Bui Nhat Minh
Writer
Manh mối mới nhất này về cấu trúc của ý thức ủng hộ lý thuyết của một người đoạt giải Nobel về cách vật lý lượng tử hoạt động trong não bạn.
Một thí nghiệm mang tính đột phá gần đây trong đó gây mê cho chuột đã thuyết phục một số nhà khoa học rằng các cấu trúc nhỏ trong não của loài gặm nhấm chịu trách nhiệm cho trải nghiệm ý thức. Để thực hiện được điều đó, các cấu trúc ống rỗng cực nhỏ được gọi là "vi ống" thực hiện một số hoạt động vật lý tiên tiến; các chuyên gia tin rằng các vi ống thực hiện các hoạt động đáng kinh ngạc trong thế giới lượng tử. Trích dẫn công trình của các nhà nghiên cứu trước đó, nghiên cứu suy ra rằng các loại hoạt động lượng tử tương tự có khả năng xảy ra trong não người.
Trong các thí nghiệm trên não chuột, các nhà khoa học tại Cao đẳng Wellesley ở Massachusetts đã cho loài gặm nhấm này dùng isoflurane, một loại thuốc gây mê toàn thân dạng hít được sử dụng để gây mê và duy trì tình trạng bất tỉnh trong các thủ thuật y tế. Một nhóm chuột được cho dùng thuốc cũng được dùng thuốc ổn định vi ống, trong khi nhóm còn lại thì không. Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng các phân tử ổn định vi ống giúp chuột tỉnh táo lâu hơn so với những con chuột không được ổn định, những con chuột này nhanh chóng mất đi "phản xạ chỉnh lại tư thế" hoặc khả năng phục hồi tư thế bình thường, theo phát hiện của nhóm, được công bố trên tạp chí được bình duyệt eNeuro vào tháng 8 năm 2024.
Nghiên cứu của Wellesley có ý nghĩa quan trọng vì nguồn gốc vật lý của ý thức đã là một bí ẩn trong nhiều thập kỷ. Đây là một bước tiến lớn hướng tới việc xác minh một lý thuyết cho rằng bộ não của chúng ta thực hiện các hoạt động lượng tử và khả năng này tạo ra ý thức của chúng ta—một ý tưởng đã và đang thu hút sự chú ý trong ba thập kỷ qua.
Khái niệm cho rằng vật lý lượng tử phải là cơ chế cơ bản cho ý thức lần đầu tiên xuất hiện vào những năm 1990, khi nhà vật lý đoạt giải Nobel Roger Penrose, Tiến sĩ và bác sĩ gây mê Stuart Hameroff, Tiến sĩ Y khoa, phổ biến ý tưởng rằng các vi ống thần kinh cho phép các quá trình lượng tử trong não của chúng ta, tạo ra ý thức. Cụ thể, họ đưa ra giả thuyết trong một bài báo năm 1996 rằng ý thức có thể hoạt động như một sóng lượng tử đi qua các vi ống của não. Điều này được gọi là lý thuyết Orch OR, ám chỉ khả năng của các vi ống thực hiện các phép tính lượng tử thông qua một quá trình toán học mà Penrose gọi là "giảm khách quan".
Trong vật lý lượng tử, một hạt không tồn tại theo cách vật lý cổ điển quan sát nó, với một vị trí vật lý xác định. Thay vào đó, nó tồn tại như một đám mây xác suất. Nếu nó tiếp xúc với môi trường của nó, như khi một thiết bị đo lường quan sát nó, thì hạt sẽ mất đi "sự chồng chập" của nhiều trạng thái. Nó sụp đổ thành một trạng thái xác định, có thể đo lường được, trạng thái mà nó được quan sát. Penrose đưa ra giả thuyết rằng "mỗi lần một hàm sóng lượng tử sụp đổ theo cách này trong não, nó sẽ tạo ra một khoảnh khắc trải nghiệm có ý thức".
Nếu lý thuyết lượng tử về ý thức gắn liền với các vi ống này hóa ra là đúng, nó có thể cách mạng hóa sự hiểu biết của chúng ta về ý thức và thậm chí củng cố lý thuyết tiên phong rằng ý thức, ở cấp độ lượng tử, có khả năng tồn tại ở mọi nơi cùng một lúc. Nói cách khác, nó có thể tồn tại ở mọi nơi cùng một lúc, cho thấy rằng ý thức của riêng bạn về mặt lý thuyết có thể kết nối với các hạt lượng tử ngoài não của bạn, có thể vướng vào ý thức trên khắp vũ trụ.
Nhiều nhà khoa học bỏ qua thuyết Orch OR vì các hiệu ứng lượng tử chỉ được tạo ra trong phòng thí nghiệm trong điều kiện cực lạnh. Ví dụ, công nghệ của chúng ta hiện bao gồm máy tính lượng tử, nhưng hoạt động của chúng dựa vào nhiệt độ gần độ không tuyệt đối (khoảng âm 273 độ C) để duy trì trạng thái lượng tử của chúng. Theo một nghiên cứu năm 2022, bộ não ấm áp nằm ngoài những giới hạn đó, ở khoảng 32 đến 40 độ C (khoảng 90 đến 104 độ F) ở những vùng sâu nhất của não. Tuy nhiên, các nhà khoa học đã thu thập được một tập hợp dữ liệu đầy hứa hẹn trong nhiều năm qua chỉ ra rằng một số hoạt động ở cấp độ lượng tử ở động vật và thực vật thực sự có thể chịu trách nhiệm cho các chức năng của sự sống.
Ví dụ, các nhà khoa học đưa ra giả thuyết rằng thực vật, sống ở nhiệt độ ấm hơn nhiều so với độ không tuyệt đối, có thể sử dụng các quá trình lượng tử để chuyển đổi ánh sáng thành năng lượng một cách hiệu quả. Đầu tiên, thực vật biến đổi photon, hay các hạt ánh sáng, thành một dạng vật chất gọi là exciton, vận chuyển chúng đến lục lạp của thực vật để bắt đầu quá trình quang hợp. Trong suốt hành trình này, các exciton phải di chuyển xung quanh các cấu trúc thực vật bên trong khác—đủ nhanh để bảo toàn năng lượng của chúng cho đến đích. Các nhà khoa học cho rằng thực vật phải sử dụng tính chất lượng tử của sự chồng chập để thử tất cả các con đường có thể cùng một lúc. Theo cách đó, các exciton có thể đến đích theo cách hiệu quả nhất có thể.
Tương tự như vậy, có thể hợp lý khi hàng tỷ tế bào thần kinh hoạt động đồng thời trong não người hoạt động theo đặc tính "hành động trên khoảng cách" của sự vướng víu lượng tử - khả năng hai hạt ở rất xa nhau có thể được kết nối. Các nhà khoa học đã quan sát hiện tượng này ở các hạt nguyên tử trước đây. Khi họ nghiên cứu một hạt, một hạt khác ở rất xa cũng thay đổi đặc tính của nó, mặc dù cả hai dường như không được kết nối theo bất kỳ cách nào. Một nghiên cứu vào tháng 8 năm 2024 trên tạp chí Physics Review E đề xuất rằng một vật liệu béo gọi là myelin, bao bọc sợi trục của tế bào não, cung cấp môi trường lý tưởng cho sự vướng víu này. Vì não dường như có khả năng thực hiện các hoạt động lượng tử để tạo điều kiện cho suy nghĩ của chúng ta, nên một số nhà khoa học suy đoán rằng quá trình này tạo ra ý thức của chúng ta.
Hai nghiên cứu mang tính bước ngoặt trước đó cũng ủng hộ quan điểm lượng tử về ý thức. Cả hai đều liên quan đến các thí nghiệm chiếu các hạt ánh sáng vào các vi ống và quan sát thấy tín hiệu không bị suy giảm. Trên thực tế, theo các nghiên cứu này, các thí nghiệm đã chứng minh rằng các trạng thái lượng tử trong tín hiệu vi ống có thể và có khả năng tồn tại.
Một trong những nghiên cứu, một thí nghiệm của nhà vật lý và giáo sư ung thư học Jack Tuszyński, Tiến sĩ, đã sử dụng các photon cực tím để tạo ra các phản ứng lượng tử trong tối đa năm nano giây. Sự kết hợp lượng tử này kéo dài lâu hơn hàng nghìn lần so với những gì các nhà nghiên cứu mong đợi ở một vi ống. Tương tự như vậy, tại Đại học Trung Florida, các nhà nghiên cứu đã chiếu ánh sáng khả kiến vào một đầu của vi ống và đo thời gian các vi ống phát ra ánh sáng đó. Họ quan sát thấy sự tái phát xạ của ánh sáng này trong hàng trăm mili giây đến vài giây—quá đủ thời gian để não thực hiện tất cả các chức năng của nó.
Quan sát này cung cấp bằng chứng cụ thể rằng các tế bào thần kinh có thể hoạt động ở tốc độ cho phép các hoạt động lượng tử. Nó đưa chúng ta tiến thêm một bước nữa đến việc hiểu chính xác cách bộ não của chúng ta—và có lẽ cả ý thức của chúng ta—được liên kết với vũ trụ lượng tử.
Tâm trí “như một hiện tượng lượng tử” sẽ “hình thành nên suy nghĩ của chúng ta về nhiều câu hỏi liên quan, chẳng hạn như liệu bệnh nhân hôn mê hay động vật không phải con người có ý thức hay không”, nhà khoa học thần kinh và giáo sư tại trường Cao đẳng Wellesley, Tiến sĩ Mike Wiest, cho biết trong một thông cáo báo chí về nghiên cứu gây mê gần đây của nhóm ông. Ngoài công trình mới giúp chúng ta hiểu rõ hơn về cách điều trị các vấn đề sức khỏe liên quan đến não, ông cho biết “chúng ta sẽ bước vào một kỷ nguyên mới trong sự hiểu biết của mình về bản chất của mình”.
Theo Popularmechanics
Một thí nghiệm mang tính đột phá gần đây trong đó gây mê cho chuột đã thuyết phục một số nhà khoa học rằng các cấu trúc nhỏ trong não của loài gặm nhấm chịu trách nhiệm cho trải nghiệm ý thức. Để thực hiện được điều đó, các cấu trúc ống rỗng cực nhỏ được gọi là "vi ống" thực hiện một số hoạt động vật lý tiên tiến; các chuyên gia tin rằng các vi ống thực hiện các hoạt động đáng kinh ngạc trong thế giới lượng tử. Trích dẫn công trình của các nhà nghiên cứu trước đó, nghiên cứu suy ra rằng các loại hoạt động lượng tử tương tự có khả năng xảy ra trong não người.
Trong các thí nghiệm trên não chuột, các nhà khoa học tại Cao đẳng Wellesley ở Massachusetts đã cho loài gặm nhấm này dùng isoflurane, một loại thuốc gây mê toàn thân dạng hít được sử dụng để gây mê và duy trì tình trạng bất tỉnh trong các thủ thuật y tế. Một nhóm chuột được cho dùng thuốc cũng được dùng thuốc ổn định vi ống, trong khi nhóm còn lại thì không. Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng các phân tử ổn định vi ống giúp chuột tỉnh táo lâu hơn so với những con chuột không được ổn định, những con chuột này nhanh chóng mất đi "phản xạ chỉnh lại tư thế" hoặc khả năng phục hồi tư thế bình thường, theo phát hiện của nhóm, được công bố trên tạp chí được bình duyệt eNeuro vào tháng 8 năm 2024.
Nghiên cứu của Wellesley có ý nghĩa quan trọng vì nguồn gốc vật lý của ý thức đã là một bí ẩn trong nhiều thập kỷ. Đây là một bước tiến lớn hướng tới việc xác minh một lý thuyết cho rằng bộ não của chúng ta thực hiện các hoạt động lượng tử và khả năng này tạo ra ý thức của chúng ta—một ý tưởng đã và đang thu hút sự chú ý trong ba thập kỷ qua.
Khái niệm cho rằng vật lý lượng tử phải là cơ chế cơ bản cho ý thức lần đầu tiên xuất hiện vào những năm 1990, khi nhà vật lý đoạt giải Nobel Roger Penrose, Tiến sĩ và bác sĩ gây mê Stuart Hameroff, Tiến sĩ Y khoa, phổ biến ý tưởng rằng các vi ống thần kinh cho phép các quá trình lượng tử trong não của chúng ta, tạo ra ý thức. Cụ thể, họ đưa ra giả thuyết trong một bài báo năm 1996 rằng ý thức có thể hoạt động như một sóng lượng tử đi qua các vi ống của não. Điều này được gọi là lý thuyết Orch OR, ám chỉ khả năng của các vi ống thực hiện các phép tính lượng tử thông qua một quá trình toán học mà Penrose gọi là "giảm khách quan".
Trong vật lý lượng tử, một hạt không tồn tại theo cách vật lý cổ điển quan sát nó, với một vị trí vật lý xác định. Thay vào đó, nó tồn tại như một đám mây xác suất. Nếu nó tiếp xúc với môi trường của nó, như khi một thiết bị đo lường quan sát nó, thì hạt sẽ mất đi "sự chồng chập" của nhiều trạng thái. Nó sụp đổ thành một trạng thái xác định, có thể đo lường được, trạng thái mà nó được quan sát. Penrose đưa ra giả thuyết rằng "mỗi lần một hàm sóng lượng tử sụp đổ theo cách này trong não, nó sẽ tạo ra một khoảnh khắc trải nghiệm có ý thức".
Nếu lý thuyết lượng tử về ý thức gắn liền với các vi ống này hóa ra là đúng, nó có thể cách mạng hóa sự hiểu biết của chúng ta về ý thức và thậm chí củng cố lý thuyết tiên phong rằng ý thức, ở cấp độ lượng tử, có khả năng tồn tại ở mọi nơi cùng một lúc. Nói cách khác, nó có thể tồn tại ở mọi nơi cùng một lúc, cho thấy rằng ý thức của riêng bạn về mặt lý thuyết có thể kết nối với các hạt lượng tử ngoài não của bạn, có thể vướng vào ý thức trên khắp vũ trụ.
Nhiều nhà khoa học bỏ qua thuyết Orch OR vì các hiệu ứng lượng tử chỉ được tạo ra trong phòng thí nghiệm trong điều kiện cực lạnh. Ví dụ, công nghệ của chúng ta hiện bao gồm máy tính lượng tử, nhưng hoạt động của chúng dựa vào nhiệt độ gần độ không tuyệt đối (khoảng âm 273 độ C) để duy trì trạng thái lượng tử của chúng. Theo một nghiên cứu năm 2022, bộ não ấm áp nằm ngoài những giới hạn đó, ở khoảng 32 đến 40 độ C (khoảng 90 đến 104 độ F) ở những vùng sâu nhất của não. Tuy nhiên, các nhà khoa học đã thu thập được một tập hợp dữ liệu đầy hứa hẹn trong nhiều năm qua chỉ ra rằng một số hoạt động ở cấp độ lượng tử ở động vật và thực vật thực sự có thể chịu trách nhiệm cho các chức năng của sự sống.
Ví dụ, các nhà khoa học đưa ra giả thuyết rằng thực vật, sống ở nhiệt độ ấm hơn nhiều so với độ không tuyệt đối, có thể sử dụng các quá trình lượng tử để chuyển đổi ánh sáng thành năng lượng một cách hiệu quả. Đầu tiên, thực vật biến đổi photon, hay các hạt ánh sáng, thành một dạng vật chất gọi là exciton, vận chuyển chúng đến lục lạp của thực vật để bắt đầu quá trình quang hợp. Trong suốt hành trình này, các exciton phải di chuyển xung quanh các cấu trúc thực vật bên trong khác—đủ nhanh để bảo toàn năng lượng của chúng cho đến đích. Các nhà khoa học cho rằng thực vật phải sử dụng tính chất lượng tử của sự chồng chập để thử tất cả các con đường có thể cùng một lúc. Theo cách đó, các exciton có thể đến đích theo cách hiệu quả nhất có thể.
Tương tự như vậy, có thể hợp lý khi hàng tỷ tế bào thần kinh hoạt động đồng thời trong não người hoạt động theo đặc tính "hành động trên khoảng cách" của sự vướng víu lượng tử - khả năng hai hạt ở rất xa nhau có thể được kết nối. Các nhà khoa học đã quan sát hiện tượng này ở các hạt nguyên tử trước đây. Khi họ nghiên cứu một hạt, một hạt khác ở rất xa cũng thay đổi đặc tính của nó, mặc dù cả hai dường như không được kết nối theo bất kỳ cách nào. Một nghiên cứu vào tháng 8 năm 2024 trên tạp chí Physics Review E đề xuất rằng một vật liệu béo gọi là myelin, bao bọc sợi trục của tế bào não, cung cấp môi trường lý tưởng cho sự vướng víu này. Vì não dường như có khả năng thực hiện các hoạt động lượng tử để tạo điều kiện cho suy nghĩ của chúng ta, nên một số nhà khoa học suy đoán rằng quá trình này tạo ra ý thức của chúng ta.
Hai nghiên cứu mang tính bước ngoặt trước đó cũng ủng hộ quan điểm lượng tử về ý thức. Cả hai đều liên quan đến các thí nghiệm chiếu các hạt ánh sáng vào các vi ống và quan sát thấy tín hiệu không bị suy giảm. Trên thực tế, theo các nghiên cứu này, các thí nghiệm đã chứng minh rằng các trạng thái lượng tử trong tín hiệu vi ống có thể và có khả năng tồn tại.
Một trong những nghiên cứu, một thí nghiệm của nhà vật lý và giáo sư ung thư học Jack Tuszyński, Tiến sĩ, đã sử dụng các photon cực tím để tạo ra các phản ứng lượng tử trong tối đa năm nano giây. Sự kết hợp lượng tử này kéo dài lâu hơn hàng nghìn lần so với những gì các nhà nghiên cứu mong đợi ở một vi ống. Tương tự như vậy, tại Đại học Trung Florida, các nhà nghiên cứu đã chiếu ánh sáng khả kiến vào một đầu của vi ống và đo thời gian các vi ống phát ra ánh sáng đó. Họ quan sát thấy sự tái phát xạ của ánh sáng này trong hàng trăm mili giây đến vài giây—quá đủ thời gian để não thực hiện tất cả các chức năng của nó.
Quan sát này cung cấp bằng chứng cụ thể rằng các tế bào thần kinh có thể hoạt động ở tốc độ cho phép các hoạt động lượng tử. Nó đưa chúng ta tiến thêm một bước nữa đến việc hiểu chính xác cách bộ não của chúng ta—và có lẽ cả ý thức của chúng ta—được liên kết với vũ trụ lượng tử.
Tâm trí “như một hiện tượng lượng tử” sẽ “hình thành nên suy nghĩ của chúng ta về nhiều câu hỏi liên quan, chẳng hạn như liệu bệnh nhân hôn mê hay động vật không phải con người có ý thức hay không”, nhà khoa học thần kinh và giáo sư tại trường Cao đẳng Wellesley, Tiến sĩ Mike Wiest, cho biết trong một thông cáo báo chí về nghiên cứu gây mê gần đây của nhóm ông. Ngoài công trình mới giúp chúng ta hiểu rõ hơn về cách điều trị các vấn đề sức khỏe liên quan đến não, ông cho biết “chúng ta sẽ bước vào một kỷ nguyên mới trong sự hiểu biết của mình về bản chất của mình”.
Theo Popularmechanics
