陈向群:微管中的量子意识

——基于Orch OR模型的意识探析

2017-05-10 09:32 来源:《科学技术哲学研究》 作者:陈向群

  Quantum Consciousness in Microtubule:An Analysis about the Consciousness in Orch OR Model

  作者简介:陈向群(1983- ),男,江西九江人,东南大学人文学院博士研究生,研究方向为认知科学哲学、意识哲学。南京 211189

  内容提要:长期以来,意识是神经计算产物似乎已经成为意识研究领域内大多数学者的共识。然而,一种量子意识模型——Orch OR模型——主张意识是大脑神经元微管中量子引力效应的结果,则将我们对意识的研究目光引向了量子力学领域。Orch OR模型的量子意识解释机制虽然遭受到了来自多方面的质疑和批评,但其创立者彭罗斯和哈梅洛夫都从相关角度给予了反驳,试图从理论上维护该模型的合理性。透过对Orch OR模型的分析,我们发现,该模型在有着积极的哲学意义的同时,对意识解释还存在着某些不足,有待进一步探讨。

  关键词:意识/量子意识/Orch OR模型/微管/量子力学/consciousness/quantum consciousness/Orch OR model/microtubule/quantum mechanics

  标题注释:中央高校基本科研业务费专项资金资助(3213005401)

  原发信息:《科学技术哲学研究》第20166期  

  作为与霍金一起创立现代时空理论的英国著名物理学家、牛津大学数学系名誉教授罗杰·彭罗斯(Roger Penrose)就宇宙问题提出了诸如扭量理论、宇宙审查假说和量子引力理论等一系列理论,为人们在量子层面认识宇宙提供了精彩纷呈而又令人兴奋的解释。同样地,彭罗斯认为,作为人类至今尚未完全破解的意识难题在量子水平的时空结构下也可以得到合理的说明。于是,在20世纪90年代,他与美国亚利桑那大学麻醉学和心理学系荣誉教授、意识研究中心负责人斯图亚特·哈梅洛夫(Stuart Hameroff)共同提出了一种量子意识模型:编制的客观还原模型(Orchestrated Objective Reduction Model,以下简称Orch OR模型),指出意识是微管中量子引力效应的结果,从而将意识研究的触角延伸到量子力学领域,大大拓宽了意识研究的疆域。那么,何为Orch OR模型?对来自各方面的批评和质疑,彭罗斯和哈梅洛夫又是如何去反驳的?从哲学上我们又该如何对Orch OR模型进行分析?Orch OR模型在解释意识上又面临着哪些问题?本文将围绕这些问题展开论述。

  一 关于Orch OR模型

  何为Orch OR模型?概括来说,Orch OR模型是指客观还原①(Objective Reduction,OR)发生在神经细胞微管(microtubule)中并由此产生意识的一种量子意识模型。与先前神经科学家们将意识视为脑神经元群活动的结果不同,Orch OR模型将人脑视为一个量子脑,认为意识是微管中量子引力所导致的波函数坍塌(wave function collapsed)的结果。“我们假设联结微管的微管联结蛋白质(Microtubule Associated Protein,MAP)编制量子振荡,并且‘编排’可能的坍塌现象。这样,我们就把发生在由微管联结蛋白质相联结的微管中的客观还原称之为‘编制的客观还原’(Orch OR),而且它是与意识是有关的。”[1]457

  1.Orch OR模型的核心假设

  “意识是微管中量子引力效应的结果”是Orch OR模型的核心假设。彭罗斯认为,微管中存在着“精心编制”的量子计算,微管蛋白(tubulin)的自身振荡会使得其表面形成量子效应的叠加态②(superposition state)。而当各态的质量和能量分布不均时,会影响各自的时空几何曲率,在量子引力达到一定的临界值时,叠加态的波函数就会坍塌。在坍塌的那一时刻,微管中就产生了意识瞬间。而连续不断的意识瞬间则汇集成了我们所称之为的意识流(stream of consciousness)。[1]476不同于正统量子理论(哥本哈根解释)对量子测量问题的解答,即认为波函数坍塌是外界观察所引起的(主观还原),彭罗斯则认为量子波函数的坍塌是量子引力所导致的,是自行坍塌,所以是客观还原。[2]客观还原理论是Orch OR模型建立的一个理论基础,它为Orch OR模型提供了量子结构下的意识产生机制。在客观还原理论的基础上,哈梅洛夫将其与自己对微管的研究结合起来,从而恰当地解释了大脑中的量子效应为何能产生意识。关于波函数坍塌所导致的意识瞬间,或称为意识量子,哈梅洛夫还指出,它们如同电磁波谱里的光子,即有像紫外线那样的高频光子,也有像红外线那样的慢波。意识事件在很大程度上就类似于一种光谱。它们虽然不是连续的,但由于发生的速度非常快(以大约每秒钟40次)却给人一种连续的感觉。而且,意识瞬间的频率也不是固定的,时快时慢。相关研究表明,一些西藏僧人在禅修时,他们的意识瞬间就快很多,达到了每秒80到100次之间。[3]

  然而,对于Orch OR模型最关键的是,作为一个量子意识模型,它如何能从脑的神经活动过程中寻找量子效应呢?我们知道,量子系统区别于其他宏观系统的主要特征就是粒子态的叠加性和纠缠性。因而,要在微管中寻找量子效应,就必寻找相应的量子态。对此,哈梅洛夫通过引入细胞自动机(cellular automaton)理论,认为微管自身的振荡运动使得在微管表面呈现出的偶极子的耦合状态,而这样的耦合态在他看来就是的量子系统中的叠加态,它们以一种螺旋结构环绕微管表面。[4]48然而,量子意识又是从何而来呢?根据彭罗斯的客观还原论,在微管内,偶极子的耦合态由于微管自身的振荡使得各态在能量分布上产生不均衡,在量子引力达到一定临界值时,偶极子的耦合态(叠加态)就还原为之前的单一态。这样的还原过程在量子理论的概念下就是波函数的坍塌过程,即客观还原发生在微管中。不仅如此,哈梅洛夫还指出,在微管客观还原发生过程中,微管联结蛋白还起到了协调偶极子的量子振荡的作用,从而保证了客观还原过程在微管中有序地进行。“在这个模型(Orch OR)中,产生于亚基蛋白(微管蛋白二聚体)中的量子叠加态将会持续保持下去,直到达到一个质量——时间和能量(与量子引力有关)的临界值为止。在这一时刻,量子叠加态自我坍塌或说客观还原突然出现。我们将还原前或是量子处于叠加态的阶段等同于原(前)意识过程,并且,将每一个即时的(非计算性的)客观还原或自我坍塌看成一个具体的意识事件,一系列的客观还原事件就导致了我们所称之为的意识流。微管联结蛋白能够调整相干叠加态的量子振荡。于是,客观还原是自我发生的,或说是精心编制的(Orchestrated),也称为编制的客观还原。”[5]由此,我们可以得出,微管自身振荡所形成的偶极子的耦合态(叠加态)是Orch OR模型得以从量子理论中寻找意识解释的基础,因为量子系统的典型特征就是其中粒子所具有的多线性或叠加态。

  2.Orch OR模型的生物基础

  Orch OR模型作为一个量子意识模型,其所依赖的生物基础又是什么?哈梅洛夫认为,那就是能产生量子意识的量子脑。那么,我们的大脑具备量子脑的相关条件吗?哈梅洛夫仔细分析了微管的结构和功能。

  首先,从结构上看,微管是细胞骨架(cytoskeleton)的主要构成部分,它是长度从几百纳米到几米不等空管状结构,直径约为25纳米。而且,在其表面,还镶嵌着由α单体(alpha-tublin)和β单体(beta-tublin)组合而成花生状的微管蛋白,其内部是具有电性或磁性的偶极子。不仅如此,微管蛋白还组合成13根纵向的纤维柱(protofilaments),它们在微管联结蛋白的联结下构成微管管壁,而原纤维的横向联结又形成了两种不同类型的六角形晶格(内部是偶极子)。这样的特殊结构使得相邻微管蛋白在微管自身振荡下发生构像(conformation)上的转换,从而导致微管蛋白内的偶极子产生运动状态的耦合态,即量子系统中的量子效应。[4]43

  其次,从功能上看,微管信息过程极大地影响神经细胞和由其所构成的神经网络的相关活动。哈梅洛夫指出,微管是大脑内部的一系列生物功能(诸如细胞运动、细胞分组和细胞形状维持)得以运行的基础。在神经元内部,微管的无限长的结构不仅延伸了轴突(axon)和树突(dendrite)的结构,还增强了突触联结的信息传递速度。在细胞整合过程中,微管不仅可以调节轴突和突触(synapse)的神经发放行为,还可以调节神经元架构以及分化突触形状的功能。[4]45哈梅洛夫说,一些单细胞的生物诸如草履虫,它们在池塘里游来游去以寻找食物,遇到危险时迅速转变游泳方向,甚至还能根据过去的经验进行认知学习,但它们并没有发达的神经元,也没有突触,之所以能做到这些全靠它们的微管。[6]哈梅洛夫还认为,微管的信息处理能力是巨大的,据估算,每个神经元微管中存在着数量约为10[7]到10[8]个微管蛋白二聚体,它们能在纳秒(nanosecond)时间范围内提供大约10[16]到10[17]比特的量子信息,而整个大脑的信息处理能力更强,甚至可以达到每秒10[27]比特。[7]

  如此,我们便不难理解,在微管的特殊结构和功能下,人脑就如量子脑,具有量子脑的相关特征,包括在功能上具有高强度的量子相干状态,能够操纵神经联结和突触功能以达到合理地传递信息的目的;在结构上具有类似于晶柱体的管状纤维结构,以及具有细胞膜、膜蛋白、突触、DNA等生物特性内容。[1]458这样的量子脑正是量子意识得以产生的关键,也是Orch OR模型得以建立的生物基础。

  二 质疑与反驳

  Orch OR模型一经提出,就遭到了来自物理学家和神经科学家们各方面的强烈质疑。他们的质疑主要包括微管中量子退相干③(decoherence)时间、相关量子效应以及大脑中波函数的是否坍塌等。总而言之,他们认为微管中不可能产生所谓的量子意识。然而,针对这些质疑和批评,彭罗斯和哈梅洛夫并没有由此而却步。相反,他们站在阐释意识的新角度,对各方面的批评都给予了反驳,有效地巩固了Orch OR模型的量子意识解释机制。

  1.物理学上的质疑与反驳

  从量子退相干的时间上去质疑Orch OR模型的是来自美国麻省理工学院的物理学家马克斯·泰格马克(Max Tegmark)。他在《物理评论E》上发表文章“大脑中量子相干的重要性”,分析了大脑中两种不同的量子效应:一是大脑中的神经元从激发与不激发的叠加态还原为其中一种状态,通过计算得出退相干时间(τ[,dec])约为10[-20]秒,即τ[,dec]≈10[-20]秒;二是微管中粒子从多态叠加还原为单一态,通过计算得出退相干时间(τ[,dec])约为10[-13]秒,即τ[,dec]≈10[-13]秒。而这两种退相干的时间都小于Orch OR模型中量子动态时间尺度(τ[,dyn])(退相干所需时间)10[-2]~10[-1]秒,即τ[,dec]<τ[,dyn]。因此,泰格马克认为,无论是从神经元还是从微管中粒子的退相干时间上来看,我们大脑中根本不存在由于量子效应而产生意识的可能性。[8]

  对此,彭罗斯指出,泰格马克所计算出的微管中量子退相干时间毫无参考价值,他说,“按泰格马克所计算的退相干时间,任何的量子状态在微管中都不可能发生”[9]140。为了应对泰格马克的质疑,哈梅洛夫和其同事斯哥特·哈根(Scott Hagan)等也在《物理学评论E》上发表的“脑微管中存在量子计算吗?退相干和生物的可行性”一文中指出,泰格马克所计算微管量子退相干时间实际上并不是Orch OR模型中的退相干时间。因为,泰格马克所计算中所涉及的量子叠加态以24纳米分离,而Orch OR模型中的叠加态分离是原子核级别的毫微微米尺度,在退相干的分离尺度上比泰格马克所计算的要小7个级数(orders of magnitude)。因而,哈梅洛夫等人指出,泰格马克所检验的并不是Orch OR模型,而是他自己构造的模型,因为在他的计算模型中并没有包含Orch OR模型的相关计算规则。相反,哈梅洛夫等人通过使用泰格马克的计算公式和Orch OR模型相关计算规则重新计算得出,微管的退相干时间为10[-4]秒到10[-3]秒,而这与Orch OR模型的退相干时间非常接近。[10]因此,哈梅洛夫认为,泰格马克所计算的退相干时间并不是Orch OR模型中的,或许其所计算的只是一种类似于Orch OR模型中微管振荡所形成的一般粒子叠加态的退相干时间。而且这样的量子退相干温度也远远低于Orch OR模型中所要求的,两者在退相干的环境上也不尽相同。

  此外,麦克米西(L.K.McKemmish)等人还指偶极子④的朗动力(London forces)的作用下确实可以发生构象上的相互转换(或相互叠加)。然而,由于活动的π电子在每个(微管蛋白内)苯环(phenyl ring)中的位置是完全不固定的,因而他认为,微管蛋白体不可能在构象上相互转换,更不可能出现相互叠加的情况。哈梅洛夫不否认这种看法,他说:“一个单独的苯环是不会导致微管蛋白体的转换的。朗动力出现在两个或以上的π电子云环状结构(苯环)或其他没有电极的粒子群中,一个单独的苯环并不支持朗动力。”[4]68实际上,在Orch OR模型中,微管蛋白内通常有两个或更多个π电子苯环,且他们以相互比邻的方式共同存在于微管蛋白体和微管内,因而麦克米西等人实际上根本没有弄清楚Orch OR模型关于微管蛋白中π电子苯环数目,所以,其批评也是完全毫无根据的。不仅如此,麦克米西等人还进一步指出,在Orch OR模型中,微管蛋白体之间在构象的相互转换需要巨大的能量并产生巨大的热量,而且这种转换也导致它们在结构上发生改变。对此,哈梅洛夫指出,这种转换只是电或磁偶极子转换,以原子核的费微微米级别的运动,根本不可能导致微管蛋白本身结构上的任何变更。正如他所说:“电子偶极子的朗动力或磁偶极子的自旋运动对于类似于微管蛋白体构象转换以及量子叠加态或量子比特的形成等所需能量是足够的。”[4]68

  2.生物学上的质疑与反驳

  除了泰格马克和麦克米西等人在物理学上的批评之外,克里斯托夫·科赫(Christof Koch)和克劳斯·赫布(Klaus Hepp)也在《自然》发表文章《大脑中的量子力学》一文来批判Orch OR模型从量子力学角度去解释意识的方法,试图为其意识的神经科学解释作辩护。在文章中,科赫和赫布以薛定谔的猫和双眼竞争的思想实验来挑战Orch OR模型。在这个实验中,他们假设某个人一只眼睛正在观察箱子里的猫,这只猫处于死和活的叠加态,另一只眼睛观察连续变换的人脸图像。实验发现,在一段时间以后,观察者只会对不断变换的人脸图像有强烈的关注,而对于箱子里的猫则毫无意识,即无法确定猫是死还是活。由此,在科赫和赫布看来,观察并不能使得量子叠加态发生还原,即我们大脑中并没有产生量子效应。他们如此说:“如果意识对测量问题出,在OrchOR模型中,相邻微管蛋白体在π电子真是必要的,猫的命运也许只有等到观察者把注意力转移到箱子上才能决定。”[11]

  针对上述质疑,哈梅洛夫和彭罗斯首先指出,科赫和赫布把Orch OR模型与哥本哈根学派对波函数坍塌的理解混淆起来,以观察并不能使得多态还原为确定态的实验来否定Orch OR模型,是难以令人信服的。因为在Orch OR模型中,波函数坍塌是量子引力所引起的,而且坍塌或还原发生在大脑的微管中,在坍塌的某一时刻产生意识瞬间。这与根本哈根学派对意识在量子力学中的作用也相反(他们认为意识导致了波函数的坍塌)。所以,彭罗斯和哈梅洛夫认为,科赫与赫布根本上就没有正确理解Orch OR模型,对Orch OR的质疑也实际上偏离了目标。不仅如此,为了证实Orch OR模型的意识解释,哈梅洛夫还通过Orch OR模型来说明诸如花瓶/脸幻觉或是内克尔立方体等双稳态感知问题。他指出,在脸/花瓶的双稳态实验中,大脑从起先两种叠加的图像(脸或花瓶)的无意识状态到最后确定其中一种图像(要么花瓶,要么脸)的有意识状态,其实是我们大脑视觉皮层和前额皮层以及其他各脑区内神经元内微管中粒子叠加态在特定时刻所发生的坍塌或还原的结果。[4]67

  总之,无论是来自对Orch OR模型中量子退相干时间质疑,还是对微管中量子效应以及大脑中波函数是否坍塌的批评,彭罗斯和哈梅洛夫都针锋相对给予了反驳。然而,质疑和批评还远不止上述这些,就在近期(2014年)彭罗斯和哈梅洛夫将其最新版本的Orch OR模型论文《宇宙中的意识:对Orch OR理论的总结》发表时,就有学者提出了总计8个方面的疑问。对此,彭罗斯和哈梅洛夫在《物理学的生活评论》上专门撰写论文[12]给予回复,从而在理论上为Orch OR模型的量子意识解释机制作了更进一步的深化和巩固。

  三 哲学上的意义分析

  综上,彭罗斯和哈梅洛夫从客观还原理论出发,对意识作了量子理论上的全新的诠释,从而为我们看待意识问题提供了一个全新的物理学视角。更重要的是,Orch OR模型不仅为我们理解物质和意识的关系问题及其他诸多难题提供了量子力学层面上新思路,而且还为自由意志作了新的辩护,并给人工智能研究也带来了反思。

  首先,Orch OR模型从量子相关层面来阐释意识,将意识视为一个量子过程,极大地削弱了传统哲学中物质与意识的对立性。我们知道,在哲学上,围绕着物质决定意识还是意识决定物质,或是先有物质还是先有意识的问题形成了唯物主义和唯心主义两大派别。然而,无论是唯物主义还是唯心主义,两者都是建立在牛顿经典物理学基础之上的传统哲学,它们将物质与意识严格对立起来,认为物质与意识之间存在着严格的决定与被决定的逻辑关系以及时间上的先后性。而在Orch OR模型中,意识是被理解为量子的活动过程,必然具有量子的某些特点,即时间和动量上的不确定性、位置上非定域性、本征态的叠加性和逻辑纠缠性,而这恰是与传统哲学中的机械决定论和二元论相对立的特性。“二元论者认为物质与意识是各自独立的,唯心主义者认为意识产生了物质,唯物主义者认为是物质产生了意识,而泛心论者认为物质和意识差不多是一回事。但我(哈梅洛夫)认为,或许理解意识和物质的最合理方式是,更多地按照西方一元论提出的路线,有一种底层的东西,既能产生物质,又能产生意识。这在东方智慧传统中,是不二论。”[3]

  其次,在面对意识“困难问题”即感受质问题和意识的“捆绑问题”时,Orch OR模型也提出了其有别于神经科学上的新阐释。传统的神经科学家们认为,感受质依赖于我们大脑中神经元群的活动,是神经元计算后呈现出来的性质。例如,埃德尔曼就以动态核心理论来解释感受质,将每种主观体验看作N维神经空间中的各个特定的点。而在Orch OR模型中,意识依赖于微管中量子的“精心编制”,其产生的直接原因是量子波函数的坍塌。即要产生意识,微管中必须有量子信息来支撑坍塌现象的出现。那么,量子信息从何而来呢?哈梅洛夫是这样解释的:当我们看物体时候,其实并不是真正看到了物体,只不过是视网膜对光子的反应,光子在到达视网膜之前被转换成某种量子信息将物体的基本属性传入我们大脑的神经元细胞中。[3]如此,这就很好地解释了意识主体在体验物体颜色、声音和气味等属性时所具有的特殊体验,在哈梅洛夫看来,那是因为我们大脑所感受到的物体属性只不过是量子信息在我们头脑的反应而已。哈梅洛夫指出,正是由于我们大脑存在着量子信息活动,我们才得以体验到玫瑰花的红色、香味及其他性质,并在意识中体验着爱、善良、真实等感受特征。同样,对于意识的“捆绑问题”,神经科学上的解释是,不同脑区的神经元群,它们在极短的时间内以再进入机制将意识对象中的每种属性在脑皮层中关联起来,以此形成一个统一的意识事件。而在Orch OR模型中,意识的“捆绑问题”被看作一个量子事件,即意识对象的不同属性相当于叠加态的量子系统中不同的量子态,在某个时刻发生坍塌从而形成一个统一的意识瞬间。

  再次,Orch OR模型的量子意识解释机制还对因里贝特(B.Libet)的心智时间实验而遭受到极大挑战的自由意志作了新的辩护。里贝特的心智实验证明,大脑在被试者自由地执行某个动作前的550毫秒已经开始了活动,而对实施那个动作的有意识的意志(conscious will)则在行动前的150毫秒才出现。这样的实验结果表明,我们的行动不一定就是我们的意志所控制的,或许脑中的神经活动已经先于意识意志而控制人的行为。意识突然从指导者的角色沦为观察者的角色,从而也对自由意志的存在提出了严峻的挑战。[13]而哈梅洛夫则指出,在Orch OR模型中,微管中的量子效应所导致的意识瞬间非常快(平均每秒约40次),从而保证了意识与我们的神经活动之间没有绝对的时间差。[14]这样,在Orch OR模型中,意识不仅不是与脑相分离的副现象,相互之间有着极强的依赖关系,从而在一定程度上为自由意志作了相应的辩护。

  最后,Orch OR模型将意识视为一个量子过程,在给乐观的人工智能泛心论者以沉重的打击的同时,也给人工智能研究带来了新的启示。在Orch OR模型中,意识依赖于具有生物性的量子大脑,这样的脑具有高强度的量子相干态,能操纵神经联结和突触以及拥有类似于晶柱体的管形纤维结构等。而现有的人工智能以“机器脑”来模拟人的大脑,无论从其功能和构造上来说,根本不可能产生叠加态或纠缠态等相关量子特性。即便现有的人工智能“机器脑”以硅芯片为控制中心,在很多方面实现了模拟人脑的生物功能,但其实质上只不过是个金属“组合体”,根本不可能具有量子大脑的精心结构和功能,也更不可能有意识的出现。我们认为,人工智能研究或许可以借鉴量子意识的产生机制,依照科学的方法构建一个具有生物特性的量子大脑,不愧为一种候选的研究方法。

  四 Orch OR模型所面临的问题

  上述,我们在全面介绍Orch OR模型的意识解释机制基础上,分析了Orch OR模型所具有的积极的哲学意义。然而,在笔者看来,Orch OR模型对意识的解释还存在着某些问题和不足之处,主要表现在:

  第一,对意识因果性解释上过于模糊。Orch OR模型没有具体讲清楚或说明白量子意识产生的因果关系,而仅仅是简单地描述为“意识是微管中量子引力引起的波函数坍塌的结果”。对于为何波函数坍塌会导致意识的产生?量子意识的活动机制及其相关特点又是什么?Orch OR模型却没有给出进一步解释。或许就如查尔莫斯所言,“这个理论(Orch OR)或许在某种程度上指出了脑过程与意识的关联性,但对于这些过程如何产生意识经验却保持沉默。事实上,对于任何建立关于物理过程之上的意识理论,都在存在这一问题。”[15]相反,神经科学家们不仅清楚明白地讲述了意识产生的因果机制,而且还提出了一系列令人信服的意识理论,并详细论述了意识的活动机制及其相关特点,更具说服力。例如,神经科学家埃德尔曼在坚持科学地解释意识基础上提出了意识的三个活动机制,分别是选择主义、动态核心和再进入。而且,在相关研究基础上,埃德尔曼还详细阐述了意识的活动特点,即整体性、私密性、高度分化性以及信息性等,极大地丰富了意识的神经科学解释。

  第二,没有形成自己独立的理论体系,在意识解释上还严重依赖于脑的神经活动机制。主要表现就是,在Orch OR模型中,量子意识的出现是建立在细胞自动机理论基础上的,即微管自身振荡的使得微管蛋白在构象上相互转换或叠加,使得相邻微管蛋白内的偶极子由此呈现耦合态或量子叠加态。因此,我们不禁要问,如果没有之前脑神经科学对于微管和微管蛋白分子的相关研究,Orch OR模型如何去脑中寻找量子活动的依据呢?离开了脑的神经活动,或许量子意识也就无从谈起。事实上,哈梅洛夫本人也注意到这个问题,在其文章《意识、微管和Orch OR:时空的“旅行”》中就曾说道:“将Orch OR理论理解为一个整合了分子细胞生物学、神经科学、认知科学、药理学、哲学、量子物理学、宇宙学和精神传统的综合性理论似乎更为正确。”[9]148

  第三,缺乏实验上的证实。应该说,Orch OR模型是将意识的解释建立在彭罗斯客观还原理论和微管结构基础上的,即有其物理学上的理论基础,也有其生物学上的依据。从该模型提出到现在的二十多年时间里,其间虽然遭受到了来自各方面的质疑和批判,然而,直到今天,只要人们谈起意识时,Orch OR模型作为一种物理学意义上的意识解释模型是无论如何都无法绕开的话题。但对Orch OR模型最为人们所诟病的恐怕在于其没有得到实验上的支持,这也许是为什么到目前为止,在主流的意识研究中,Orch OR模型并没有作为一个解释意识的标准理论而为人们所认同。就如萨德等人所说,“意识的科学解释虽然目前仍然处于比较肤浅的阶段,但是也没有证据表明量子机制的解释比神经计算解释更具优越性。Orch OR模型在某种程度上确实可以被认为是一种最精细的量子大脑理论,但其既没有为意识现象提供基于大脑基础上的经验性支持,也没有提供令人信服的解释机制。”[16]

  综上,我们认为,Orch OR模型作为一种量子意识模型,提出了“意识是微管中量子引力所引起的波函数坍塌的结果”这一极具创新性的意识假设,相比较于以往神经生物学家们将意识理解为复杂神经计算的结果,Orch OR模型不可谓是意识研究中一种非常具有竞争力的候选理论。与此同时,Orch OR模型的意识解释还有着积极的哲学意义,它不仅削弱了传统哲学中意识与物质的二元对立,对意识的“困难问题”和“捆绑问题”作了新的解答,还给自由意志作了新的辩护,并给人工智能研究带来了反思和启示。但由于其不仅没有讲清楚意识产生的因果机制,而且其理论构建上在很大程度上还依赖于神经科学的研究,更没有得到相关的科学实验的证明,这就要求我们对Orch OR模型抱着乐观的情绪的同时,也应该持有谨慎的态度。

  注释:

  ①客观还原是量子力学中描述波函数坍塌的理论,最先由彭罗斯提出,其主要是说量子系统中波函数的坍塌不是由于主观观察和外界测量所导致的,而是由于量子引力所引起的,所以是自行坍塌,以此区别于哥本哈根解释关于波函数的主观坍塌解释。

  ②在早期的Orch OR模型中,哈梅洛夫将这种由微管振荡运动而在管壁所形成的偶极子的耦合态或叠加态称之为玻色爱因斯坦凝聚态(Bose-Einstein condensate),后来又改称为弗罗利希凝聚态(Frhlich condensate)。

  ③量子退相干,指的是量子系统内各状态间相互干涉的性质随着时间逐步丧失的现象,也俗称“波函数坍塌效应”。

  ④这里所说的π电偶极子是早期Orch OR模型中所提出的,事实上,而在最新的Orch OR模型中,哈梅洛夫更倾向于认为微管蛋白内是磁偶极子。

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(责任编辑:王肖)
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