Квантові ефекти в роботі мозку: механізми, моделі та перспективи

Abstract

У роботі досліджено уявлення про можливу роль квантових ефектів у функціонуванні мозку та когнітивних процесах. Проведено аналіз механізмів квантової когерентності, суперпозиції, тунелювання, квантової заплутаності та редукції хвильової функції у біологічних системах. Особливу увагу приділено теорії Роджера

The paper examines the concept of the possible role of quantum effects in brain function and cognitive processes. An analysis of the mechanisms of quantum coherence, superposition, tunneling, quantum entanglement, and wave function collapse in biological systems is conducted. Special attention is given to the theory of Roger Penrose and Stuart Hameroff, according to which neuronal microtubules may act as elements of quantum information processing. The physical limitations of the existence of quantum states in the brain are considered, primarily the problem of decoherence in a warm and noisy environment. A mathematical description of the main quantum processes is provided, and a comparison of the time scales of quantum and neuronal processes is made. Examples of quantum phenomena in biology are also analyzed – photosynthesis, bird magnetoreception, and enzymatic catalysis. It has been shown that although direct quantum computations in the brain remain controversial, quantum models may become a promising tool for explaining the mechanisms of consciousness, memory, and decision-making.