El origen de la conciencia es uno de los mayores misterios de la ciencia. Una solución propuesta, sugerida por primera vez por el premio Nobel y matemático de Oxford Roger Penrose y el anestesiólogo Stuart Hammeroff, de la Universidad de Arizona, en Tucson, atribuye la conciencia a los cálculos cuánticos en el cerebro. Esto, a su vez, depende de la noción de que la gravedad podría desempeñar un papel en cómo los efectos cuánticos desaparecen o "colapsan". Pero una serie de experimentos en un laboratorio en las profundidades de las montañas Gran Sasso, en Italia, no logró encontrar evidencia que respalde un modelo de colapso cuántico relacionado con la gravedad, lo que socava la viabilidad de esta explicación de la conciencia. El resultado se informa en la revista Physics of Life Reviews .

"Cómo surge la conciencia en el cerebro es un gran rompecabezas", dice Catalina Curceanu, miembro del grupo de expertos en física, el Instituto de Preguntas Fundamentales, FQXi, y física principal de los experimentos en INFN en Frascati, Italia. "Hay muchas ideas en competencia, pero muy pocas pueden probarse experimentalmente".

La física cuántica nos dice que los gatos pueden estar vivos y muertos al mismo tiempo, al menos en teoría. Sin embargo, en la práctica nunca vemos felinos encerrados en un estado de limbo tan desafortunado. Una explicación popular de por qué no es porque la "función de onda" de un sistema, su carácter cuántico que le permite estar en dos estados contradictorios simultáneamente, es más probable que "colapse" o se destruya si es más masivo, dejándolo en uno definido. estado, ya sea muerto o vivo, digamos, pero no ambos al mismo tiempo. Este modelo de colapso, relacionado con la acción de la gravedad sobre objetos pesados ​​como los gatos, fue invocado por Penrose y Hammeroff cuando desarrollaron su modelo de conciencia, la 'teoría Orch OR' (la teoría de la reducción objetiva orquestada), en la década de 1990.

Cálculos cuánticos en el cerebro

Curceanu se interesó por primera vez en la teoría Orch OR cuando conoció a Penrose, también miembro de FQXi, en una conferencia hace algunos años. La conciencia generalmente no se asocia con las propiedades cuánticas porque los efectos cuánticos son frágiles y difíciles de mantener, incluso en condiciones altamente controladas y bajas temperaturas en el laboratorio. Por lo tanto, durante mucho tiempo se supuso que el entorno cálido y húmedo del cerebro sería demasiado perturbador para permitir que sobrevivieran los efectos cuánticos. Pero Penrose explicó que él y Hammeroff han identificado estructuras diminutas llamadas microtúbulos dentro de las neuronas en el cerebro que potencialmente podrían sostener efectos cuánticos por períodos cortos, el tiempo suficiente para llevar a cabo cálculos cuánticos. La teoría Orch OR atribuye la conciencia a los cálculos cuánticos orquestados ("Orch") por oscilaciones eléctricas en estos microtúbulos. "Lo que me encantó de esta teoría fue que, en principio, es comprobable y decidí buscar evidencia que pudiera ayudar a confirmarla o falsificarla", dice Curceanu.

"Lo que me encantó de esta teoría fue que, en principio, es comprobable y decidí buscar pruebas que pudieran ayudar a confirmarla o falsificarla".

En el corazón de la teoría está la idea de que la gravedad está relacionada con el colapso de la función de onda cuántica y que este colapso es más rápido en los sistemas con más masa. Este concepto fue desarrollado en una serie de modelos por varios físicos en la década de 1980. One of those was Lajos Diósi, at the Wigner Research Center for Physics and at the Eötvös Loránd University in Budapest, Hungary, who has co-authored the new paper with Curceanu, Maaneli Derakhshani of Rutgers University in New Brunswick, New Jersey, Matthias Laubenstein also at INFN, and Kristian Piscicchia of CREF and INFN. Penrose independently approached this idea a few years later and it became the core of his consciousness theory with Hammeroff.

The two theories are often referred to by the umbrella term, the "Diósi-Penrose theory." But behind the joint name there is an important difference, notes Curceanu. Diósi's approach predicts that collapse would be accompanied by the spontaneous emission of a small amount of radiation, just large enough to be detected by cutting edge experiments.

Going underground

Curceanu's underground lab is housed within the Gran Sasso National Laboratory, 1.4 km under the Gran Sasso Italian mountains. The lab stands on one side of the 10-km long highway tunnel which crosses the Gran Sasso massif, connecting L'Aquila and Teramo. "The location was chosen because it is basically free from cosmic-ray radiation sources above the ground, that could interfere with the experiment," says Curceanu. The experiment uses an extremely sensitive cylindrical detector, not much bigger than a mug, made from highly pure germanium. It is surrounded by shielding, made of layers of ultra-pure lead and copper, to shelter it from any background radiation coming from the rocks. After running the experiment for two months the team did not measure spontaneous radiation signals, constraining the feasibility of gravity-related collapse. In 2020, the team reported in Nature Physics that their negative result had helped them rule out the simplest version of the Diósi-Penrose model.

In their new paper they have explicitly examined the repercussions of their finding for Penrose and Hammeroff's Orch OR theory of consciousness. After reanalyzing the most plausible scenarios set out by Hammeroff and Penrose, in light of their recent experimental constraints on quantum collapse, they were led to conclude that almost none of the scenarios are plausible. "This is the first experimental investigation of the gravity-related quantum collapse pillar of the Orch OR consciousness model, which we hope will be followed by many others," says Curceanu. "I am very proud of our achievement."

Interdisciplinary characteristics

The experiments and analysis are partially funded by a grant from the Foundational Questions Institute, FQXi. "Without it, it would have not been possible to achieve this outcome," says Curceanu. "It is hard to otherwise get funding for projects such as this, based on its interdisciplinary characteristics."

"It is really exciting to connect what you can do in the laboratory to perhaps the biggest mystery in the universe—consciousness."

But all is not lost for Orch Or, adds Curceanu. "Actually, the real work is just at the beginning." she says. In fact, Penrose's original collapse model, unlike Diósi's, did not predict spontaneous radiation, so has not been ruled out. The new paper also briefly discusses how a gravity-related collapse model might realistically be modified. "Such a revised model, which we are working on within the FQXi financed project, could leave the door open for Orch OR theory," Curceanu says.

Meanwhile the team is preparing to test these refined new collapse models, to further investigate their implications for the Orch OR model. "It is really exciting to connect what you can do in the laboratory to perhaps the biggest mystery in the universe—consciousness," says Curceanu. + Explora más

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