Qubits neuronaux ou comment fonctionne l'ordinateur quantique du cerveau

2024 Auteur: Seth Attwood | [email protected]. Dernière modifié: 2023-12-16 16:04

Les processus physiques se produisant dans les membranes des neurones dans la gamme hypersonique sont indiqués. Il est montré que ces processus peuvent servir de base à la formation d'éléments clés (qubits) d'un ordinateur quantique, qui est le système d'information du cerveau. Il est proposé de créer un ordinateur quantique basé sur les mêmes principes physiques sur lesquels fonctionne le cerveau.

Le matériel est présenté comme une hypothèse.

Introduction. Formulation du problème

Ce travail est destiné à révéler le contenu de la conclusion finale (n°12) du travail précédent [1]: "Le cerveau fonctionne comme un ordinateur quantique, dans lequel la fonction des qubits est réalisée par des oscillations acoustoélectriques cohérentes de sections des gaines de myéline des neurones, et la connexion entre ces sections est réalisée grâce à une interaction non locale via le NR¹-direct ".

L'idée fondamentale qui sous-tend cette conclusion a été publiée il y a un quart de siècle dans la revue "Radiofizika" [2]. L'essence de l'idée était que dans des sections séparées de neutrons, à savoir, dans les interceptions de Ranvier, des oscillations acoustoélectriques cohérentes sont générées avec une fréquence de ~ 5 * 10¹⁰Hz, et ces fluctuations servent de principal vecteur d'information dans le système d'information du cerveau.

Ce papier montre que les modes oscillatoires acoustoélectriques dans les membranes des neurones sont capables de remplir la fonction de qubits, sur la base desquels le travail du système d'information du cerveau est construit, en tant qu'ordinateur quantique.

Objectif

Ce travail a 3 objectifs:

1) d'attirer l'attention sur les travaux [2], dans lesquels il a été montré il y a 25 ans que des oscillations hypersoniques cohérentes peuvent être générées dans les membranes des neurones, 2) décrire un nouveau modèle du système d'information cérébral, qui est basé sur la présence d'oscillations hypersoniques cohérentes dans les membranes des neurones, 3) proposer un nouveau type d'ordinateur quantique dont le travail simulera au maximum le travail du système d'information du cerveau.

Le contenu de l'ouvrage

La première section décrit le mécanisme physique de génération dans les membranes des neurones d'oscillations acoustoélectriques cohérentes avec une fréquence de l'ordre de 5 * 10¹⁰Hz.

La deuxième section décrit les principes du système d'information cérébral basé sur des oscillations cohérentes générées dans les membranes des neurones.

Dans la troisième section, il est proposé de créer un ordinateur quantique qui simule le système d'information du cerveau.

I. La nature des oscillations cohérentes dans les membranes des neurones

La structure d'un neurone est décrite dans toute monographie sur les neurosciences. Chaque neurone contient un corps principal, de nombreux processus (dendrites), par lesquels il reçoit des signaux d'autres cellules, et un long processus (axone), par lequel il émet lui-même des impulsions électriques (potentiels d'action).

À l'avenir, nous considérerons exclusivement les axones. Chaque axone contient des zones de 2 types en alternance:

1. Les interceptions de Ranvier, 2. gaines de myéline.

Chaque interception de Ranvier est enfermée entre deux segments myélinisés. La longueur de l'interception de Ranvier est inférieure de 3 ordres de grandeur à la longueur du segment de myéline: la longueur de l'interception de Ranvier est de 10^-4cm (un micron), et la longueur du segment de myéline est de 10^-1cm (un millimètre).

Les interceptions de Ranvier sont les sites dans lesquels les canaux ioniques sont intégrés. Par ces canaux, les ions Na⁺ et K⁺ pénétrer dans et hors de l'axone, entraînant la formation de potentiels d'action. On pense actuellement que la formation de potentiels d'action est la seule fonction des interceptions de Ranvier.

Cependant, dans le travail [2], il a été montré que les interceptions de Ranvier sont capables de remplir une fonction plus importante: dans les interceptions de Ranvier, des oscillations acoustoélectriques cohérentes sont générées.

La génération d'oscillations acoustoélectriques cohérentes est réalisée grâce à l'effet laser acoustoélectrique, qui est réalisé dans les interceptions de Ranvier, car les deux conditions nécessaires à la mise en œuvre de cet effet sont remplies:

1) la présence d'un pompage, au moyen duquel des modes vibrationnels sont excités, 2) la présence d'un résonateur à travers lequel la rétroaction est effectuée.

1) Le pompage est assuré par des courants ioniques Na⁺ et K⁺traversant les interceptions de Ranvier. En raison de la haute densité des canaux (10¹² cm^-2) et leur haut débit (10⁷ ion/sec), la densité du courant ionique à travers les interceptions de Ranvier est extrêmement élevée. Les ions traversant le canal excitent les modes vibrationnels des sous-unités qui forment la surface interne du canal, et en raison de l'effet laser, ces modes sont synchronisés, formant des oscillations hypersoniques cohérentes.

2) La fonction de résonateur, créant une rétroaction distribuée, est assurée par une structure périodique, présente dans les gaines de myéline, entre lesquelles sont enfermées les interceptions de Ranvier. La structure périodique est créée par des couches de membranes d'une épaisseur de d ~ 10^-6 cm.

Cette période correspond à une longueur d'onde de résonance λ ~ 2d ~ 2 * 10^-6 cm et fréquence ν ~ υ / λ ~ 5 * 10¹⁰ Hz, ~ 10⁵ cm / sec - vitesse des ondes hypersoniques.

Un rôle important est joué par le fait que les canaux ioniques sont sélectifs. Le diamètre des canaux coïncide avec le diamètre des ions, de sorte que les ions sont en contact étroit avec les sous-unités qui tapissent la surface interne du canal.

De ce fait, les ions transfèrent l'essentiel de leur énergie aux modes vibrationnels de ces sous-unités: l'énergie des ions est convertie en énergie vibratoire des sous-unités constituant les canaux, ce qui est la raison physique du pompage.

La réalisation des deux conditions nécessaires à la réalisation de l'effet laser signifie que les interceptions de Ranvier sont des lasers acoustiques (on les appelle désormais "sasers"). Une caractéristique des sasers dans les membranes neuronales est que le pompage est effectué par un courant ionique: Les interceptions de Ranvier sont des sasers générant des oscillations acoustoélectriques cohérentes avec une fréquence de ~ 5 * 10¹⁰ Hz.

Du fait de l'effet laser, le courant ionique traversant les interceptions de Ranvier n'excite pas seulement les modes vibrationnels des molécules qui composent ces interceptions (ce qui serait une simple conversion de l'énergie du courant ionique en énergie thermique): dans le interceptions de Ranvier, les modes oscillatoires sont synchronisés, ce qui entraîne la formation d'oscillations cohérentes de la fréquence de résonance.

Les oscillations générées dans les interceptions de Ranvier sous la forme d'ondes acoustiques de fréquence hypersonique se propagent dans les gaines de myéline, où elles forment un "modèle d'interférence" acoustique (hypersonique) qui sert de support matériel au système d'information du cerveau

II. Système d'information du cerveau, comme un ordinateur quantique, dont les qubits sont des modes vibrationnels acoustoélectriques

Si la conclusion sur la présence d'oscillations acoustiques cohérentes à haute fréquence dans le cerveau correspond à la réalité, alors il est très probable que le système d'information du cerveau fonctionne sur la base de ces oscillations: un support aussi vaste doit certainement être utilisé pour enregistrer et reproduire les informations.

La présence de vibrations hypersoniques cohérentes permet au cerveau de fonctionner sur le mode d'un ordinateur quantique. Considérons le mécanisme le plus probable pour réaliser un ordinateur quantique "cerveau", dans lequel des cellules élémentaires d'information (qubits) sont créées sur la base de modes oscillatoires hypersoniques.

Un qubit est une combinaison linéaire arbitraire d'états de base | Ψ₀> et | Ψ₁> avec des coefficients α, β satisfaisant la condition de normalisation α² +² = 1. Dans le cas des modes vibrationnels, les états de base peuvent différer par l'un des 4 paramètres caractérisant ces modes: amplitude, fréquence, polarisation, phase.

L'amplitude et la fréquence ne sont probablement pas utilisées pour créer un qubit, car dans toutes les zones des axones, ces 2 paramètres sont approximativement les mêmes.

Restent les troisième et quatrième possibilités: la polarisation et la phase. Les qubits basés sur la polarisation et la phase des vibrations acoustiques sont tout à fait analogues aux qubits dans lesquels la polarisation et la phase des photons sont utilisées (le remplacement des photons par des phonons n'a pas d'importance fondamentale).

Il est probable que la polarisation et la phase soient utilisées ensemble pour former des qubits acoustiques dans le réseau de myéline du cerveau. Les valeurs de ces 2 grandeurs déterminent le type d'ellipse que forme le mode oscillatoire dans chaque section transversale de la gaine de myéline axonale: les états de base des qubits acoustiques d'un ordinateur quantique dans le cerveau sont donnés par la polarisation elliptique.

Le nombre d'axones dans le cerveau correspond au nombre de neurones: environ 10¹¹… Un axone a en moyenne 30 segments de myéline, et chaque segment peut fonctionner comme un qubit. Cela signifie que le nombre de qubits dans le système d'information du cerveau peut atteindre 3 * 10¹².

La capacité d'information d'un appareil avec un tel nombre de qubits est équivalente à un ordinateur classique dont la mémoire contient 2^{3 000 000 000 000}morceaux.

Cette valeur est supérieure de 10 milliards d'ordres de grandeur au nombre de particules dans l'Univers (10⁸⁰). Une si grande capacité d'information de l'ordinateur quantique du cerveau vous permet d'enregistrer une quantité arbitraire d'informations et de résoudre tous les problèmes.

Pour enregistrer des informations, vous n'avez pas besoin de créer un dispositif d'enregistrement spécial: les informations peuvent être stockées sur le même support avec lequel les informations sont traitées (dans des états quantiques de qubits).

Chaque image et même chaque "nuance" d'une image (en tenant compte de toutes les interconnexions d'une image donnée avec d'autres images) peut être associée à un point dans l'espace de Hilbert, reflétant un ensemble d'états de qubits d'un ordinateur quantique dans le cerveau. Lorsqu'un ensemble de qubits est au même point dans l'espace de Hilbert, cette image « clignote » dans la conscience et elle est reproduite.

L'intrication des qubits acoustiques dans un ordinateur quantique dans le cerveau peut être accomplie de deux manières.

La première voie: en raison de la présence d'un contact étroit entre les parties du réseau de myéline du cerveau et du transfert d'intrication à travers ces contacts.

La deuxième voie: l'intrication peut apparaître à la suite de répétitions multiples d'un même ensemble de modes vibrationnels: la corrélation entre ces modes devient un seul état quantique, entre les éléments duquel s'établit une connexion non locale (probablement, à l'aide de la NR¹- lignes droites [1]). La présence d'une connexion non locale permet au réseau d'informations du cerveau d'effectuer des calculs cohérents en utilisant le « parallélisme quantique ».

C'est cette propriété qui confère à l'ordinateur quantique du cerveau une puissance de calcul extrêmement élevée.

Pour que l'ordinateur quantique du cerveau fonctionne efficacement, il n'est pas nécessaire d'utiliser tous les 3 * 10¹² qubits potentiels. Le fonctionnement d'un ordinateur quantique sera efficace même si le nombre de qubits est d'environ mille (10³). Ce nombre de qubits peut être formé dans un faisceau d'axones, composé de seulement 30 axones (chaque nerf peut être un "mini" ordinateur quantique). Ainsi, un ordinateur quantique peut occuper une infime fraction du cerveau, et de nombreux ordinateurs quantiques peuvent exister dans le cerveau.

La principale objection au mécanisme proposé du système d'information du cerveau est la grande atténuation des ondes hypersoniques. Cet obstacle peut être surmonté par l'effet « illumination ».

L'intensité des modes vibrationnels générés peut être suffisante pour la propagation dans le mode de transparence auto-induite (les vibrations thermiques, qui pourraient détruire la cohérence du mode vibrationnel, deviennent elles-mêmes une partie de ce mode vibrationnel).

III. Un ordinateur quantique construit sur les mêmes principes physiques que le cerveau humain

Si le système d'information du cerveau fonctionne vraiment comme un ordinateur quantique, dont les qubits sont des modes acoustoélectriques, alors il est tout à fait possible de créer un ordinateur qui fonctionnera sur les mêmes principes.

Dans les 5-6 prochains mois, l'auteur entend déposer une demande de brevet pour un ordinateur quantique qui simule le système d'information du cerveau.

Après 5-6 ans, on peut s'attendre à l'apparition des premiers échantillons d'intelligence artificielle, fonctionnant à l'image et à la ressemblance du cerveau humain.

Les ordinateurs quantiques utilisent les lois les plus générales de la mécanique quantique. La nature "n'a pas inventé" de lois plus générales, c'est donc tout naturellement que la conscience fonctionne sur le principe d'un ordinateur quantique, utilisant au maximum les possibilités de traitement et d'enregistrement des informations fournies par la nature.

Il est conseillé de mener une expérience directe pour détecter des oscillations acoustoélectriques cohérentes dans le réseau de myéline du cerveau. Pour ce faire, il faut irradier des parties du réseau de myéline du cerveau avec un faisceau laser et essayer de détecter une modulation avec une fréquence d'environ 5 * 10 en lumière transmise ou réfléchie.¹⁰ Hz.

Une expérience similaire peut être réalisée sur un modèle physique d'un axone, c'est-à-dire une membrane créée artificiellement avec des canaux ioniques intégrés. Cette expérience sera la première étape vers la création d'un ordinateur quantique, dont le travail sera effectué sur les mêmes principes physiques que le travail du cerveau.

La création d'ordinateurs quantiques qui fonctionnent comme un cerveau (et mieux qu'un cerveau) élèvera le support d'information de la civilisation à un niveau qualitativement nouveau.

Conclusion

L'auteur tente d'attirer l'attention de la communauté scientifique sur les travaux d'il y a un quart de siècle [2], qui peuvent être importants pour comprendre le mécanisme du système d'information cérébral et identifier la nature de la conscience. L'essence du travail est de prouver que des sections individuelles de membranes neuronales (interceptions de Ranvier) servent de sources d'oscillations acoustoélectriques cohérentes.

La nouveauté fondamentale de ce travail réside dans la description du mécanisme par lequel les oscillations générées dans les interceptions de Ranvier sont utilisées pour le fonctionnement du système d'information du cerveau en tant que porteur de mémoire et de conscience.

L'hypothèse est étayée que le système d'information du cerveau fonctionne comme un ordinateur quantique, dans lequel la fonction des qubits est assurée par des modes oscillatoires acoustoélectriques dans les membranes des neurones. La tâche principale du travail est de justifier la thèse selon laquelle le cerveau est un ordinateur quantique dont les qubits sont des oscillations cohérentes des membranes neuronales.

Avec la polarisation et la phase, un autre paramètre des ondes hypersoniques dans les membranes neuronales qui peut être utilisé pour former des qubits est la torsion (c'est 5^{et moi} caractéristique des ondes, reflétant la présence de moment angulaire orbital).

La création d'ondes tourbillonnantes ne pose pas de difficultés particulières: pour cela, des structures en spirale ou des défauts doivent être présents à la frontière des interceptions de Ranvier et des régions myéliniques. Il est probable que de telles structures et défauts existent (et les gaines de myéline elles-mêmes sont en spirale).

Selon le modèle proposé, le principal vecteur d'information dans le cerveau est la matière blanche du cerveau (gaines de myéline), et non la matière grise, comme on le croit actuellement. Les gaines de myéline servent non seulement à augmenter la vitesse de propagation des potentiels d'action, mais aussi le principal vecteur de mémoire et de conscience: la plupart des informations sont traitées dans la matière blanche, et non dans la matière grise du cerveau.

Dans le cadre du modèle proposé du système d'information du cerveau, le problème psychophysique posé par Descartes trouve une solution: « Comment le corps et l'esprit se rapportent-ils chez une personne ? », autrement dit, quelle est la relation entre la matière et la conscience ?

La réponse est la suivante: l'esprit existe dans l'espace de Hilbert, mais est créé par des qubits quantiques formés par des particules matérielles qui existent dans l'espace-temps.

La technologie moderne est capable de reproduire la structure du réseau axonal du cerveau et de vérifier si des vibrations hypersoniques sont réellement générées dans ce réseau, puis de créer un ordinateur quantique dans lequel ces vibrations seront utilisées comme qubits.

Avec le temps, l'intelligence artificielle basée sur un ordinateur quantique acoustoélectrique pourra dépasser les caractéristiques qualitatives de la conscience humaine. Cela permettra de franchir un pas fondamentalement nouveau dans l'évolution humaine, et ce pas sera fait par la conscience de la personne elle-même.

Le moment est venu de commencer à mettre en œuvre l'énoncé des travaux final [2]: "À l'avenir, il est possible de créer un neuro-ordinateur qui fonctionnera sur les mêmes principes physiques que le cerveau humain.".

conclusions

1. Dans les membranes des neurones, il existe des oscillations acoustoélectriques cohérentes: ces oscillations sont générées conformément à l'effet laser acoustique dans les interceptions de Ranvier et se propagent dans les gaines de myéline

2. Des oscillations acoustoélectriques cohérentes dans les gaines de myéline des neurones remplissent la fonction de qubits, sur la base desquels le système d'information du cerveau fonctionne sur le principe d'un ordinateur quantique

3. Dans les années à venir, il est possible de créer l'intelligence artificielle, qui est un ordinateur quantique fonctionnant sur les mêmes principes physiques sur lesquels fonctionne le système d'information du cerveau

LITTÉRATURE

1. V. A. Shashlov, Nouveau modèle de l'Univers (I) // "Académie du Trinitarisme", M., El No. 77-6567, publ. 24950, 20.11.2018