البيولوجيا الكمية والوعي

هل تستطيع ميكانيكا الكم تفسير الوعي؟

يظل الوعي البشري واحد من أعمق الألغاز في الوجود ومن المثير للاهتمام أن الوعي البشري يعد بمثابة صانع كل العلوم البشرية من الفيزياء إلي الكيمياء إلى الأحياء إليطى علوم النفس والاجتماع والإقتصاد وبالرغم من ذلك فالعلم إلى الآن يعجز عن تفسير صانعه.

هناك اعتقاد واسع بين علماء الأعصاب والنفس في العصر الحالي وهو أن الوعي نتاج من الإشارات الكهروكيميائية في شبكات الدماغ العصبية (الفلسفة المادية Materialism)، لكن هذا في الواقع مجرد اعتقاد بينهم، لا يوجد أي تجارب رصد فيها هؤلاء العلماء الإشارات الكهروكيميائية في الدماغ وهي تتحول لتجارب شخصية واعية كالشعور والتفكير والتذكر ولا أحد منهم يعرف الآلية التي يمكن أن يحدث من خلالها ذلك لأن الإشارات الكهروكيميائية في الدماغ هي في النهاية مجرد شيء مادي في حين أن التجارب الواعية الشخصية ليست في جوهرها أشياء مادية فلا يوجد على سبيل المثال شيء يسمى ما كتلة أفكارك؟ أو ما طاقة حركة ذكرياتك؟ كيف يتحول المادي إلى شيء غير مادي؟ لا أحد يعرف. كل المرصود في تجارب علم الأعصاب من بداياته وحتى الآن مجرد علاقات ترابط بين الحالات الدماغية والحالات العقلية أو حالات الوعي: عندما تفكر في شيء يظهر نشاط عصبي في القشرة الدماغية، عندما تكوّن ذكرى جديدة يظهر نشاط عصبي في عضو الحصين. لكن لم يرصد أحد ولم يبرهن أحد أن هذه النشاطات العصبية التي تولدت لحظة التفكير أو لحظة تكوين الذاكرة هي نفسها التي سببت وجود الفكرة أو الذاكرة في عقلك. مجرد تزامن أو ترابط بين حدثين لا أكثر، ومن القواعد المنطقية المعروفة أن الترابط لا يعني التسبب بالضرورة.

لكن هناك حجج غير مباشرة للقول أن الإشارات الكهروكيميائية في الدماغ هي ما تنتج العقل/الوعي هذه الحجج تتلخص في أن التأثير علي الدماغ بطرق معينة، يؤثر على العقل أيضاً، علي سبيل المثال: عندما يتم تحفيز القشرة القذالية بالأقطاب الكهربائية يتأثر الوعي البصري، عندما تتناول أدوية مضادة للإكتئاب والقلق تتحسن حالتك النفسية، عندما يتم استئصال جزء من الدماغ (جزء من عضو الحصين مثلاً) تتأثر الذاكرة وهكذا.

لكن في الواقع كل هذه الحجج ليست دليلًا قاطعًا على أن العقل هو مجرد أنشطة الدماغ الكهروكيميائية، هذه الحجج حجج محايدة ويمكن تفسيرها بأكثر من طريقة غير افتراض أن العقل هو نتاج أنشطة الدماغ. على سبيل المثال: الفلسفة الثنائية الديكارتية (ثنائية الجوهر Substance Dualism) يمكنها أن تفسر كل هذه الظواهر والمشاهدات، هذه الفلسفة تفترض أن العقل هو نتاج جوهر طبيعته غير مادية يسمي ”الروح أو النفس“، وليس نتاج الدماغ، لكنه يتفاعل بطريقة ما مع الدماغ. عندما يتأثر الدماغ بالأدوية أو بالتحفيز الكهربائي أو باستئصال جزء منه يتأثر التفاعل بين العقل والدماغ فيتأثر وعيك، وكما تقابل الفلسفة الثنائية الديكارتية معضلة كيف يتفاعل شيء غير مادي (العقل) مع شيء مادي (الدماغ)؟؟ فكما ذكر بالأعلى الفلسفة المادية تقابل نفس المعضلة كيف شيء مادي (الدماغ) ينتج شيء غير مادي في جوهره (العقل) لذا فلا يمكن استخدام هذه الأدلة التجريبية لتفضيل المادية علي الثنائية، بل يوجد أدلة تجريبية تفسرها الفلسفة الثنائية بشكل أفضل من الفلسفة المادية مثل بقاء الوعي/العقل حتى مع توقف وظائف الدماغ اللازمة لظهور الوعي حسب الفلسفة المادية كما يحدث في تجارب الاقتراب من الموت التي تنتج من السكتة القلبية بالتحديد [1]،[2]. وكما يحاول الماديون الالتفاف بطرق مختلفة حول سؤال كيف شيء مادي ينتج شيء غير مادي؟ فكذلك فسؤال كيف يمكن لشيء غير مادي أن ينتج تأثير مادي أو كيف يتفاعل العقل مع الدماغ؟ يمكن الالتفاف حوله بطرق مقنعة أيضاً [3].

يوجد أنواع مختلفة من المادية وكذلك يوجد أنواع مختلفة من الثنائية. أشهر فلسفات العقل المادية يمكن تلخيصها في أربع نظريات: المادية الإقصائية (Eliminative Materialism)، السلوكية الفلسفية (Philosophical Behaviourism)، نظرية التطابق الهوياتي بين العقل والدماغ (Mind/Brain Identity)، الوظيفية (Functionalism). أشهر فلسفات العقل الثنائية يمكن تلخيصها في أربع نظريات أيضًا ثنائية الجوهر الديكارتية (Cartesian Substance Dualism)، ثنائية الجوهر غير الديكارتية (Non-Cartesian Substance Dualism)، ثنائية الخصائص (Property Dualism)، ثنائية الجوهر الانبثاقية (Emergent Substance Dualism) [4]. كل نظرية من هذه النظريات لها مزايا ولها عيوب ولها مؤيدون ولها معارضون. ففي غياب الدليل التجريبي الحاسم على صحة أو خطأ نظرية ما يبدأ السجال الفلسفي وتتعدد الآراء. ويمكنك البحث في جوجل بشكل سريع عن افتراضات كل نظرية من هذه النظريات.

إعلان

لذلك ومن باب تعدد الآراء هناك اتجاه جديد مختلف بشكل كبير عن كل النظريات المذكورة بالأعلى، وهو اتجاه ربط الوعي البشري بنظرية ميكانيكا الكم. فربما تملك أدق وأفضل نظرية وضعها البشر حتى الآن المفتاح لتفسير واحد من أكبر الألغاز في الوجود (الوعي).

البيولوجيا الكمية.

يمكن تعريف البيولوجيا الكمية على أنه فرع علمي جديد يطبق قواعد ميكانيكا الكم على الأنظمة الحيوية لتفسير مجموعة من الظواهر في العالم البيولوجي حيث تعجز الفيزياء الكلاسيكية عن إعطاء تفسير لها. ما يميز العالم الكمي عن العالم الكلاسيكي هو ظاهرة تسمى ظاهرة التراكب الكمي (Quantum Superposition). حسب علم ميكانيكا الكم يمكن وصف الجسيمات دون الذرية مثل الفوتونات والإلكترونات على أنها موجات منتشرة في الفضاء، الإلكترون على سبيل المثال هو موجة منتشرة في كل نقطة من نقاط الفضاء، موقعه غير محدد بل موجود كموجة في أكثر من مكان بنسب احتمالية مختلفة. موجود في النقطة X من الفضاء بنسبة 30% وفي النقطة Y بنسبة 20% وفي النقطة Z بنسبة 50% على سبيل المثال. عندما نرصد هذا الإلكترون فقط تنهار هذه الموجة المنتشرة ويصبح الإلكترون موجود في موقع محدد بنسبة 100%. ظاهرة التراكب الكمي في العالم الكمي تكسب العالم الكمي خاصية أخرى تسمى التلاحم الكمي (Quantum Coherence). نظراً لأن الجسيمات دون الذرية كما ذكر يمكن وصفها على أنها موجات فهذه الموجات يمكنها أن تتداخل أو تتلاحم مع بعضها البعض. فلو هناك نظام كمي مكون من خمسة إلكترونات، كل إلكترون سيكون له موجة منتشرة، وكل موجة إلكترون ستتداخل مع موجة إلكترون آخر فتظهر خاصية التلاحم الكمي، هذه التأثيرات الكمية -حسب الاعتقاد الشائع قديماً بين علماء الفيزياء- لا يجب أن تظهر إلا عند درجات الحرارة المنخفضة جدًا وتحت ظروف مختبرية معدة بعناية (يجب أن يكون النظام معزول بشكل كامل عن البيئة المحيطة). على النقيض من ذلك في العالم الكلاسيكي أي عندما نصعد إلى مستوي الأجسام الكبيرة في الحجم مثل المجرات وحتى الخلايا تتلاشى مثل هذه التأثيرات الكمية أو الأدق يمكن إهمال مثل هذه التأثيرات، لا يكون لمثل هذه التأثيرات أثر ملحوظ وهذا يعرف بظاهرة تلاشي التلاحم الكمي (Quantum Decoherence)، وظاهرة تلاشي التلاحم الكمي تحدث بسبب درجات الحرارة المرتفعة وتفاعل هذه الأنظمة مع البيئة المحيطة بها.

كما ذكر بالأعلى من المفترض ألا نرصد تأثيرات كمية على مستوى الأجسام الكبيرة في الحجم. الأنظمة الحيوية كالنباتات والحيوانات يمكن اعتبارها أنظمة كلاسيكية كبيرة في الحجم تتلاشى فيها التأثيرات الكمية. لكن بعكس هذا الاعتقاد الشائع بين علماء الفيزياء، فعلم البيولوجيا الكمية يؤكد أن التأثيرات الكمية تلعب دورًا مهمًا في بعض ظواهر العالم الحيوي ويمكن رصد أثر هذه التأثيرات أيضًا. وبالفعل هناك عدد من التجارب التي تؤكد أن التأثيرات الكمية موجودة حتى على مستوى الأنظمة الحيوية، على سبيل المثال تم رصد التأثيرات الكمية في أهم ظاهرة حيوية على كوكب الأرض ظاهرة البناء الضوئي.

في ظاهرة البناء الضوئي النبات يأخذ فوتونات ضوء الشمس وغاز ثاني أكسيد الكربون والماء ويعطي الأوكسجين والجلوكوز (سكر) وطاقة كيميائية يستفيد منها النبات. عملية البناء الضوئي تحدث داخل عضيات في الخلايا النباتية تسمى البلاستيدات الخضراء، هذه العضيات تحتوي على جزيئات كيميائية تسمى جزيئات الكلوروفيل. جزيء الكلوروفيل مكون من شبكة من ذرات الكربون والأوكسجين وبداخل هذه الشبكة يوجد أربع ذرات نيتروجين متصلين بذرة ماغنيسوم مركزية. ذرة الماغنسيوم كأي ذرة مكونة من نواة تدور حولها إلكترونات في مدارات (مع العلم أن هذا التصوير للذرة ليس صحيح، هو تصوير يستخدم لتسهيل الشرح فقط، الواقع أن الإلكترونات لا تدور في مدارات محددة حول النواة بل موجودة على شكل سحابة إلكترونية حول النواة). عندما يسقط فوتون على ذرة الماغنسيوم يتم طرد إلكترون من مداره وتتكون فجوة شحنتها موجبة في هذا المكان الفارغ من المدار الذي تركه الإلكترون ويحصل نوع من التجاذب الكهربائي بين الإلكترون سالب الشحنة المطرود من مداره والفجوة موجبة الشحنة التي تركها الإلكترون في مداره. الإلكترون مع الفجوة الموجبة يصنعان ما يعرف بالإيكسيتون (Exciton). كي تتم عملية البناء الضوئي وتتحول الطاقة الضوئية إلى طاقة كيميائية يستفيد منها النبات يجب أن يتم نقل هذا الإيكسيتون بين جزيئات الكلوروفيل إلى مركز في النبات يسمى مركز تفاعل التركيب الضوئي (Photosynthetic reaction center). علماء الأحياء في الماضي ما كانوا يعرفون الآلية التي يحدث بها هذا النقل وكانوا يظنون أن هذا الإيكسيتون يقفز من جزيء كلوروفيل إلي جزيء آخر وهكذا حتى يصل لمركز تفاعل التركيب الضوئي. لكن الواقع هو أنه لا ينتقل بالقفز بين الجزيئات بل ينتشر كموجة على كل جزيئات الكلوروفيل في نفس الوقت حتى يصل إلى هناك. هذا تأثير التراكب الكمي المذكور بالأعلى وتم رصده في النباتات حيث لم يكن من المفترض رصد مثل هذا التأثير. فخلايا النباتات تعمل في درجة حرارة مرتفعة مقارنة بدرجة الحرارة المطلوبة للحفاظ على التأثيرات الكمية وخلايا النبات ليست معزولة بشكل كامل عن البيئة بل تتفاعل مع آلاف الجزيئات كل لحظة. لم يتم رصد تأثيرات كمية في النباتات وحسب بل الإنزيمات تستخدم التأثيرات الكمية، الطيور تستخدم التأثيرات الكمية في عمليات الهجرة، الكائنات تستخدم التأثيرات الكمية في حاسة الشم، تم رصد التأثيرات الكمية في جزيئات الحمض النووي. [5]

بما أن التأثيرات الكمية موجودة في الأنظمة الحيوية، وبما أن هناك صعوبة كبيرة في تفسير الوعي كمجرد نتاج من أنشطة الدماغ الكهروكيميائية الكلاسيكية. فماذا لو أن وعيك هو نتاج تأثيرات كمية؟

فرضية الوعي الكمومي.

الدماغ كخلايا النبات من المفترض ألا تكون فيه تأثيرات كمية، الخلايا العصبية ليست معزولة عن البيئة بل تتفاعل مع آلاف الجزيئات مثل الأيونات والنواقل العصبية وتعمل في درجة حرارة مرتفعة. لكن بعض العلماء مثل عالم التخدير ستيوارت هاميروف والفيزيائي وعالم الرياضيات روجر بنروز يعتقدون أن التأثيرات الكمية قد نظل موجودة في أماكن معينة من الدماغ.

عميقا داخل الخلايا العصبية يوجد بنيات تسمى الأنيبيبات الدقيقة (Microtubules) هذه الأنيبيبات مكونة من بروتين التيوبيولين (Tubulin) هذا البروتين يحتوي على الحمض الأميني المسمى التريبتوفان (Tryptophan). البنية الكيميائية لهذا الحمض الأميني تحتوي على حلقة بنزين (Benzene ring) وهي حلقة سداسية مكونة من ستة ذرات كربون والإلكترونات تدور حول هذه الحلقة السداسية. كما ذكر بالأعلى فالإلكترونات علي المستوي الكمي هي موجات موجودة على شكل سحابة إلكترونية منتشرة في الفضاء. كل جزء من جزيئات التريبتوفان يملك الآن موجات إلكترونية حوله، هذه الموجات تتلاحم مع بعضها البعض فتنشأ التلاحمات الكمية بين آلاف من جزيئات التريبتوفان وتصبح هذه الجزئيات كأنها في حالة تراكب كمي (Large-scale Quantum Coherence). هذه الموجات المتلاحمة هي موجات الوعي منها ينشأ الوعي البشري. من مميزات الأنيبيبات الدقيقة الموجودة في الدماغ هي أنها كارهة للماء (Hydrophobic)، هذه الميزة تحميها من التفاعل مع المكون الرئيسي لبيئة جسد الإنسان (جزيئات الماء)، أي يمكن القول أنها معزولة بشكل جيد عن التفاعل مع البيئة المحيطة وبالتالي فالتأثيرات الكمية يمكن أن تظل موجودة فيها. وكون درجة حرارة الدماغ مرتفعة لن يشكل معضلة لوجود مثل هذه التأثيرات الكمية فكما ذكر بالأعلى قد تم رصد مثل هذه التأثيرات حتى في درجات الحرارة المرتفعة [6].

هذه الفرضية متوافقة مع الحدس العام، مثل الإلكترون كما يستطيع أن يتواجد كموجة في أكثر من مكان في نفس الوقت تستطيع انت أن تفكر مثلاً في أكثر من شيء في نفس الوقت لحل مشكلة معينة حتى تتخذ قرار واحد معين. وعيك موحد دومًا (عندما تسمع صوت العصافير في الصباح، وتتفحص هاتفك، وتشم رائحة الإفطار) فكل هذه التجارب الواعية يتم اختبارها كتجربة واعية موحدة أي أنك تسمع وتري وتشم في نفس الوقت لا تختبر هذه التجارب الواعية بشكل منفصل عن بعضها البعض. بمعني أن العمليات الكمومية كالتراكب الكمي مشابهة للعمليات العقلية.

لكن على النقيض من نظريات الوعي المادية أو الثنائية، هذه الفرضية يمكن القول أنها تجمع بين كلا الفلسفتين المادية والثنائية، المادية لأنها تفترض أن الوعي بالرغم من أنه ليس نتاج النشاطات الكهروكيميائية الكلاسيكية التقليدية إلا أنه نتاج موجات كمومية تنتج من الأنيبيبات الدقيقة في الدماغ، والثنائية لأنها في نفس الوقت تقترح أن الوعي غير مقيد داخل الدماغ فقط أو ليس متمركز في الدماغ فقط (Non-local). من خصائص الموجات أنها تنتشر، عندما تتولد موجات الوعي الكمومية من الدماغ يمكنها أن تنتشر في كل نقطة من نقاط زمكان الكون الأساسي (يمكنها أن تعود إلى الكون). هذه الموجات الكمومية محفوظة أي أنها تظل موجودة حتى لو اختفي الدماغ من الوجود. تخيل مغناطيس ينتج موجات مجال مغناطيسي بعد أن يولد هذا المغناطيس هذه المجالات المغناطيسية ستظل هذه المجالات المغناطيسية موجودة حتى لو اختفى المغناطيس، بمعنى آخر وعيك يمكنه أن يظل موجوداً حتى لو لا يوجد دماغ/جسد هذا نفس ما تقوله الفلسفة الثنائية، لذلك هذه الفرضية يمكنها أن تفسر تجارب الاقتراب من الموت التي تحدث أثناء السكتة القلبية أو تجارب الخروج من الجسد (الوعي المنفصل عن الجسد) [7]. لكنها تفسر هذه الظواهر مع ذلك بطريقة طبيعية دون اللجوء للماورائيات، بالإضافة إلي أنها تفسر أيضاً ملاحظات تأثر الوعي/العقل عندما يتأثر الدماغ.

ومع ذلك تبقى هذه الفرضية مجرد فكرة من ضمن الأفكار لمحاولة تفسير الوعي البشري وما زالت تحتاج إلى إثباتات.

مراجع:
[1] https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0732118X17301903 & https://psycnet.apa.org/record/2012-18686-034
[2] https://nyaspubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nyas.12582
[3] https://www.cambridge.org/core/journals/philosophy/article/abs/there-are-no-good-objections-to-substance-dualism/F1D9583561E314D37FBECB6D84D13784
[4] https://oneworld-publications.com/philosophy-of-mind-pb.html
[5] https://www.the-scientist.com/features/quantum-biology-may-help-solve-some-of-lifes-greatest-mysteries-65873
[6] https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1571064513001188
[7] https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-1-4614-0647-1_5 & https://opa.uahs.arizona.edu/newsroom/media-mentions/life-after-death-shock-claim-evidence-showing-consciousness-may-continue

إعلان

أفادك المقال؟ شاركنا رأيك في التعليقات.

هذا المقال يعبر عن رأي كاتبه، ولا يعبر بالضرورة عن سياسة المحطة.

فريق الإعداد

إعداد: حسام جمال

تدقيق لغوي: رنا داود

اترك تعليقا