Neue Studie: Das Gehirn nutzt Quanteneffekte [Video]

 (backreaction.blogspot.com)
2 Punkte von GN⁺ 2024-05-13 | 1 Kommentare | Auf WhatsApp teilen
  • Eine neue Studie stützt teilweise die von Roger Penrose vorgeschlagene Idee von Quanteneffekten in Mikrotubuli im menschlichen Gehirn
  • Penroses ursprüngliche Hypothese besagte, dass das Gehirn Quanteneffekte in Mikrotubuli nutzt und dass diese der Ursprung des Bewusstseins seien
  • Diese Idee wurde damals von vielen als etwas seltsame Behauptung aufgenommen
  • Die neue Studie zeigt, dass Penrose zumindest in Bezug auf Mikrotubuli recht gehabt haben könnte
  • Es geht nicht darum, dass der gesamte Ursprung des Bewusstseins bewiesen worden wäre; die entsprechende Erklärung wird als Video bereitgestellt

Penroses Mikrotubuli-Hypothese

  • Roger Penrose schlug vor, dass das menschliche Gehirn Quanteneffekte in Mikrotubuli nutzt
  • Diese Hypothese umfasst auch die Behauptung, dass diese Quanteneffekte der Ursprung des Bewusstseins seien
  • Viele hielten diese Behauptung damals für etwas merkwürdig

Was die neue Studie stützt

  • Die neue Studie wird in dem Sinne behandelt, dass Penrose zumindest in Bezug auf Mikrotubuli recht gehabt haben könnte
  • Allerdings lässt sich schwer sagen, dass der gesamte Ursprung des Bewusstseins bewiesen sei; die Einschränkung „in Bezug auf Mikrotubuli“ bleibt bestehen

Verlinktes Video

  • Video 3: Verweist auf ein Video über die neue Studie, der zufolge das Gehirn Quanteneffekte nutzt, sowie über Penroses Mikrotubuli-Idee

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1 Kommentare

 
GN⁺ 2024-05-13
Hacker-News-Kommentare
  • Dieses Paper wirkt fast durchgehend wie eine theoretische Modellierungsarbeit, bei der die Abbildungen Simulationen sind, und tatsächliche experimentelle Messungen scheint es nur etwa drei im Bulk mit einem Fluoreszenzspektrophotometer zu geben.
    Die Behauptung ist, dass sich die Beobachtung, wonach Mikrotubuli eine höhere Fluoreszenz-Quantenausbeute (QY) als Tubulin zeigen, mit der Idee aus der Simulation erklären lässt. Aber bei so wenigen Messwerten ist schwer zu sagen, dass die von den Autoren vorgeschlagene Erklärung die einfachste ist.
    Schon allein die Abschirmung eines Fluorophors im Bulk-Lösungsmittel kann QY und Spektrum stark verändern. Ich habe früher biologische Fluoreszenz-Reporter-Reagenzien entwickelt.
  • Das Paper selbst[0] liegt etwas außerhalb meines Verständnisses, aber diese Stelle[1] fand ich lustig:
    „Ich habe oft gehört, wie bedauerlich es sei, dass Penrose auf diesen verrückten Hameroff hereingefallen ist. Aber ich habe sowohl Penrose als auch Hameroff getroffen, und beide sind natürlich verrückt, aber keiner von beiden ist dumm.“
    0: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jpcb.3c07936
    1: https://www.youtube.com/watch?v=R6G1D2UQ3gg&t=181s
    • Das Wichtige an dem Paper ist nicht „Quanten“, sondern die Behauptung, dass es im Nervensystem tatsächlich Datenübertragung über Licht gibt.
      Das Paper zitiert Ergebnisse zur ultraschwachen Lichtemission von Neuronen[1], aber diese Arbeit steckt hinter Elseviers Paywall.
      Danach setzt das Paper Datenübertragung per Licht voraus, nimmt Strukturen an, die Licht wie Glasfaser leiten, und leitet daraus „ultraschnelle“ Datenübertragung ab.
      Dazu bräuchte es Kommentare von Fachleuten aus der Biochemie. Es ist überhaupt nicht klar, was ein tatsächliches Ergebnis ist und was nur eine vage Handwedelei-Erklärung, aber es ist eindeutig experimentell überprüfbar. Folgestudien sollten diese Spekulation bestätigen oder verwerfen.
      [1] https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S10111...
  • Wenn das Gehirn ein physisches Objekt ist, das von allen Quanteneffekten beeinflusst wird, wäre dann nicht die eigentliche Neuigkeit, dass das Gehirn keine Quanteneffekte nutzt? Dass es sie nutzt, scheint selbstverständlich.
    • Wörter dienen dazu, die Welt aufzuteilen, und haben deshalb Bedeutung.
      Wenn man akzeptiert, dass diese Wörter auf alles im Universum anwendbar sind, entzieht man ihnen ihre Bedeutung; das ist aber nicht die Absicht.
      Auch eine Trägerrakete wird von Quanteneffekten beeinflusst, aber ihr Verhalten lässt sich klassisch ausreichend gut modellieren. Wohlwollend gelesen heißt es etwa: „Um das Funktionsverhalten des Gehirns zu modellieren, reicht klassische Mechanik allein nicht aus.“
    • Dass man Quantenmechanik braucht, um mikroskopische Phänomene in Chemie und Biologie zu erklären, ist überhaupt nicht umstritten.
      Die seltsame Behauptung ist, dass Lebewesen 1) herausgefunden haben, wie sich langreichweitige Verschränkung und Kohärenzzustände, wie man sie selbst im Quantencomputing nur in kaltem Vakuum mühsam herzustellen versucht, in einer Lösungsumgebung bei 300 K bewahren lassen, und 2) dies zugleich selektiv an etablierte neuronale Rechenprozesse koppeln, die experimentell als wesentlich für Denken und Bewusstsein belegt sind.
      In den letzten 30 Jahren gab es dafür keine substanzielle experimentelle Evidenz; am Ende läuft es fast auf die Behauptung hinaus, „Biologie ist Magie“. Deshalb nehmen die meisten Biophysiker und Neurowissenschaftler das nicht ernst.
    • Mit „Quanteneffekten“ sind normalerweise kohärente Zustände der Superposition gemeint.
      In einer warmen, photonengefüllten Umgebung wie dem Gehirn würde eine Superposition, wenn schon aus keinem anderen Grund, praktisch sofort dekoherieren. Daher ist es nicht plausibel, dass Quanteneffekte im Gehirn eine sinnvolle Rechenrolle spielen.
    • Wenn solche Behauptungen auftauchen, meinen sie nicht, dass Quanteneffekte für die gewöhnlichen Dinge genutzt werden, die Atome und Moleküle tun, sondern dass Quanteneffekte in „kognitiven“ Prozessen genutzt werden und damit Spielraum für den Glauben lassen, wir seien mehr als biologische Maschinen, mit magischen Eigenschaften wie Seele, Bewusstsein und freiem Willen.
      Es gibt Ergebnisse, dass Quanteneffekte bei der Photosynthese helfen, aber in der Biologie sind interessante Nutzungen in Kognition oder anderen Bereichen extrem selten. Ich halte Photosynthese für eines der wenigen dokumentierten Beispiele.
      Trotz ihrer Popularität hat die Quanten-Gehirn-Idee seit Jahrzehnten keine entscheidenden Belege geliefert. Wenn diese Behauptung bewiesen würde, wäre das also wirklich ein enorm neues Ergebnis.
    • Der Titel hätte vielleicht lauten sollen: „Das Gehirn nutzt Quanteneffekte auf nützliche und kontrollierbare Weise.“
      Sabine erklärt das im Video gut. Um Quanteneffekte fürs Rechnen zu nutzen, braucht man sehr kontrollierte Bedingungen, was im Gehirn bisher als unmöglich galt.
  • Grob gesagt scheint Penrose der Ansicht zu sein, dass menschliche Fähigkeiten wie abduktives Schließen offensichtlich nicht berechenbar sind und damit die Vorstellung widerlegen, der Geist lasse sich auf Algorithmen reduzieren.
    Anschließend schlägt er vor, wie das, was der Geist tut, physisch fundiert sein könnte, auch wenn es keine reine Rechenmaschine ist.
    • Das überzeugt mich überhaupt nicht. Wenn etwas physisch fundiert und erreichbar ist, müsste es dann nicht definitionsgemäß berechenbar sein?
    • Das war nicht der Eindruck, den ich aus Sabines Video mitgenommen habe.
      Nicht berechenbar sei das Bewusstsein selbst, also subjektives Erleben, und KI werde vermutlich nie bewusst sein.
  • Wäre es überraschend, wenn die Evolution Quantenmechanik für Funktionen nutzbar gemacht hätte? Die Evolution hat schließlich alles andere auch genutzt.
    Es gibt auch eine Theorie, dass Quantenmechanik beim Geruchssinn eine Rolle spielt[1].
    [1] <https://en.wikipedia.org/wiki/Vibration_theory_of_olfaction>
    • Bei einigen biologischen Prozessen bin ich ziemlich sicher, dass irgendwelche quantenmechanischen Prozesse genutzt werden.
      Streng genommen lässt sich alles in der Biologie letztlich durch Quantenchemie und Physik erklären, aber das ist an sich nicht besonders interessant. Konkrete Belege dafür, dass irgendein biologischer Prozess Verschränkung nutzt, scheint man allerdings noch nicht gefunden zu haben.
      Die Beispiele, die ich bisher gesehen habe, drehen sich meist um Tunneln und Kohärenz. Über die Bedeutung von „Quanten“ wird viel gestritten, aber der Großteil der Debatte betrifft das Verhalten von Verschränkung und Wellenfunktionskollaps. Tunneln und Kohärenz sind inzwischen ziemlich gewöhnliche quantenmechanische Phänomene.
      Sabines populärwissenschaftliche Videos zur Biologie finde ich nicht besonders aufschlussreich oder präzise.
    • Überhaupt nicht überraschend. Es gibt Hinweise auf Quanteneffekte in Lichtsammelkomplexen von Chlorophyll, die bei Umgebungstemperatur funktionieren.
      Sie scheinen ein zentrales Element dabei zu sein, Photonen effizient zum Photosystem zu leiten.
    • Bei der Photosynthese spielt es eine Rolle. Ich bin gerade am Handy und habe keine Literaturangaben parat, aber das ist ein zu 100 % verifizierter Fall.
    • Wenn nicht, wäre es eher überraschend. Warum sollte ein evolutionärer Prozess nicht Mechanismen erkunden, an denen Quanteneffekte beteiligt sind?
  • Der Mangel an Vorstellungskraft bei Biologen ist immer wieder amüsant.
    Ungefähr alle zehn Jahre wird ein festes Dogma über ein biologisches System als falsch erwiesen, und vorher wiederholt sich das Muster, dass die Physiker, Informatiker oder Mathematiker verspottet wurden, die es zuerst vorgeschlagen hatten.
  • Immer wenn Sir Roger spricht, frage ich mich, wie viel er noch nur für sich behält. Er ist wirklich ein Juwel von einem Menschen.
    • Vermutlich ziemlich viel. Er hat zu mehreren Themen unorthodoxe Ansichten.
      Zum Beispiel scheint er nicht an den Wärmetod des Universums zu glauben, und er hat interessante Theorien zu Gravitationswellen und Ähnlichem.
  • Ich weiß nicht, warum auf diesen Blogspam verlinkt wurde statt auf das Paper oder einen besseren Artikel.
    Hossenfelder hat keine neurowissenschaftliche Qualifikation und liegt oft selbstbewusst daneben.
  • …aber gilt das nicht auch für alles, was Photosynthese betreibt?
    • Pflanzen haben eine Menge Intelligenz. Zum Beispiel Kronenscheu, das Hinstreben zu Wasser oder dass Bäume einander mitteilen, wenn Giraffen ihre Blätter fressen.
  • Wenn das Gehirn Quanteneffekte nutzen kann, um auch nur einen kleinen Fitnessvorteil zu erzielen, wird es das tun.
    Aber der Grund, warum sich Menschen für dieses Thema interessieren, scheint zu sein, dass sie eine Verbindung zwischen den Quanteneigenschaften des Gehirns und Bewusstsein vermuten. Dieses Argument wirkt letztlich nicht stärker als: „Quanteneffekte wirken geheimnisvoll, Bewusstsein wirkt ebenfalls geheimnisvoll, also verursachen Quanteneffekte Bewusstsein oder sind gleich Bewusstsein“ – und das ist ziemlich schwach.