過程是通過突觸前骨架蛋白擴展到突觸的，這既能影響突觸放電，也能從突觸間隙傳到其他神經元。

　　亨利·斯塔普（Henry Stapp）

　　美國物理學家亨利·斯塔普1993年出版了著作《精神、物質和量子力學》，他的解釋更為客觀，結合了自行坍塌理論、波函數的確定性演進，非確定性坍塌被看作是兩個真實的、本體上截然不同的現象。大腦中發生的坍塌事件，即大腦意識的觀察或測量更加尤其重要。他認為坍塌是一個精神過程，是大腦狀態的自然演進。他的解釋是哲學和二元論的結合。

　　坍塌從各種可能性中選擇了一個確定存在，這其實是個選擇的過程，而不是隨機擲骰子。他的解釋涉及到時間因素。按照塊區宇宙論，未來依賴於當前的決策，不是早已存在，而是有主觀參與的演進宇宙，就像懷海特的形而上學。

　　斯塔普認為，意識對大腦神經興奮進行最高水平的控制。量子大腦事件發生在整個大腦，是從大範圍的大腦興奮中進行選擇。神經興奮被看做一種編碼，每一個意識經歷都是來自這一編碼的選擇。據此理論，大腦是個以記憶為輸入數據的自行編程的計算機，記憶本身是來自過往經驗的編碼。

　　這一過程導致了意識選擇有多種可能性。意識行為是選擇一條頂級編碼，然後對神經興奮電流加以控制。斯塔普認為，這一過程是大腦活躍性的最高級，涉及信息收集、計劃、執行監控。根據這一理論，意識事件能掌握整個活動方式，由於意識的整體性，能夠為「統整問題」提供解決方案。

　　斯塔普的大腦意識觀點，是一種內部決定系統，不能代表外部系統，對於其餘的自然宇宙部分，外部表現增加了按照定律準確預知未來事件的知識。他的理論證據需要找到能提供頂級編碼的神經元，以及記憶轉入額外頂級編碼的過程。

　　量子大腦動力學（Quantum brain dynamics）

　　量子大腦動力學最早起源於上

世紀60年代，其代表人物是物理學家Hiroomi Umezawa和赫伯特·弗洛里希。近幾十年來，這一觀點得到進一步發展，主要支持者有馬利·吉布（Mari Jibu）、Kunio Yasue和朱塞佩·維泰羅（Giuseppe Vitiello）等人。根據量子大腦動力學理論，佔大腦70%的水分子有兩個電極，構成了量子場，稱為皮層場。皮層場中的量子被稱為皮層子。皮層場和生物分子產生的量子相干波相互作用，在神經元和神經網路中傳播。

　　弗洛里希最早提出了神經網路中會產生量子相干波，他認為，由於生物系統中生化過程波動的擾亂，尚不清楚是什麼次序支持。他認為，可以通過神經細胞膜上的電勢差來觀察量子順序。他的研究認為，在熱浴中有一種電荷震蕩，許多量子會凝聚到同一狀態，即玻色—愛因斯坦凝聚態。

　　這種凝聚狀態使兩極之間形成長距關聯。進一步，生物分子被認為是沿著肌動蛋白纖維（細胞骨架蛋白的一部分）排列，隨著量子相干波在肌動蛋白上產生兩極震蕩。目前，已有某些實驗證據的支持，證明具有高電偶極矩的生物分子有著周期性震蕩。

　　維泰羅認為，生物組織中化學反應順序鏈不需要某種量子順序也會坍塌，這在量子大腦動力學理論中被稱為量子場論。他還從生理結構上提供證據來支持自己的觀點，包括放射效應對細胞生長的影響研究、外部刺激反應、非線性通道、膜蛋白中相關原子核運動、生物系統中的光學相干、孤立子和相干興奮的能量轉化等。

　　量子大腦動力學認為皮層場不僅互相作用，而且會擴展到對整個神經網路的控制。它認為生物分子波沿著肌動蛋白纖維在細胞膜區域和神經樹狀突細胞傳播，波從存儲於細胞膜中的ATP（三磷酸腺苷）分子中獲得能量，控制離子通道，反過來控制信號流向神經突觸。維泰羅認為，量子大腦動力學不需要將量子震蕩持續到退相干。

　　量子大腦動力學的支持者認為，意識並非由某種確定的途徑所產生。吉布和雅蘇認為，在神經網路中，皮層場和生物分子波的能量量子之間的相互作用產生了意識。另一方面，維泰羅認為，量子大腦動力學中的量子狀態產生了兩極，一極是主觀的外部世界的表現，另一極是自我。這一自我向外部世界表現開放。根據該理論，意識既不是自我，也不是外部世界表現，而是處於開放的二者之間。

　　一些量子意識的證據

　　許多實驗力圖證明神經過程與量子狀態有關。2003年到2009年之間，埃里克·康特等人做了一系列實驗，來證明人類在感知和認知模糊數字的過程中，其精神狀態中存在量子相干效應，並取得了證據，為分析認知主體的時間動力學提供了理論支持。

　　近幾年的研究顯示，在光合蛋白中有一種實用的量子相干。恩格爾2007年在這一領域發表了權威論文，克里尼等人2010年證明了蛋白質中的這種相干能在室溫下存在。這些系統退相干的時間和大腦蛋白質的時間相符。

　　加利福尼亞大學伯克利分校物理學家認為，他們發現了生物系統中量子相干的證據：綠色植物為了捕獲太陽光能，在光合作用中表現出了量子計算的能力。

　　2010年英國牛津大學在《物理評論快報》發表論文稱，一種歐洲知更鳥能敏銳感知主要磁場的微小變化，這是「疊加和糾纏在生物系統中持續100微秒，超過了最好的人造分子系統所持續的時間」的證據，作者並為此構建了一個簡單的模型。

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大腦神經元的微管結構

幾個世紀以前，笛卡爾說過「我思故我在」。從那以後，哲學和科學分別對「意識」進行研究，那麼得出來的結果必然有交錯重疊的部分。相較於世界上運算速度最快的超級電腦，大腦處理信息的速度還要快大約30倍。但如果控制我們個性特點和自我意識的真是某個或某幾個思維過程，那麼現在這些都可以解釋清楚了。

很多高難度問題都會得到聰明人的青睞，這個問題也不例外。下面就是一些試圖解釋這個問題的理論。

人類是以時間片的方式認知世界的

周圍環境在我們的認知世界裡是像流水一樣毫不間斷，還是像手翻書（譯註：即手動翻閱連續動作的圖片冊子）里獨立的畫面，是一張張累積起來的——科學家沒有一致意見。研究人員構建了一個理論模型，這個模型兼有這兩種特點。

模型名字很奇妙，叫做「時間片理論」。該理論認為，形成知覺要經過兩個階段。在第一個階段中，大腦無意識地處理環境里的大量基本信息，比如周圍物體的形狀和顏色。這一過程所用的「時間片」相當短，大約只需要400微妙。大腦隨即整合信息，進入處理信息的第二階段。

這個模型主要是用於解釋視覺信息處理過程的，但是人們藉此得出推論：「知覺」可以說是一種幻覺，是大腦藉助記憶等其他認知過程，將一幅幅「快照」組合成一個整體的過程。

大腦同步工作產生意識

神經元同步理論出現於2007年，這個理論沒有解釋意識本身的特性，而與意識背後可能存在的形成機制相關。好幾個研究都觀察到了這個機制：下意識或無意識處理外部刺激的過程可以激發大腦某些區域的活動，而這些區域與有意識、能直接觀察到的外部刺激激發大腦活動的區域是一樣的。這讓研究人員產生了一個疑問：這二者之間是否存在某種明顯的區別。

有研究發現，在有意識處理信息的過程中，大腦會出現「整體同步」的現象，而無意識處理信息的過程只需要部分大腦區域協同工作。這項研究表明，當大腦處理表層刺激的時候，大腦會被激活。受到刺激之後，僅僅需要80微秒，大腦各個不同的獨立區域就開始大面積協作了。

研究院滿懷信心地認為，與其說這表明有意識輸入的信息能得到更好處理，不如說這本身就是意識的特點之一。

每一個神經元都有意識

在研究意識本質的道路上有很多障礙，其中一個就是「捆綁難題」。當我們單獨觀察某種感覺的時候，我們的主觀感受卻是由所有感覺器官的活動匯總而形成的。這種「捆綁」很讓人疑惑，目前還沒辦法解釋。

單神經元理論認為每個獨立的神經元在某種程度上都有自己的意識。就像單個的人一樣，神經元能夠有意識地接收並傳遞信息，但是無法將眾多神經元承載的信息彙集到一起。恰恰就是神經元之間相互交流，形成了最後唯一而一致的感覺。

「即使沒有連接在一起，神經元也能夠相互交流」——這個觀點還讓人聯想到著名的「量子糾纏」現象，即兩個相互關聯的粒子總會相互回應，即使分開後也如此。

多重思維理論

量子力學裡的多世界理論認為，每一件獨立的事情都會產生其獨立的現實，雖然與我們的世界相互分離，但是與我們一樣真實。多重思維理論與意識相關，可以說是對多世界理論的驗證。

這暗示出一個觀點，多世界是確定不變的，而我們對世界的知覺卻在不斷變化。如果每個行動都有無限的結果，而它們已經存在，那麼當事情發生之後，多世界的「分支」就不是多世界的結果而是我們觀察的結果了。

如果其他宇宙存在無數個我們，那麼這無數個的大腦應該聯繫在一起；否則，另一個自己就是沒有思維的軀殼。此外，我們的意識不可能終結，因為我們的知覺可以在我們死亡之時或提前跳轉。

意識是被動的

被動框架理論認為，我們每個人對意識的思考都過度了。這個理論稱，我們認知世界並不是通過有意識的認知過程完成的。意識只是「中介」或說「中轉」，只是將信息展現在我們面前，不能控制我們的反應。

我們之所以認為我們的思想、感覺和行動都受到意識的控制，是因為我們太看重意識。意識就像互聯網：它可以完成很多事情，但是卻沒有自己的意志，它要依靠使用者才能完成任務。

腦電活動產生意識

意識電磁信息理論認為，大腦電磁場的變化與意識相互關聯。這甚至可能是意識產生的深層物理過程。

電磁場本身並不是我們的意識，但是電磁場能將信息傳遞給單個神經元，並且管理著神經元的活動，這些構成了一部分意識。人們有意識的意志其實是大腦電磁場的經歷產生的。大腦這一特性在不斷進化，這是因為如果意識沒有進化改善的優點，那麼意識早就在進化過程中淘汰了。

這個理論假定大腦全部功能都是確定的，沒有留下任何可以「隨意」安排的餘地，而「隨意性」則是形成自由意志的必備條件。因為無法解釋自由意志，這個理論遭到沉重攻擊。

意識有賴於信息整合

上面提到過，意識最根本的特點在於能整合信息，能將各種感覺匯總起來形成一種認識。整合信息理論認為就是這個複雜的整合過程產生了意識。一個生物意識程度的高低可以通過大腦系統的複雜程度進行測量。儘管這個理論還處在發展階段，不夠完善，但卻是第一個能夠建立數學模型的意識理論。

據觀察，大腦不同部分的複雜程度各不相同，而複雜程度越低，越不可能參與有意識思考。這些系統相互聯繫的方式不一樣，相互聯繫的複雜程度也不一樣，各個系統相互整合的程度——即複雜程度——產生了我們所謂的意識。這個理論產生了一個無法避免的推論，這也是下一點我們將討論的內容。

任何足夠複雜的系統都會變得有意識

有一點很清楚，整合信息理論沒有區分不同的系統，因此它不僅僅適用於大腦。其他無論自然還是人造的系統，只要能達到相應的複雜程度，那麼根據這個理論，這些系統也能產生意識，儘管與我們熟悉的意識不在同一水平。

比如，森林和其他生態系統相互聯繫在一起，儘管聯繫程度不是很緊密。樹木、動物和其他生態因素之間存在的交互活動是隨機出現的，沒有掌管全局的力量指揮這一切。另一方面，人類構建的互聯網整合程度很高，其單個連接點比大腦的突觸還多。雖然不像大腦各個部分那樣聯繫緊密，互聯網只在某一刻使用各條連接。

驗證這個理論可以採用這個辦法：用（強大的）電腦構建兩個不同的系統模型，輸入和輸出的信息一樣，但它們的內部連接不一樣。系統內部構造越複雜，越能模擬複雜程度更高的意識。但是，如果下面這個理論成立，這個理論就不攻自破了。

電腦無法模擬意識

研究人員花了很多時間研究整合信息理論，有一項發現很有說服力：如果整合信息理論正確，那麼這個理論描述的人腦系統模型不可能用計算機呈現出來，無論這台計算機多麼強大。

這說明了整合信息對有意識的思維多麼重要。我們將各種不同經歷相結合，可以形成新的經驗，這個過程類似於信息壓縮。當然有些信息數據會在這個過程中丟失。用數字模擬一個以同樣方式存儲信息的系統，並且這個系統不會丟失數據（也就是內存），研究團隊得出了以下結論：要麼前面所有關於整合意識的觀點是錯誤的，要麼計算機不可能模擬意識形成過程。

人腦是一台量子計算機

20世紀90年代中期，研究人員提出「協調目標減少」理論（Orch OR），遭到嚴厲指責。這個理論認為腦細胞里的「微管」是量子振動計算進行的地方，而量子振動計算是由突觸輸入區控制的；此外，大腦處理信息的過程類似於量子計算機。批判這個理論的觀點認為，大腦過於「溫暖、潮濕、嘈雜」，根本無法進行精細的量子計算。

20年之後，一個日本研究團隊證實，在大腦神經元的微管結構中，存在「溫暖的環境下的量子振動」。另一項研究也為「協調目標減少」理論提供了支撐。這項研究發現，直接干預這些微管可以讓臨床病人麻醉，當意識活動被有效遏制的時候，大腦仍在進行無意識活動。

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ACS Nano：科學家用半導體納米微管控制神經突生長

來源：《ACS納米》 2011-03-25 11:01首次發布產業藍皮書，把脈T細胞治療的產業化發展前景！

美國威斯康辛大學麥迪遜分校的科學家們日前成功實現神經突在由硅和鍺組成的半導體微型管中的生長，為傷病導致的受損神經細胞的修復提供了可能。研究報告發表在最近的《ACS納米》期刊上。

在該項研究中，科學家設計出各種尺寸和形狀的微管，其大小剛好夠單個神經突進入，但又不會讓整個神經細胞嵌入微管，然後他們將小鼠神經細胞覆蓋在微管周圍，並觀察這些細胞會如何反應。

結果研究人員發現，神經細胞開始將樹突伸入微管中，彷彿在探路一般。其中有些樹突會順著微管的輪廓生長，這也意味著神經細胞可按一定結構生長。

現在，科學家已經知道神經細胞具有一種探尋的特性，但它們是在漫無目的地探尋還是想要探尋到某種物質，仍是未解之謎。研究人員希望能通過半導體微管以及安裝監測設備記錄神經細胞釋放的電流這種方式，弄清神經細胞之間是如何交流的，從而最終找到方法讓計算機同神經細胞相連，重新建立聯繫，如此將有可能幫助那些因為脊椎傷病而失去行走能力的人重新站起來。（生物谷http://Bioon.com）

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JBC:微管結構的不穩定可能與多種神經疾病有關

來源：生物通 2005-09-21 20:32首次發布產業藍皮書，把脈T細胞治療的產業化發展前景！

微管是一種由微管蛋白聚合物構成的中空圓筒，它是將一些受體運輸到它們在大腦中的工作地點的高速路。紐約州立大學水牛城分校的神經學專家發現，微管結構的不穩定可能與多種神經疾病有關，並可能成為治療這些疾病的一種有潛力的靶標。

在刊登在8月19日的Journal of Biological Chemistry上的一篇論文中，他們報道說微管的不穩定會干擾NMDA受體的活動。NMDA受體是神經遞質谷氨酸的一個靶標，它就好比沿著由微管構成的鐵路運輸的貨物。能夠使微管「解聚」的試劑能夠干擾這個鐵路、中止交通並減少到達神經元表面的貨物的數量。因此，神經元表面上能與神經遞質反應的NMDA受體數量也就變少了，進而使傳遞給大腦關鍵區域的信號也減少了。已經知道神經元運輸的缺陷與多種神經疾病有關。

先前的一篇刊登在6月8日的Journal of Neuroscience上的論文中，Zhen Yan領導的研究組證明神經調節物質複合胺還通過與微管有關的機制來調節NMDA受體的功能。他們推測複合胺受體5-HT1AR的功能是聯合能解聚微管的細胞信號來抑制NMDA受體的活動。微管的降解順次干擾NMDAR傳遞到神經元表面並因此抑制NMDAR的功能。

研究結果表明複合胺能調節NMDAR沿著神經元中微管的運輸。這種調節的失靈可能是許多神經疾病背後的真正病因。

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