¿Explica la mecánica cuántica la autoconciencia y el libre albedrío?
Si estás leyendo esto ahora mismo, eres un ser consciente o un bot de internet. (O ambas cosas.) Eso es bastante obvio, pero lo que no es obvio es lo que te hace consciente. La conciencia se define como el conocimiento y la comprensión de que algo está sucediendo o existe. Nos permite ser conscientes de nuestro entorno y de nuestro propio estado mental, físico y emocional. A pesar de que experimentamos la conciencia todos los días, no la comprendemos del todo. Los científicos aún no saben exactamente dónde se origina la conciencia. ¿Está en el cerebro? ¿Pueden ser conscientes las plantas, los hongos o las bacterias? ¿Y la inteligencia artificial? Creo que el dilema que rodea a la conciencia se resume bien en esta cita de Scientific American:
«En última instancia, lo que necesitamos es una teoría científica satisfactoria de la conciencia que prediga en qué condiciones cualquier sistema físico concreto -ya sea un complejo circuito de neuronas o transistores de silicio- tiene experiencias. Además, ¿por qué difiere la calidad de estas experiencias? ¿Por qué un cielo azul despejado se siente de forma tan diferente al chirrido de un violín mal afinado? ¿Tienen estas diferencias de sensación una función, y si es así, cuál es? Una teoría de este tipo nos permitirá inferir qué sistemas experimentarán algo. A falta de una teoría con predicciones comprobables, cualquier especulación sobre la conciencia de las máquinas se basa únicamente en nuestra intuición, que la historia de la ciencia ha demostrado que no es una guía fiable.»
Se ha dedicado una gran cantidad de investigación a cartografiar las interacciones de las neuronas en el cerebro para averiguar cómo, como dice el artículo que he citado antes, «un órgano de tres libras con la consistencia del tofu exuda la sensación de vida.» Dos de las principales teorías son la del espacio de trabajo neuronal global (GNW) y la teoría de la información integrada (IIT). La GNW afirma que la conciencia surge cuando todo un sistema físico tiene acceso a la información y la procesa de una manera determinada. En la GNW, la experiencia consciente depende únicamente del modo en que se procesa la información. Según esta lógica, un programa de ordenador podría ser consciente a pesar de no tener un cuerpo tangible. La IIT va en contra de esta idea, afirmando que la conciencia proviene de las experiencias conscientes y de las relaciones causa-efecto. Afirma que los acontecimientos del mundo nos hacen tener experiencias conscientes. Según la IIT, la conciencia requiere estructuras físicas especializadas que interactúan con el mundo. Por tanto, la conciencia no puede ser computada. Piensa en ello como si la simulación de un agujero negro no pudiera crear una atracción gravitatoria real. Ambas teorías tienen algunas pruebas experimentales que las respaldan, pero ninguna de ellas ha sido confirmada. Es posible que la respuesta a la procedencia de la conciencia se encuentre en un punto intermedio entre las dos o en algo totalmente distinto. Y es importante para el futuro de la psiquiatría y la inteligencia artificial que aprendamos todo lo que podamos sobre la conciencia.
Si buscamos aprender sobre los fundamentos de la conciencia, tal vez deberíamos mirar a las leyes fundamentales que rigen nuestro universo: la física cuántica. Ciertas teorías sugieren que la conciencia surge como resultado de la mecánica cuántica, pero para evaluar adecuadamente esta idea, necesitamos enumerar lo que ya sabemos sobre la conciencia.
La conciencia es diferente de la inteligencia, pero las dos parecen estar relacionadas y ambas parecen ser exclusivas de los seres vivos. Algunos panpsiquistas creen que los objetos inanimados, como las rocas, son conscientes, pero como una roca no muestra ningún signo externo de conciencia, no podemos probar ni refutar que la posean. Si la conciencia es exclusiva de los organismos, es probable que la hayan desarrollado para sobrevivir. La conciencia es útil para muchas cosas, entre otras: encontrar nutrientes, localizar pareja, controlar el estado interno, reaccionar ante las amenazas y comunicarse y socializar con otros organismos. Cuando se combinan con la inteligencia, los organismos conscientes pueden pensar en nuevas estrategias de supervivencia e incluso desarrollar rasgos como la creatividad y la imaginación. Hay un gran vídeo de Kurzgesagt sobre la evolución de la conciencia.
Al igual que la vida misma, la conciencia y la inteligencia parecen ser propiedades emergentes. Las propiedades emergentes son cualidades que posee un grupo de cosas, pero no cada cosa individualmente. La vida es una propiedad emergente. Un solo átomo no está vivo, pero muchos átomos juntos pueden estarlo. Del mismo modo, una sola célula cerebral no parece inteligente ni consciente de sí misma, pero muchas de ellas trabajando juntas sí pueden serlo. La inteligencia y la autoconciencia son fenómenos complejos que surgen de procesos más simples, como el disparo de las neuronas. Así que la pregunta «¿Es la conciencia un fenómeno cuántico?» podría tener dos respuestas. Necesitamos nuestro cerebro para ser conscientes, y el cerebro está formado por innumerables partículas subatómicas que operan bajo la teoría del campo cuántico. Por lo tanto, se podría argumentar que la conciencia debe surgir de la mecánica cuántica. Pero ese es un vínculo indirecto entre la conciencia y la mecánica cuántica. Lo que queremos saber es si la conciencia en sí misma presenta propiedades cuánticas. Para ello, tendremos que ver cómo es la mecánica cuántica cuando surge a la escala de las neuronas y los cerebros.
Lo más conocido de la física cuántica es que las partículas no existen en un solo lugar a la vez. La probabilidad de que una partícula sea observada en un lugar específico está determinada por su función de onda. Las funciones de onda son herramientas matemáticas utilizadas para describir partículas individuales y grupos de partículas. Cuando se observa una partícula o un grupo de partículas, su función de onda se reduce a un único punto. Es un error común pensar que la conciencia permite a alguien colapsar esta función de onda con su mente. Lo que realmente hace que las funciones de onda colapsen tiene que ver con lo que queremos decir cuando decimos que una partícula es observada. Observar una partícula significa realmente medir sus propiedades de alguna manera, lo que requiere una interacción física entre la partícula y el dispositivo de medición. Cuando esto ocurre, el estado cuántico de la partícula se enreda con los estados cuánticos de las partículas que componen o son emitidas por el dispositivo de medición. A medida que más partículas se enredan, se produce un proceso llamado decoherencia. Hay una estupenda serie de vídeos en tres partes sobre la decoherencia de PBS Spacetime.
La decoherencia es la responsable del colapso de la función de onda, y está gobernada por las interacciones físicas entre las partículas. La única forma conocida de que un ser consciente colapse una función de onda es interactuando físicamente con ella de alguna manera. Así que puedes colapsar una función de onda con tu mente, pero es lo mismo que mover objetos con tu mente. Cuando cojo mi teléfono, mi mente le dice a mi mano que lo coja. Cuando un observador colapsa a propósito la función de onda de una partícula, su mente le dice a su cuerpo que interactúe con ella de alguna manera. Esto puede ser tan simple como tocar la partícula o tan preciso como operar un detector de partículas. Las partículas están constantemente interactuando entre sí, por lo que todo el universo tiene su propia función de onda increíblemente complicada. Por eso, cuando observamos un gran grupo de partículas como una persona, no vemos un zumbido cuántico de incertidumbre. Los grandes sistemas de partículas se descohesionan, por lo que no muestran las mismas propiedades cuánticas que las partículas que los componen. Pero hay algunos fenómenos cuánticos especiales que sí se dan a escalas relativamente grandes, incluyendo las escalas de los seres vivos.
He hablado de algunos de estos fenómenos en posts anteriores. Uno que es muy popular es la computación cuántica, en la que se utiliza la incertidumbre en los estados de las partículas para procesar más información a la vez que los transistores. En teoría, se puede crear una inteligencia artificial utilizando un ordenador cuántico. Si una IA que funcionara con un ordenador cuántico se volviera autoconsciente, su conciencia dependería de los efectos cuánticos. Esto encaja con la teoría de la información integrada, según la cual la conciencia depende de la naturaleza física de un sistema. Sin embargo, una IA cuántica autoconsciente no demostraría que la conciencia requiere efectos cuánticos macroscópicos para producirse. Según la teoría del espacio de trabajo neuronal global, una IA podría ser consciente de sí misma aunque funcionara con ordenadores clásicos. Lo que nos interesa es la prueba de que la conciencia es inherentemente cuántica. Para ello, busquemos en algún lugar donde sabemos que surge la conciencia: nuestros propios cerebros.
En entradas anteriores, también hablé de la biología cuántica, la aparición de la física cuántica en procesos esenciales para los seres vivos. Los cloroplastos de las plantas pueden utilizar las propiedades ondulatorias de las partículas para optimizar la fotosíntesis. Las aves pueden tener proteínas especializadas en sus ojos que les permiten percibir el campo magnético de la Tierra a través de un entrelazamiento cuántico. Y el tunelaje cuántico puede desempeñar un papel importante en la evolución, ya que podría ser lo que permite que se produzcan mutaciones en el ADN. Todo esto equivale a decir que cada vez más investigaciones muestran pruebas de que pueden producirse efectos cuánticos especializados en el cálido y desordenado mundo de las células y las proteínas. Entonces, ¿qué pasa en las neuronas?
Si encontramos efectos cuánticos macroscópicos esenciales para la actividad neuronal, sería un indicador de que la teoría de la información integrada es correcta y la mecánica cuántica es una de las características esenciales que debe utilizar un sistema físico para ser consciente. En resumen, sugeriría que la mecánica cuántica a gran escala es esencial para el desarrollo de la conciencia. ¿Y qué encontramos? Bueno, la investigación ha descubierto tres efectos cuánticos bastante interesantes que pueden ser esenciales para la función cerebral.
Para que la información viaje por el cerebro, las sustancias químicas llamadas neurotransmisores tienen que moverse entre las neuronas. Estos neurotransmisores se mueven a través de la sinapsis entre las neuronas cada vez que se dispara una señal en el cerebro. Para que los neurotransmisores se envíen, los iones de calcio tienen que moverse entre las neuronas. Cada neurona tiene canales iónicos que permiten el paso de los iones de calcio. Estos canales son muy pequeños, del tamaño de un átomo de calcio. El pequeño tamaño crea una incertidumbre cuántica en cuanto a si un ion de calcio podrá entrar en una neurona. En teoría, esta incertidumbre cuántica que se produce en trillones de neuronas a la vez crea una mezcla cuántica de estados en todo el cerebro. Esta mezcla de estados cuánticos puede ser la característica necesaria que requiere un sistema físico para experimentar la conciencia.
2) Computación cuántica en los microtúbulos
Las neuronas del cerebro oscilan en actividad siguiendo un patrón coherente durante los procesos de pensamiento específicos. Esta oscilación sincrónica puede ser lo que permite la comunicación entre diferentes regiones del cerebro y establece la memoria. Se producen oscilaciones de distinta frecuencia en los mismos lugares del cerebro para evitar el tráfico de información cuando se comunica con otras regiones del cerebro. La mecánica cuántica puede explicar cómo se pueden generar tantos subconjuntos diferentes de conexiones oscilantes en el cerebro a la vez.
Una forma en que estas oscilaciones pueden ocurrir es si los microtúbulos dentro de las neuronas están construidos como ordenadores cuánticos. Los microtúbulos son como el cerebro de una célula cerebral. Son moléculas estructurales que cambian rápidamente y responden al instante a los acontecimientos mentales reconfigurando la estructura de las dendritas y los axones, las ramas de entrada y salida de la neurona. El conjunto de microtúbulos del cerebro puede presentar un efecto cuántico similar al de los ordenadores cuánticos. En concreto, las moléculas de tubulina de los microtúbulos pueden estar en una superposición de estados cuánticos que puede utilizarse para operaciones de computación cuántica. Los críticos argumentan que esta superposición de estados cuánticos debería colapsar en menos de 1/10¹² segundos debido a la decoherencia, que es mucho más corta que los milisegundos necesarios para que se produzcan los procesos microtubulares en la neurona. El físico Robert Penrose propuso un hipotético proceso gravitacional cuántico que podría prolongar la vida de estas superposiciones hasta 10 o 100 milisegundos. Estas superposiciones prolongadas durarían lo suficiente como para influir de forma significativa en las funciones de los microtúbulos y permitir la computación cuántica en las neuronas. Un estudio de un laboratorio japonés encontró pruebas de que si los microtúbulos se comportan como ordenadores cuánticos, deberíamos esperar ver las mismas resonancias vibracionales y características de conductividad que observamos en las neuronas. La investigación también ha demostrado que los estados de espín entrelazados pueden mantenerse en el entorno caliente y ruidoso del cerebro. Otras investigaciones han conectado la capacidad de los anestésicos para inhibir la conciencia con la interrupción química de los procesos cuánticos.
Si la computación cuántica es una parte esencial de la función neuronal, puede ser un requisito fundamental de cualquier sistema consciente y confirmar la teoría de la información integrada. Ergo, una IA en un ordenador cuántico podría ser consciente de sí misma, pero una IA en un ordenador clásico no.
3) Sincronización neuronal y bloqueo de fase
Otra explicación de las oscilaciones sincrónicas en el cerebro es el bloqueo de fase neuronal. El bloqueo de fase se produce cuando las sinapsis se disparan al mismo tiempo. Esto puede ocurrir como resultado de la coherencia cuántica entre las neuronas. La coherencia cuántica es cuando existe una relación conocida entre la fase de las funciones de onda de diferentes partículas. La relación de fase suele ser cada vez menos conocida a medida que más y más partículas se enredan entre sí, por lo que es difícil de mantener a la escala de un cerebro. La coherencia también sería necesaria en los microtúbulos para que actuaran como ordenadores cuánticos. Como ya comentamos, cada vez más investigaciones sugieren que la coherencia es alcanzable para los sistemas biológicos, por lo que no es el mayor salto lógico pensar que el cerebro podría preservarla.
Ahora que conocemos múltiples formas en las que la conciencia en el cerebro podría depender de los fenómenos cuánticos, ¿cuáles son las implicaciones? Además de la autoconciencia, la mecánica cuántica podría ser lo que da a los seres conscientes el libre albedrío. Durante mucho tiempo, nuestra comprensión de la física fue determinista. El determinismo significa que todo lo relacionado con un sistema está predeterminado por el estado del sistema en el pasado. Si se sabe todo sobre un sistema en un momento dado, se puede deducir su estado exacto en todos los demás momentos, pasados o futuros. Sin embargo, el descubrimiento de la mecánica cuántica reveló que el comportamiento de las partículas subatómicas es fundamentalmente aleatorio. Algunos acontecimientos tienen más posibilidades de ocurrir que otros, pero ningún acontecimiento está garantizado al 100%. Si nuestra experiencia consciente es el resultado de estos procesos fundamentalmente aleatorios, significa que no se puede predecir con perfecta certeza lo que hará un ser consciente. De este modo, la física cuántica puede proporcionar a nuestras mentes cierta independencia del mundo que nos rodea. El filósofo Platón imaginó un mundo de ideas y conceptos separado del físico. Este mundo platónico podría tener pronto una base real en la física fundamental.
Puedes saber más sobre la naturaleza del determinismo frente al azar y lo que nos dice sobre la existencia del libre albedrío aquí:
En conclusión, esperamos que la conciencia haya evolucionado como una forma de que los organismos se mantengan mejor. Las teorías discrepan sobre si la conciencia sólo depende de cómo una mente procesa la información o si hay atributos físicos que un sistema necesita para ser consciente de sí mismo. Los efectos cuánticos macroscópicos se han propuesto como un posible requisito para los sistemas conscientes, y hay múltiples formas en que podrían ocurrir entre las neuronas del cerebro. La biología cuántica no sólo podría explicar la autoconciencia, sino que incluso podría explicar por qué experimentamos el libre albedrío. Dado que se trata de un tema muy profundo y fascinante, recomiendo que se siga leyendo sobre él:
En mis próximos tres posts, me sumergiré en más conceptos que rodean la mecánica cuántica y la mente. Discutiré si una máquina de teletransporte sería fatal de usar, si la conciencia puede existir sin un cuerpo hecho de átomos y células, y si la inmortalidad cuántica podría salvar a un universo simulado de ser desenchufado. Nos vemos allí!
Obras citadas
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