Qubiții neuronali sau modul în care funcționează computerul cuantic al creierului

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Modificat ultima dată: 2023-12-16 16:15

Sunt indicate procesele fizice care au loc în membranele neuronilor din domeniul hipersonic. Se arată că aceste procese pot servi drept bază pentru formarea elementelor cheie (qubits) ale unui computer cuantic, care este sistemul informațional al creierului. Se propune crearea unui computer cuantic bazat pe aceleași principii fizice pe care funcționează creierul.

Materialul este prezentat ca o ipoteză.

Introducere. Formularea problemei

Această lucrare își propune să dezvăluie conținutul concluziei finale (nr. 12) a lucrării anterioare [1]: „Creierul funcționează ca un computer cuantic, în care funcția qubiților este îndeplinită prin oscilații acustoelectrice coerente ale secțiunilor tecilor de mielină ale neuronilor, iar conexiunea dintre aceste secțiuni este realizată datorită interacțiunii non-locale prin NR.¹-direct".

Ideea fundamentală care stă la baza acestei concluzii a fost publicată cu un sfert de secol în urmă în revista „Radiofizika” [2]. Esența ideii a fost că în secțiuni separate de neutroni, și anume, în interceptările lui Ranvier, sunt generate oscilații acustoelectrice coerente cu o frecvență de ~ 5 * 10.¹⁰Hz, iar aceste fluctuații servesc ca purtător principal de informații în sistemul informațional al creierului.

Această lucrare arată că Modurile oscilatorii acustoelectrice din membranele neuronilor sunt capabile să îndeplinească funcția qubiților, pe baza cărora este construită activitatea sistemului informațional al creierului, ca un computer cuantic.

Obiectiv

Această lucrare are 3 obiective:

1) să atragă atenția asupra lucrării [2], în care s-a arătat în urmă cu 25 de ani că în membranele neuronilor pot fi generate oscilații hipersonice coerente, 2) descrie un nou model al sistemului informațional al creierului, care se bazează pe prezența oscilațiilor hipersonice coerente în membranele neuronilor, 3) să propună un nou tip de computer cuantic, a cărui activitate va simula în maximum activitatea sistemului informațional al creierului.

Conținutul lucrării

Prima secțiune descrie mecanismul fizic de generare în membranele neuronilor a oscilațiilor acustoelectrice coerente cu o frecvență de ordinul 5 * 10.¹⁰Hz.

A doua secțiune descrie principiile sistemului informațional al creierului bazat pe oscilații coerente generate în membranele neuronilor.

În a treia secțiune, se propune crearea unui computer cuantic care simulează sistemul informațional al creierului.

I. Natura oscilațiilor coerente în membranele neuronilor

Structura unui neuron este descrisă în orice monografie despre neuroștiințe. Fiecare neuron contine un corp principal, multe procese (dendrite), prin care primeste semnale de la alte celule, si un proces lung (axon), prin care el insusi emite impulsuri electrice (potentiale de actiune).

În viitor, vom lua în considerare exclusiv axonii. Fiecare axon conține zone de 2 tipuri alternând între ele:

1. Interceptările lui Ranvier, 2. teci de mielina.

Fiecare interceptare a lui Ranvier este închisă între două segmente mielinice. Lungimea interceptării lui Ranvier este cu 3 ordine de mărime mai mică decât lungimea segmentului de mielină: lungimea interceptării lui Ranvier este de 10^-4cm (un micron), iar lungimea segmentului de mielină este de 10^-1cm (un milimetru).

Interceptările lui Ranvier sunt locurile în care sunt încorporate canalele ionice. Prin aceste canale, ionii de Na⁺ și K⁺ pătrund în și în afara axonului, ducând la formarea potențialelor de acțiune. În prezent se crede că formarea potențialelor de acțiune este singura funcție a interceptărilor lui Ranvier.

Cu toate acestea, în lucrarea [2] s-a arătat că interceptările lui Ranvier sunt capabile să îndeplinească încă o funcție importantă: în interceptările lui Ranvier se generează oscilații acustoelectrice coerente.

Generarea de oscilații acustoelectrice coerente se realizează datorită efectului laser acustoelectric, care se realizează în interceptările lui Ranvier, deoarece sunt îndeplinite ambele condiții necesare pentru implementarea acestui efect:

1) prezența pompei, prin care sunt excitate moduri de vibrație, 2) prezența unui rezonator prin care se realizează feedback-ul.

1) Pomparea este asigurată de curenții ionici Na⁺ și K⁺curgând prin interceptările lui Ranvier. Datorită densității mari a canalelor (10¹² cm^-2) și debitul lor ridicat (10⁷ ion/sec), densitatea curentului ionic prin interceptările lui Ranvier este extrem de mare. Ionii care trec prin canal excită modurile vibraționale ale subunităților care formează suprafața interioară a canalului, iar datorită efectului laser, aceste moduri sunt sincronizate, formând oscilații hipersonice coerente.

2) Funcția unui rezonator, care creează un feedback distribuit, este îndeplinită de o structură periodică, care este prezentă în tecile de mielină, între care sunt închise interceptările lui Ranvier. Structura periodică este creată de straturi de membrane cu o grosime de d ~ 10^-6 cm.

Această perioadă corespunde unei lungimi de undă rezonante λ ~ 2d ~ 2 * 10^-6 cm și frecvența ν ~ υ / λ ~ 5 * 10¹⁰ Hz, υ ~ 10⁵ cm / sec - viteza undelor hipersonice.

Un rol important îl joacă faptul că canalele ionice sunt selective. Diametrul canalelor coincide cu diametrul ionilor, astfel încât ionii sunt în contact strâns cu subunitățile care căptușesc suprafața interioară a canalului.

Ca urmare, ionii își transferă cea mai mare parte a energiei către modurile vibraționale ale acestor subunități: energia ionilor este convertită în energia vibrațională a subunităților care constituie canalele, care este motivul fizic al pompei.

Îndeplinirea ambelor condiții necesare pentru realizarea efectului laser înseamnă că interceptările lui Ranvier sunt lasere acustice (acum se numesc „saseri”). O caracteristică a saserilor din membranele neuronale este că pomparea este efectuată de un curent ionic: Interceptările Ranvier sunt sasere care generează oscilații acustoelectrice coerente cu o frecvență de ~ 5 * 10¹⁰ Hz.

Datorită efectului laser, curentul ionic care trece prin interceptările lui Ranvier nu numai că excită modurile vibraționale ale moleculelor care alcătuiesc aceste interceptări (care ar fi o simplă conversie a energiei curentului ionic în energie termică): în interceptările lui Ranvier, modurile oscilatorii sunt sincronizate, în urma cărora se formează oscilații coerente ale frecvenței de rezonanță.

Oscilațiile generate în interceptările lui Ranvier sub formă de unde acustice de frecvență hipersonică se propagă în învelișurile de mielină, unde formează un „model de interferență” acustic (hipersonic), care servește ca purtător material al sistemului informațional al creierului

II. Sistem informațional al creierului, ca un computer cuantic, ai cărui qubiți sunt moduri vibraționale acustoelectrice

Dacă concluzia despre prezența oscilațiilor acustice coerente de înaltă frecvență în creier corespunde realității, atunci este foarte probabil ca sistemul informațional al creierului să funcționeze pe baza acestor oscilații: un mediu atât de încăpător trebuie cu siguranță folosit pentru a înregistra și reproduce informații.

Prezența vibrațiilor hipersonice coerente permite creierului să funcționeze în modul unui computer cuantic. Să luăm în considerare cel mai probabil mecanism de realizare a unui computer cuantic „creier”, în care celulele elementare de informație (qubiți) sunt create pe baza unor moduri oscilatorii hipersonice.

Un qubit este o combinație liniară arbitrară de stări de bază | Ψ₀> și | Ψ₁> cu coeficienți α, β care satisfac condiția de normalizare α² + β² = 1. În cazul modurilor vibraționale, stările de bază pot diferi prin oricare dintre cei 4 parametri care caracterizează aceste moduri: amplitudine, frecvență, polarizare, fază.

Amplitudinea și frecvența probabil nu sunt folosite pentru a crea un qubit, deoarece în toate zonele axonilor acești 2 parametri sunt aproximativ aceiași.

Rămân a treia și a patra posibilitate: polarizare și fază. Qubiții bazați pe polarizare și faza vibrațiilor acustice sunt complet analogi cu qubiții în care sunt utilizate polarizarea și faza fotonilor (înlocuirea fotonilor cu fononi nu are o importanță fundamentală).

Este probabil ca polarizarea și faza să fie folosite împreună pentru a forma qubits acustici în rețeaua de mielină a creierului. Valorile acestor 2 mărimi determină tipul de elipsă pe care o formează modul oscilator în fiecare secțiune transversală a tecii de mielină axonului: stările de bază ale qubiților acustici ai unui computer cuantic din creier sunt date de polarizarea eliptică.

Numărul de axoni din creier se potrivește cu numărul de neuroni: aproximativ 10¹¹… Un axon are în medie 30 de segmente de mielină și fiecare segment poate funcționa ca un qubit. Aceasta înseamnă că numărul de qubiți din sistemul informațional al creierului poate ajunge la 3 * 10¹².

Capacitatea de informare a unui dispozitiv cu un astfel de număr de qubiți este echivalentă cu un computer convențional, a cărui memorie conține 2^{3 000 000 000 000}biți.

Această valoare este cu 10 miliarde de ordine de mărime mai mare decât numărul de particule din Univers (10⁸⁰). O capacitate de informare atât de mare a computerului cuantic al creierului vă permite să înregistrați o cantitate arbitrar de mare de informații și să rezolvați orice probleme.

Pentru a înregistra informații, nu este nevoie să creați un dispozitiv special de înregistrare: informațiile pot fi stocate pe același suport cu care sunt procesate informațiile (în stări cuantice de qubiți).

Fiecare imagine și chiar fiecare „nuanță” a unei imagini (ținând cont de toate interconexiunile unei imagini date cu alte imagini) pot fi asociate cu un punct din spațiul Hilbert, reflectând un set de stări de qubiți ale unui computer cuantic din creier.. Când un set de qubiți se află în același punct în spațiul Hilbert, această imagine „fulgerează” în conștiință și este reprodusă.

Încurcarea qubiților acustici într-un computer cuantic din creier poate fi realizată în două moduri.

Prima modalitate: datorită prezenței contactului strâns între părțile rețelei de mielină a creierului și transferului de încurcare prin aceste contacte.

A doua cale: încurcarea poate apărea ca urmare a repetărilor multiple ale aceluiași set de moduri vibraționale: corelația dintre aceste moduri devine o singură stare cuantică, între elementele căreia se stabilește o legătură nonlocală (probabil, cu ajutorul NR¹- linii drepte [1]). Prezența unei conexiuni non-locale permite rețelei de informații a creierului să efectueze calcule consistente folosind „paralelismul cuantic”.

Această proprietate este cea care conferă computerului cuantic al creierului o putere de calcul extrem de mare.

Pentru ca computerul cuantic al creierului să funcționeze eficient, nu este nevoie să folosiți toate 3 * 10¹² qubiti potențiali. Funcționarea unui computer cuantic va fi eficientă chiar dacă numărul de qubiți este de aproximativ o mie (10³). Acest număr de qubiți poate fi format într-un pachet de axoni, compus din doar 30 de axoni (fiecare nerv poate fi un „mini” computer cuantic). Astfel, un computer cuantic poate ocupa o mică parte a creierului și multe computere cuantice pot exista în creier.

Principala obiecție la mecanismul propus al sistemului informațional al creierului este atenuarea mare a undelor hipersonice. Acest obstacol poate fi depășit prin efectul de „iluminare”.

Intensitatea modurilor vibraționale generate poate fi suficientă pentru propagarea în modul transparenței autoinduse (vibrațiile termice, care ar putea distruge coerența modului vibrațional, devin ele însele parte din acest mod vibrațional).

III. Un computer cuantic construit pe aceleași principii fizice ca și creierul uman

Dacă sistemul informațional al creierului funcționează într-adevăr ca un computer cuantic, ai cărui qubiți sunt moduri acustoelectrice, atunci este foarte posibil să se creeze un computer care să funcționeze pe aceleași principii.

În următoarele 5-6 luni, autorul intenționează să depună o cerere de brevet pentru un computer cuantic care simulează sistemul informațional al creierului.

După 5-6 ani, ne putem aștepta la apariția primelor mostre de inteligență artificială, care funcționează după imaginea și asemănarea creierului uman.

Calculatoarele cuantice folosesc cele mai generale legi ale mecanicii cuantice. Natura „nu a mai inventat” alte legi generale, prin urmare este destul de firesc ca conștiința funcționează pe principiul unui computer cuantic, folosind posibilitățile maxime de procesare și înregistrare a informațiilor oferite de natură.

Este recomandabil să se efectueze un experiment direct pentru a detecta oscilații acustoelectrice coerente în rețeaua de mielină a creierului. Pentru a face acest lucru, ar trebui să iradieze părți ale rețelei de mielină a creierului cu un fascicul laser și să încerce să detecteze modulația cu o frecvență de aproximativ 5 * 10 în lumina transmisă sau reflectată.¹⁰ Hz.

Un experiment similar poate fi efectuat pe un model fizic al unui axon, de ex. o membrană creată artificial cu canale ionice încorporate. Acest experiment va fi primul pas către crearea unui computer cuantic, a cărui activitate se va desfășura pe aceleași principii fizice ca și activitatea creierului.

Crearea calculatoarelor cuantice care funcționează ca un creier (și mai bine decât un creier) va ridica suportul informațional al civilizației la un nivel calitativ nou.

Concluzie

Autorul încearcă să atragă atenția comunității științifice asupra lucrărilor de acum un sfert de secol [2], care pot fi importante pentru înțelegerea mecanismului sistemului informațional al creierului și identificarea naturii conștiinței. Esența lucrării este de a demonstra că secțiuni individuale ale membranelor neuronale (interceptări Ranvier) servesc ca surse de oscilații acustoelectrice coerente.

Noutatea fundamentală a acestei lucrări constă în descrierea mecanismului prin care oscilațiile generate în interceptările lui Ranvier sunt folosite pentru funcționarea sistemului informațional al creierului ca purtător de memorie și conștiință.

Este susținută ipoteza că sistemul informațional al creierului funcționează ca un computer cuantic, în care funcția qubiților este îndeplinită prin moduri oscilatorii acustoelectrice în membranele neuronilor. Sarcina principală a lucrării este de a fundamenta teza care creierul este un computer cuantic ai cărui qubiți sunt oscilații coerente ale membranelor neuronale.

Alături de polarizare și fază, un alt parametru al undelor hipersonice din membranele neuronale care poate fi folosit pentru a forma qubiți este răsucirea (acesta este 5^{și eu} caracteristic undelor, reflectând prezența momentului unghiular orbital).

Crearea undelor învolburate nu prezintă dificultăți deosebite: pentru aceasta, structurile spiralate sau defecte trebuie să fie prezente la granița interceptărilor Ranvier și a regiunilor mielinei. Probabil, astfel de structuri și defecte există (și învelișurile de mielină în sine sunt în spirală).

Conform modelului propus, principalul purtător de informații în creier este substanța albă a creierului (învelișul de mielină) și nu materia cenușie, așa cum se crede în prezent. Tecile de mielină servesc nu numai la creșterea vitezei de propagare a potențialelor de acțiune, ci și la principalul purtător al memoriei și conștiinței: cea mai mare parte a informațiilor este procesată în alb, și nu în substanța cenușie a creierului.

În cadrul modelului propus al sistemului informațional al creierului, problema psihofizică pusă de Descartes găsește o soluție: „Cum se relaționează corpul și spiritul la o persoană?”, Cu alte cuvinte, care este relația dintre materie și conștiință?

Răspunsul este următorul: spiritul există în spațiul Hilbert, dar este creat de qubiții cuantici formați din particule materiale care există în spațiu-timp.

Tehnologia modernă este capabilă să reproducă structura rețelei axonale a creierului și să verifice dacă vibrațiile hipersonice sunt de fapt generate în această rețea și apoi să creeze un computer cuantic în care aceste vibrații vor fi folosite ca qubiți.

În timp, inteligența artificială bazată pe un computer cuantic acustoelectric va putea depăși caracteristicile calitative ale conștiinței umane. Acest lucru va face posibil să se facă un pas fundamental nou în evoluția umană, iar acest pas va fi făcut de conștiința persoanei însuși.

A sosit momentul să începem implementarea declarației finale de lucru [2]: „În viitor, este posibil să se creeze un neurocomputer care să funcționeze pe aceleași principii fizice ca și creierul uman”..

concluzii

1. În membranele neuronilor, există oscilații acustoelectrice coerente: aceste oscilații sunt generate în conformitate cu efectul laser acustic în interceptările lui Ranvier și se propagă în tecile de mielină

2. Oscilațiile acustoelectrice coerente în învelișurile de mielină ale neuronilor îndeplinesc funcția de qubiți, pe baza cărora sistemul informațional al creierului funcționează pe principiul unui computer cuantic

3. În următorii ani, este posibilă crearea inteligenței artificiale, care este un computer cuantic care funcționează pe aceleași principii fizice pe care funcționează sistemul informațional al creierului

LITERATURĂ

1. V. A. Shashlov, Noul model al Universului (I) // „Academia Trinitarianismului”, M., El No. 77-6567, publ. 24950, 20.11.2018