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Si vous lisez ceci en ce moment, vous êtes soit un être conscient, soit un robot internet. (Ou les deux.) C’est assez évident, mais ce qui ne l’est pas, c’est ce qui vous rend conscient. La conscience est définie comme la connaissance et la compréhension que quelque chose se passe ou existe. Elle nous permet d’être conscients de notre environnement et de notre propre état mental, physique et émotionnel. Bien que nous fassions l’expérience de la conscience tous les jours, nous ne la comprenons pas entièrement. Les scientifiques ne sont toujours pas sûrs de l’origine exacte de la conscience. Se trouve-t-elle dans le cerveau ? Les plantes, les champignons ou les bactéries peuvent-ils être conscients ? Et l’intelligence artificielle ? Je pense que le dilemme entourant la conscience est bien résumé par cette citation de Scientific American:

« En fin de compte, ce dont nous avons besoin, c’est d’une théorie scientifique satisfaisante de la conscience qui prédise dans quelles conditions tout système physique particulier – qu’il s’agisse d’un circuit complexe de neurones ou de transistors en silicium – a des expériences. En outre, pourquoi la qualité de ces expériences diffère-t-elle ? Pourquoi un ciel bleu clair est-il si différent du cri d’un violon mal accordé ? Ces différences de sensations ont-elles une fonction, et si oui, laquelle ? Une telle théorie nous permettra de déduire quels systèmes feront l’expérience de quoi que ce soit. En l’absence d’une théorie avec des prédictions testables, toute spéculation sur la conscience des machines est basée uniquement sur notre intuition, dont l’histoire des sciences a montré qu’elle n’est pas un guide fiable. »

De nombreuses recherches ont été menées pour cartographier les interactions des neurones dans le cerveau afin de comprendre comment, comme le dit l’article que j’ai cité plus haut, « un organe de trois livres avec la consistance du tofu dégage le sentiment de la vie. » Les deux principales théories sont l’espace de travail neuronal global (GNW) et la théorie de l’information intégrée (IIT). Le GNW affirme que la conscience émerge lorsqu’un système physique entier a accès à l’information et la traite d’une manière particulière. Selon la GNW, l’expérience consciente dépend uniquement de la manière dont l’information est traitée. Selon cette logique, un programme informatique pourrait devenir conscient bien qu’il n’ait pas de corps tangible. L’IIT va à l’encontre de cette idée, affirmant que la conscience provient d’expériences conscientes et de relations de cause à effet. Il affirme que les événements du monde nous amènent à avoir des expériences conscientes. Selon l’IIT, la conscience nécessite des structures physiques spécialisées qui interagissent avec le monde. Par conséquent, la conscience ne peut être calculée. Pensez-y comme à la simulation d’un trou noir ne pouvant créer une véritable attraction gravitationnelle. Ces deux théories sont étayées par des preuves expérimentales, mais aucune n’a été confirmée. Il est possible que la réponse à la question de l’origine de la conscience se situe à mi-chemin entre ces deux théories, ou qu’elle soit entièrement différente. Et il est important pour l’avenir de la psychiatrie et de l’intelligence artificielle que nous en apprenions le plus possible sur la conscience.

Si nous cherchons à connaître les fondements de la conscience, peut-être devrions-nous nous tourner vers les lois fondamentales qui régissent notre univers : la physique quantique. Certaines théories suggèrent que la conscience émerge comme le résultat de la mécanique quantique, mais pour évaluer correctement cette idée, nous devons énumérer ce que nous savons déjà sur la conscience.

La conscience est différente de l’intelligence, mais les deux semblent être liées et toutes deux semblent être exclusives aux êtres vivants. Certains panpsychistes croient que les objets inanimés comme les roches sont conscients, mais comme une roche n’affiche aucun signe extérieur de conscience, nous ne pouvons ni prouver ni réfuter qu’ils la possèdent. Si la conscience est l’apanage des organismes, il est probable qu’ils l’ont développée pour survivre. La conscience est utile pour de nombreuses choses, notamment pour trouver des nutriments, localiser des partenaires, surveiller son état interne, réagir aux menaces, communiquer et socialiser avec d’autres organismes. Lorsqu’ils sont associés à l’intelligence, les organismes conscients peuvent imaginer de nouvelles stratégies de survie et même développer des caractéristiques telles que la créativité et l’imagination. Il y a une excellente vidéo de Kurzgesagt sur l’évolution de la conscience.

Comme la vie elle-même, la conscience et l’intelligence semblent être des propriétés émergentes. Les propriétés émergentes sont des qualités possédées par un groupe de choses, mais pas par chaque chose individuellement. La vie est une propriété émergente. Un seul atome n’est pas vivant, mais plusieurs atomes réunis peuvent l’être. De même, une seule cellule du cerveau ne semble pas intelligente ou consciente d’elle-même, mais plusieurs d’entre elles travaillant ensemble peuvent l’être. L’intelligence et la conscience de soi sont des phénomènes complexes qui découlent de processus plus simples, comme l’allumage des neurones. La question « La conscience est-elle un phénomène quantique ? » pourrait donc avoir deux réponses. Nous avons besoin de notre cerveau pour être conscients, et le cerveau est composé d’innombrables particules subatomiques qui fonctionnent toutes selon la théorie des champs quantiques. On pourrait donc affirmer que la conscience doit découler de la mécanique quantique. Mais il s’agit d’un lien indirect entre la conscience et la mécanique quantique. Ce que nous voulons savoir, c’est si la conscience elle-même présente des propriétés quantiques. Pour ce faire, nous devrons voir à quoi ressemble la mécanique quantique lorsqu’elle émerge à l’échelle des neurones et des cerveaux.

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La chose la plus connue de la physique quantique est que les particules n’existent pas à un seul endroit à la fois. La probabilité qu’une particule soit observée à un endroit spécifique est déterminée par sa fonction d’onde. Les fonctions d’onde sont des outils mathématiques utilisés pour décrire les particules individuelles ainsi que les groupes de particules. Lorsqu’une particule ou un groupe de particules est observé, sa fonction d’onde s’effondre en un seul point. Une idée fausse courante veut que la conscience permette à quelqu’un d’effondrer cette fonction d’onde avec son esprit. Ce qui provoque réellement l’effondrement des fonctions d’onde est lié à ce que nous voulons dire lorsque nous disons qu’une particule est observée. Observer une particule signifie en réalité mesurer ses propriétés d’une manière ou d’une autre, ce qui nécessite une interaction physique entre la particule et le dispositif de mesure. Lorsque cela se produit, l’état quantique de la particule s’emmêle avec les états quantiques des particules qui composent ou sont émises par le dispositif de mesure. Au fur et à mesure que les particules s’enchevêtrent, un processus appelé décohérence se produit. Il y a une excellente série vidéo en trois parties sur la décohérence de PBS Spacetime.

La décohérence est responsable de l’effondrement de la fonction d’onde, et elle est régie par les interactions physiques entre les particules. La seule façon connue pour un être conscient d’effondrer une fonction d’onde est d’interagir physiquement avec elle d’une manière ou d’une autre. Vous pouvez donc effondrer une fonction d’onde avec votre esprit, mais c’est la même chose que de déplacer des objets avec votre esprit. Quand je prends mon téléphone, mon esprit dit à ma main de le saisir. Lorsqu’un observateur effondre délibérément la fonction d’onde d’une particule, son esprit dit à son corps d’interagir avec elle d’une manière ou d’une autre. Cela peut être aussi simple que de toucher la particule ou aussi précis que de faire fonctionner un détecteur de particules. Les particules interagissent constamment les unes avec les autres, de sorte que l’univers entier possède sa propre fonction d’onde incroyablement compliquée. C’est pourquoi, lorsque nous observons un grand groupe de particules comme une personne, nous ne voyons pas de bourdonnement quantique d’incertitude. Les grands systèmes de particules se décohabitent et ne présentent donc pas les mêmes propriétés quantiques que les particules qui les composent. Mais il existe des phénomènes quantiques particuliers qui se produisent à des échelles relativement grandes, notamment à l’échelle des êtres vivants.

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J’ai parlé de certains de ces phénomènes dans des billets précédents. L’un d’eux, très populaire, est l’informatique quantique, où l’incertitude des états des particules est utilisée pour traiter plus d’informations à la fois que les transistors. En théorie, vous pouvez créer une intelligence artificielle à l’aide d’un ordinateur quantique. Si une IA fonctionnant sur un ordinateur quantique devenait consciente d’elle-même, sa conscience dépendrait des effets quantiques. Cela correspond à la théorie de l’information intégrée selon laquelle la conscience dépend de la nature physique d’un système. Cependant, une IA quantique consciente d’elle-même ne prouverait pas que la conscience nécessite des effets quantiques macroscopiques pour se produire. Selon la théorie de l’espace de travail neuronal global, une IA pourrait devenir consciente d’elle-même même si elle fonctionnait sur des ordinateurs classiques. Ce qui nous intéresse, c’est de prouver que la conscience est intrinsèquement quantique. Pour cela, tournons-nous vers l’endroit où nous savons que la conscience naît : notre propre cerveau.

Dans des billets précédents, j’ai également abordé la biologie quantique, l’émergence de la physique quantique dans des processus essentiels aux êtres vivants. Les chloroplastes des plantes peuvent utiliser les propriétés ondulatoires des particules pour optimiser la photosynthèse. Les oiseaux ont peut-être des protéines spécialisées dans leurs yeux qui leur permettent de détecter le champ magnétique terrestre par intrication quantique. Et l’effet tunnel quantique pourrait jouer un rôle majeur dans l’évolution, car il pourrait être à l’origine des mutations de l’ADN. Tout cela pour dire que de plus en plus de recherches démontrent que des effets quantiques spécialisés peuvent se produire dans le monde chaud et désordonné des cellules et des protéines. Alors qu’en est-il dans les neurones ?

Si nous trouvons des effets quantiques macroscopiques essentiels à l’activité neuronale, ce serait un indicateur que la théorie de l’information intégrée est correcte et que la mécanique quantique est l’une des caractéristiques essentielles qu’un système physique doit utiliser pour devenir conscient. En bref, cela suggérerait que la mécanique quantique à grande échelle est essentielle au développement de la conscience. Et qu’avons-nous trouvé ? Eh bien, la recherche a mis en évidence trois effets quantiques plutôt intéressants qui pourraient être essentiels au fonctionnement du cerveau.

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Pour que l’information voyage dans le cerveau, des produits chimiques appelés neurotransmetteurs doivent se déplacer entre les neurones. Ces neurotransmetteurs traversent la synapse entre les neurones lorsqu’un signal est émis dans le cerveau. Pour que les neurotransmetteurs soient envoyés, les ions calcium doivent se déplacer entre les neurones. Chaque neurone possède des canaux ioniques qui permettent le passage des ions calcium. Ces canaux sont très petits, de la taille d’un atome de calcium. Cette petite taille crée une incertitude quantique quant à la capacité d’un ion calcium à pénétrer dans un neurone. En théorie, cette incertitude quantique se produisant dans des trillions de neurones à la fois crée un mélange quantique d’états dans tout le cerveau. Ce mélange d’états quantiques pourrait être la caractéristique nécessaire à un système physique pour faire l’expérience de la conscience.

2) L’informatique quantique dans les microtubules

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Les neurones du cerveau oscillent en activité selon un schéma cohérent pendant des processus de pensée spécifiques. Cette oscillation synchrone est peut-être ce qui permet la communication entre les différentes régions du cerveau et établit la mémoire. Des oscillations de fréquences différentes se produisent aux mêmes endroits dans le cerveau afin d’éviter le trafic d’informations lors de la communication avec d’autres régions du cerveau. La mécanique quantique peut expliquer comment tant de sous-ensembles différents de connexions oscillantes dans le cerveau peuvent être générés en même temps.

Une façon dont ces oscillations peuvent se produire est si les microtubules à l’intérieur des neurones sont construits comme des ordinateurs quantiques. Les microtubules sont comme le cerveau d’une cellule cérébrale. Ce sont des molécules structurelles à évolution rapide qui répondent instantanément aux événements mentaux en reconfigurant la structure des dendrites et des axones, les branches d’entrée et de sortie du neurone. Le réseau de microtubules du cerveau pourrait présenter un effet quantique similaire à celui des ordinateurs quantiques. Plus précisément, les molécules de tubuline dans les microtubules peuvent se trouver dans une superposition d’états quantiques qui peuvent être utilisés pour des opérations de calcul quantique. Les critiques soutiennent que cette superposition d’états quantiques devrait s’effondrer en moins de 1/10¹² de seconde en raison de la décohérence, ce qui est beaucoup plus court que les millisecondes nécessaires pour que les processus microtubulaires se produisent dans le neurone. Le physicien Robert Penrose a proposé un hypothétique processus gravitationnel quantique qui pourrait prolonger la durée de vie de ces superpositions jusqu’à 10 à 100 millisecondes. Ces superpositions prolongées dureraient suffisamment longtemps pour influencer de manière significative les fonctions des microtubules et permettre à l’informatique quantique de se produire dans les neurones. Une étude menée par un laboratoire japonais a montré que si les microtubules se comportent effectivement comme des ordinateurs quantiques, nous devrions nous attendre à voir les mêmes résonances vibratoires et caractéristiques de conductivité que celles observées dans les neurones. La recherche a également montré que les états de spin intriqués peuvent être maintenus dans l’environnement chaud et bruyant du cerveau. D’autres recherches ont établi un lien entre la capacité des anesthésiques à inhiber la conscience et la perturbation chimique des processus quantiques.

Si l’informatique quantique est une partie essentielle de la fonction neuronale, elle pourrait être une exigence fondamentale de tout système conscient et confirmer la théorie de l’information intégrée. Ergo, une IA sur un ordinateur quantique pourrait devenir consciente d’elle-même, mais une IA sur un ordinateur classique ne le pourrait pas.

3) Synchronisation neuronale et verrouillage de phase

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Une autre explication des oscillations synchrones dans le cerveau est le verrouillage de phase neuronal. On parle de verrouillage de phase lorsque les synapses se déclenchent en même temps. Cela peut être le résultat de la cohérence quantique entre les neurones. On parle de cohérence quantique lorsqu’il existe une relation connue entre la phase des fonctions d’onde de différentes particules. La relation de phase devient généralement de moins en moins connaissable au fur et à mesure que les particules s’enchevêtrent les unes dans les autres, et il est donc difficile de la maintenir à l’échelle d’un cerveau. La cohérence serait également nécessaire dans les microtubules pour qu’ils puissent agir comme des ordinateurs quantiques. Comme nous l’avons discuté, de plus en plus de recherches suggèrent que la cohérence est réalisable pour les systèmes biologiques, ce n’est donc pas le plus grand saut dans la logique de penser que le cerveau pourrait la préserver.

Maintenant que nous connaissons les multiples façons dont la conscience dans le cerveau pourrait dépendre des phénomènes quantiques, quelles sont les implications ? En plus de la conscience de soi, la mécanique quantique pourrait être ce qui donne aux êtres conscients le libre arbitre. Pendant très longtemps, notre compréhension de la physique était déterministe. Le déterminisme signifie que tout ce qui concerne un système est prédéterminé par l’état du système dans le passé. Si vous connaissez tout d’un système à un moment donné, vous pouvez en déduire son état exact à tous les autres moments, passés ou futurs. Cependant, la découverte de la mécanique quantique a révélé que le comportement des particules subatomiques est fondamentalement aléatoire. Certains événements ont plus de chances de se produire que d’autres, mais aucun événement n’est jamais garanti à 100%. Si notre expérience consciente résulte de ces processus fondamentalement aléatoires, cela signifie que l’on ne peut pas prédire avec une parfaite certitude ce que fera un être conscient. De cette façon, la physique quantique pourrait offrir à notre esprit une certaine indépendance par rapport au monde qui nous entoure. Le philosophe Platon a imaginé un monde d’idées et de concepts distinct du monde physique. Ce monde platonicien pourrait bientôt avoir un fondement réel dans la physique fondamentale.

Vous pouvez en savoir plus sur la nature du déterminisme par rapport à l’aléatoire et sur ce que cela nous dit de l’existence du libre arbitre ici :

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En conclusion, nous pensons que la conscience a évolué comme un moyen pour les organismes de mieux se maintenir. Les théories ne s’accordent pas sur la question de savoir si la conscience dépend uniquement de la façon dont l’esprit traite l’information ou s’il existe des attributs physiques dont un système a besoin pour devenir conscient de lui-même. Les effets quantiques macroscopiques ont été proposés comme une exigence possible pour les systèmes conscients, et il existe de multiples façons dont ils pourraient se produire parmi les neurones du cerveau. Non seulement la biologie quantique pourrait expliquer la conscience de soi, mais elle pourrait même expliquer pourquoi nous faisons l’expérience du libre arbitre. Comme il s’agit d’un sujet très profond et fascinant, je vous recommande de faire quelques lectures supplémentaires à ce sujet :

Dans mes trois prochains posts, je vais plonger dans plus de concepts entourant la mécanique quantique et l’esprit. Je discuterai de la question de savoir si une machine de téléportation serait fatale à utiliser, si la conscience peut exister sans un corps fait d’atomes et de cellules, et si l’immortalité quantique pourrait sauver un univers simulé d’être débranché. À bientôt !

Travaux cités

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O’Dowd, Matt. How Decoherence Splits The Quantum Multiverse, PBS, 24 fév. 2020, www.youtube.com/watch?v=GlOwJWJWPUs.

O’Dowd, Matt. How Do Quantum States Manifest In The Classical World, PBS, 16 mars 2020, www.youtube.com/watch?v=vSnq5Hs3_wI.

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« Conscience ». Merriam-Webster, Merriam-Webster, www.merriam-webster.com/dictionary/awareness.

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