在一个手术室里，患者慢慢进入无意识状态，麻醉气体分子无声地渗入他们的神经元，停靠在一种被称为微管的蛋白质结构上。这些微管，就像细胞内的微型高速公路系统，可能不仅仅是神经元的骨架，而是意识本身的量子舞台。这是 Michael C. Wiest 教授在最新发表于《神经科学与意识》期刊的研究论文中证明的观点。威斯特利学院（Wellesley College）的这位神经科学家汇集了一系列新的实验证据，支持一个曾被主流科学界视为异端的理论：意识可能源于大脑中的量子过程。这个实验开创性地证明了著名物理学家罗杰·彭罗斯（Roger Penrose）的基于量子微管的协调客观还原（Orch OR）量子意识假说以及量子泛心论。
https://academic.oup.com/nc/article/2025/1/niaf011/8127081
麻醉之谜：意识消失的线索
人们对麻醉剂如何使我们失去意识的确切机制知之甚少。通常认为，这些气体分子会与多种蛋白质结合，干扰神经元之间的通信。
然而，麻醉剂的几个特性令人困惑："首先，有著名的 Meyer–Overton相关性，麻醉剂效力与其在橄榄油中的溶解度之间存在跨越数个数量级的相关性，"Michael C. Wiest 写道。"此外，对于特定麻醉剂，有效剂量在不同物种之间几乎没有变化。这些化合物的第三个显著特性是它们效应的近似线性叠加性，尽管每种麻醉剂对特定离子通道的影响各不相同。"
这些事实指向一个令人惊讶的结论：麻醉剂可能主要作用于一个单一的、高度保守的分子靶点，选择性地消除意识。越来越多的证据表明，这个靶点就是微管。
威斯特实验室最近的一项研究发现，给予大鼠微管结合药物后，它们在挥发性麻醉剂异氟烷下失去意识所需时间显著延长。这一发现与 罗杰·彭罗斯和 Stuart Hameroff 提出的"️协调客观还原"（Orchestrated Objective Reduction,Orch OR）理论相符，该理论认为意识源于微管中的量子过程。
（图1：(a) 吸入性麻醉剂的 Meyer–Overton相关性。有效剂量（纵轴）可由橄榄油中的溶解度（横轴）预测，这表明麻醉剂与进化上保守的亲脂性靶点之间存在弱物理相互作用，而非化学锁钥结合方式。(b) 有效剂量（"MAC"）的相加性。一种麻醉剂的半个有效剂量加上另一种麻醉剂的半个有效剂量等于一个完整有效剂量，即使这两种麻醉剂对特定离子通道有非常不同的影响，这说明离子通道不太可能是吸入性麻醉剂的主要功能靶点。）
微管：神经元内的量子计算机？
微管是由名为微管蛋白的蛋白质组成的空心管状结构，它们遍布细胞内部，在神经元中尤为丰富。长期以来，它们被认为仅仅是细胞骨架的一部分，帮助维持细胞形状并作为细胞内物质运输的轨道。
但实验开始揭示一个更加惊人的可能性。在室温下，微管表现出量子效应，包括量子超辐射和跨越多个神经元的共振状态。甚至有证据表明，这些效应会被麻醉剂抑制。
最引人注目的是克斯肯斯（Kerskens）和佩雷斯（Pérez）在2022年和2023年的实验。他们使用创新的磁共振成像（MRI）方法，在清醒的人脑中探测到了量子纠缠的证据。这种量子信号与意识状态和工作记忆性能相关，暗示量子过程可能确实是我们认知和意识功能的重要组成部分。
"这些实验强烈支持量子微管意识假说的物理可行性，" Michael Wiest 解释道。
️意识的困境：统一性之谜
长期以来，意识一直是科学界的一个难题，特别是两个根本性问题：
第一是所谓的"️困难问题"（hard problem）：为什么物理系统会产生主观体验？为什么神经元的活动会伴随着感觉、情感和思想？
第二是"️绑定问题"或"组合问题"（combination/binding problem）：我们的体验是如何成为一个统一的整体的？当你看到一个红色的圆形苹果时，苹果的颜色和形状分别在大脑的不同区域处理，但你体验到的是一个统一的整体，而非分散的特征。
Wiest 认为，量子理论在解决这些问题上有独特优势，因为量子纠缠状态本身就是不可约的整体。
"在量子模型中，整体性是必要的且不可约的，不是一种诗意的比喻。贝尔证明，没有局部理论能解释量子力学的预测——而量子力学的预测已被几十年的坚实实验所证实。因此，量子态的整体性或非局部性是一种不可约的客观属性——没有任何参考框架或替代描述可以消除它。"这与我们的意识经验有着惊人的相似性。意识体验也是一个不可分割的整体，它将多种感官输入、记忆和感觉融合为一个统一的经验流。
（图 2. 解决困难问题和组合/绑定问题。(a) 经典物理主义模型不包含意识属性（"灰色"）也没有客观整体：神经元系统完全可以还原为局部部分的相邻相互作用（由"虚线"表示），没有现象属性（"灰色"）。(b) 经典泛心论模型具有意识属性（"蓝色"），但没有客观整体（分离的"虚线"）。(c) 量子泛心论模型包含具有因果效力的客观整体（"实线"），对应于统一的意识时刻（"蓝色"）。"垂直黄线"代表树突中的微管，负责形成统一的意识状态。）
量子意识的进化优势
量子意识理论还解决了另一个难题：如果意识只是大脑物理过程的副产品，没有因果影响，那它怎么会通过自然选择进化出来？
Michael Wiest 提出了一个优雅的答案。在经典物理模型中，任何大尺度的整体——如我们的意识状态——都可以被还原为局部相互作用的部分，因此在原则上可以从描述中消除，而不影响模型的预测能力。这意味着意识在经典模型中是一个"️副现象"（epiphenomenon），没有真正的因果力量。
但在量子模型中，情况完全不同。量子纠缠状态是客观整体，有真实的物理效应。Michael Wiest 解释道：
"意识在量子模型中并不是副现象；因为一旦我们加入泛原型心智论的假设，量子理论就能解释为什么这个物理状态伴随着大规模的心理体验，而另一个物理状态则没有。一旦我们假设具有特定（整体性）因果能力的物理状态与意识体验相关联，我们就能解释为什么这些体验能够指导适应性行为，并实现在真实物理世界中拥有统一量子状态进行计算和学习的优势。"这解释了意识的进化：量子意识状态确实具有特殊的因果能力，能提供适应优势，使它们能够通过自然选择进化。
️意识真的对行为有任何影响吗——还是它只是一种副现象，像幽灵一样， 无法触碰实体口香糖球或移动一个物理身体？
（图 3. 副现象问题的解决方案解决。副现象问题的方法是认识到意识的统一性与量子物理基质的客观有效统一性之间存在"必然关系"。这种关系解释了能够实现量子意识过程的生物体获得的行为优势。相比之下，经典模型无法解决副现象问题，因为其大尺度整体——比如我们的意识状态——可还原为局部相互作用的部分，因此可以从描述中"消除"，而不改变模型的实证预测。这是一个经典模型无法解释的问题，即我们的意识状态如何演化以及它们如何能够"有用"。）
如量子计算机般的大脑
量子大脑理论还暗示了令人兴奋的可能性：人脑可能利用量子效应来实现经典计算机难以匹配的功能。
例如，量子联想记忆的容量随神经元数量呈指数增长，而非线性增长。这可能解释了人类惊人的记忆容量。此外，量子模型预测了视觉追踪和精确运动控制中观察到的一些行为特
征。
Michael Wiest 写道："人脑可能已经进化出一种将其个体问题映射到这种自然优化动态上的方法，这可能作为生成最优适应性行为的强大工具。"
️科学界的反应与未来展望
尽管证据日益增多，量子意识理论在科学界仍然存在争议。批评者指出，大脑是温暖潮湿的环境，量子相干性难以维持。然而，Michael Wiest 引用了实验证据表明，特别是在非平衡的活体系统中，量子效应可能比之前认为的更加稳定。
这一理论若得到证实，不仅会改变我们对意识本质的理解，还可能对人工智能、麻醉学和脑疾病治疗产生深远影响。
"有了理论上的'困难问题'在概念层面上得到解决，意识科学领域现在可能面临一个心理上的'困难问题'，"Michael Wiest 总结道，"因为发展量子方法来建立意识的基本自然主义解释将需要物理学家学习生物学，生物学家学习量子理论。"
这种跨学科的挑战，可能正是解开意识之谜所需的关键。就像微管将神经元的各个部分连接起来一样，量子意识理论可能最终将物理学与心灵科学连接起来，形成一个更完整的理解框架。
在这个令人着迷的前沿领域，我们的大脑可能不仅仅是思考量子力学的器官，而是量子力学本身在起作用的地方。正如诺贝尔物理学奖得主尤金·维格纳曾问道：️"为什么数学，作为人类思维的产物，如此奇妙地描述了物理世界？"也许答案更加深刻：我们的思维本身就是量子物理过程的表现。
