LA COGNICIÓN CUÁNTICA

      ►Una nueva teoría explica cómo frágiles estados cuánticos pueden ser capaces de existir durante horas o incluso días en nuestro cerebro. 

·         ►Pronto, los experimentos podrían probar esta teoría.

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      El concepto de “conciencia cuántica” parece un término emergido más de la New Age que de la neurociencias. Sin embargo, se trata de una nueva hipótesis que podrían desempeñar algún papel en la cognición humana. Matthew Fisher , un físico de la Universidad de California, Santa Bárbara, publicó un artículo en la revista Annals of Physics en el que propone que algunos procesos subatómicos del cerebro permitirían a éste funcionar como una computadora cuántica.

     Construir una computadora cuántica requiere conectar qubits - bits cuánticos de información - en un proceso conocido como entrelazamiento. Pero existen qubits entrelazados en un estado frágil, lo cual representa actualmente a los investigadores un reto suficientemente complicado para realizar el procesamiento cuántico en un entorno de laboratorio cuidadosamente controlado.

|    Durante la última década, sin embargo, la evidencia creciente sugiere que ciertos sistemas biológicos podrían emplear la mecánica cuántica. En la fotosíntesis, por ejemplo, los efectos cuánticos ayudan a las plantas a conviertir la luz solar en combustible. Los científicos también han propuesto que las aves migratorias tienen una “brújula cuántica” que les permite explotar los campos magnéticos de la Tierra para su orientación, o que el sentido humano del olfato podría tener sus raíces en la mecánica cuántica.

     Fisher ha desarrollado una interesante hipótesis: la incorporación de la física nuclear y la física cuántica, la química orgánica, la neurociencia y la biología para dar lugar a la neurociencia cuántica. Aunque sus ideas se han topado con un muro de escepticismo, algunos investigadores están comenzando a prestar atención, como es el caso John Preskill , un físico del Instituto de Tecnología de California.

     Senthil Todadri , también investigador de la Universidad de California cree que la formulación de Fisher es consistente, pero sugiere que el siguiente paso es hacer pruebas de laboratorio para sustentar su planteamiento.

     Matthew Fisher ha propuesto una forma nueva que sugiere que los efectos cuánticos influyen en el funcionamiento del cerebro.

Las revelaciones del litio

No obstante que pertenece a una dinastía de físicos destacados, la inclinación de Fisher hacia la biología, la química, la neurociencia y la física cuántica se debió a una difícil situación personal que le hizo caer en profundo estado depresivo.

Fisher recuerda claramente que febrero de 1986 su crisis se vio agravada. «Me sentía preso de un profundo dolor de cabeza y malestar en el cuerpo cada minuto del día». Se puso tan mal que contempló el suicidio para acabar con su sufrimiento, aunque el nacimiento de su primera hija le dio una razón para seguir luchando a través de la aguda depresión.

Por esos días, un psiquiatra le recetó un antidepresivo, y dentro de tres semanas su estado mental comenzó a levantar. «La niebla que me había envuelto se hizo un poco menos densa; finalmente vi una luz frente a mí», dijo Fisher en entrevista a Quanta Magazine 

Su experiencia lo convenció de la función de los fármacos. Pero Fisher se sorprendió al descubrir que los neurocientíficos entienden poco sobre los mecanismos exactos que operan detrás de los psicofármacos, lo cual  despertó su curiosidad, y dada su experiencia en la mecánica cuántica, encontró los principios del procesamiento cuántico en el cerebro.

Hace un lustro se lanzó a aprender más sobre el tema, basándose en su propia experiencia con los antidepresivos como punto de partida.

Se concentró en el litio, por hecho de que esta sustancia, además de ser empleada comúnmente en desórdenes mentales y emocionales, dispone de un isótopo común llamado de litio-7. La pregunta que surgió fue, ¿un isótopo diferente marcaría una gran diferencia del litio-6, o producirían los mismos resultados? 

Al buscar en la literatura sobre el tema, Fisher encontró un experimento que ya había comparado los efectos del litio-6 y litio-7. En 1986, los científicos de la Universidad de Cornell examinaron los efectos de los dos isótopos sobre el comportamiento de las ratas, donde halló que la ligera diferencia en la masa atómica marcó diferencias en el comportamiento de los roedores.

Fisher consideró que la clave podría hallarse en el espín nuclear, que es una propiedad cuántica que afecta a la duración de cada átomo puede ser coherente aislando su entorno. Cuanto menor sea el giro, menos interactúa el núcleo con los campos eléctricos y magnéticos, y menos rápido es la coherencia atómica.

Dado que el litio-7 y litio-6 tienen diferente número de neutrones, también tienen diferentes giros. Como resultado, litio-7 es demasiado rápido para la cognición cuántica, mientras que el litio-6 puede permanecer enredado más tiempo como una molécula coherente.

Fisher había encontrado dos sustancias idénticas en todos los aspectos importantes, excepto en el giro cuántico, lo cual podrían tener efectos muy diversos en el comportamiento. Para el investigador, este indicio sugiere que los procesos cuánticos desempeñan un papel funcional en el procesamiento cognitivo.

Los procesos bioquímicos

La investigación de Fisher demuestra que el procesamiento cuántico juega un papel en el cerebro que resulta ser un desafío monumental. El cerebro requiere de mecanismos para almacenar información cuántica en los qubits por largos periodos; además, debe contar con algún medio químicamente adecuado que influya en el funcionamiento de las neuronas y algún medio que transporte la información cuántica almacenada en los qubits a todo el cerebro.

Esta es una tarea difícil. En el transcurso de su misión de cinco años, Fisher ha identificado un solo candidato creíble para el almacenamiento de información cuántica en el cerebro: los átomos de fósforo, que son el único elemento biológico común distinto del hidrógeno que hace posible un mayor tiempo de coherencia. El fósforo no puede hacer un qubit estable por sí mismo, pero su tiempo de coherencia puede ser ampliado aún más, de acuerdo con Fisher, si lo enlaza con iones de calcio.

En 1975, Aaron Posner, científico de la Universidad de Cornell, se dio cuenta de una agrupación impar de átomos de calcio y fósforo en sus radiografías. Hizo dibujos de la estructura de esos grupos: nueve átomos de calcio y seis átomos de fósforo, más tarde llamado “moléculas Posner”, en su honor.

Los grupos aparecieron de nuevo en la década de 2000, encontrando pruebas de los clústeres en el cuerpo. Fisher piensa que las moléculas de Posner podrían servir como un qubit natural en el cerebro también.

El proceso se inicia en la célula con un compuesto químico llamado pirofosfato en el que la interacción entre los espines de los fosfatos provoca que se enreden. Ellos pueden emparejarse en cuatro formas diferentes: Tres de las configuraciones se suman a un giro total de uno (un estado triple, que se enreda débilmente), pero la cuarta posibilidad produce un giro cero (en estado individual), crucial para la computación cuántica.

A continuación, ocurren complejos procesos bioquímicos donde participan enzimas y fosfatos entrelazados en dos iones de fosfato libres. Estos iones se pueden combinar a su vez con los iones de calcio y átomos de oxígeno para convertirse en moléculas Posner. 

Así, esos grupos protegen los pares entrelazados de la interferencia externa para que puedan mantener la coherencia durante largos períodos. Fisher estima que podría durar horas, días o incluso semanas.

De esta manera, el enredo se puede distribuir sobre distancias bastante largas en el cerebro, que influyen en la liberación de neurotransmisores y el disparo de las sinapsis entre las neuronas.

La comprobación de la teoría

Los investigadores que trabajan en biología cuántica se mantienen con cautela ante la propuesta de Fisher. Alexandra Olaya-Castro, físico de la Universidad College de Londres que ha trabajado en la fotosíntesis cuántica, lo llama «una hipótesis bien pensada. No da respuestas, se abre preguntas que podrían conducir a continuación, cómo podíamos probar etapas particulares en la hipótesis».

Peter Hore, químico de la Universidad de Oxford, que investiga el uso de los efectos cuánticos en los sistemas de navegación de aves migratorias, sostiene. «He aquí un físico teórico que propone que moléculas específicas, inciden el procesos mecánicos específicos, y de cómo ello podría afectar la actividad cerebral», y agrega, «Esto abre la posibilidad de una prueba experimental».

Otros ya ven que hay necesidad de invocar el procesamiento cuántico para explicar el funcionamiento del cerebro. «La evidencia acumulada posibilita exponer aspectos interesantes de la mente, en términos de interacciones de neuronas», dijo Paul Thagard , un neurofilósofo de la Universidad de Waterloo en Ontario, Canadá.

Fisher trabajó recientemente en la Universidad de Stanford en colaboración con investigadores para replicar el estudio de 1986 con ratas embarazadas; opina que en un tiempo perentorio obtendría de esta investigación resultados concluyentes.

Han aprobado a Fisher financiamiento para llevar a profundidad sus experimentos de la química cuántica. Se ha improvisado un pequeño grupo de científicos de diversas disciplinas en UCSB y la Universidad de California, San Francisco, como colaboradores. Le gustaría investigar antes que nada, si el fosfato de calcio realmente puede formar moléculas estables Posner, y si los espines nucleares fósforo de estas moléculas puede enredarse lo suficiente por largos períodos.

Si todos los experimentos demuestran en última instancia, su hipótesis equivocada, podría ser el momento de renunciar a la idea de la cognición cuántica por completo. «Sería bueno para la ciencia conocer las conclusiones».

      Este artículo se redactó con información de la investigación A New Spin on the Quantum Brain, firmada por Jennifer Oullette y publicada en Quantamagazine