קיוביטים עצביים או איך המחשב הקוונטי של המוח עובד

2024 מְחַבֵּר: Seth Attwood | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-12-16 16:05

התהליכים הפיזיים המתרחשים בקרומים של נוירונים בטווח ההיפרסוני מסומנים. הוכח שתהליכים אלו יכולים לשמש בסיס להיווצרותם של אלמנטים מרכזיים (קווביטים) של מחשב קוונטי, שהוא מערכת המידע של המוח. מוצע ליצור מחשב קוונטי המבוסס על אותם עקרונות פיזיקליים שעליהם פועל המוח.

החומר מוצג כהשערה.

מבוא. ניסוח הבעיה

עבודה זו נועדה לחשוף את תוכנה של המסקנה הסופית (מס' 12) של העבודה הקודמת [1]: "המוח עובד כמו מחשב קוונטי, שבו תפקוד הקיוביטים מתבצע על ידי תנודות אקוסטואלקטריות קוהרנטיות של חלקים של מעטפת המיאלין של נוירונים, והחיבור בין חלקים אלה מתבצע עקב אינטראקציה לא מקומית דרך ה-NR¹-ישיר ".

הרעיון היסודי שעומד בבסיס מסקנה זו פורסם לפני רבע מאה בכתב העת "Radiofizika" [2]. מהות הרעיון הייתה שבקטעים נפרדים של נויטרונים, כלומר, ביירוטים של Ranvier, נוצרות תנודות אקוסטואלקטריות קוהרנטיות בתדירות של ~ 5*10¹⁰הרץ, ותנודות אלו משמשות כנשא המידע העיקרי במערכת המידע של המוח.

מאמר זה מראה זאת מצבי תנודה אקוסטיים חשמליים בקרומים של נוירונים מסוגלים לבצע את הפונקציה של קיוביטים, שעל בסיסם בנויה עבודת מערכת המידע של המוח, כמחשב קוונטי..

מַטָרָה

לעבודה זו יש 3 מטרות:

1) למשוך תשומת לב לעבודה [2], שבה הוכח לפני 25 שנה שניתן ליצור תנודות היפרסוניות קוהרנטיות בקרומים של נוירונים, 2) לתאר מודל חדש של מערכת המידע במוח, המבוסס על נוכחות של תנודות היפרסוניות קוהרנטיות בקרומים של נוירונים, 3) להציע סוג חדש של מחשב קוונטי, שעבודתו תדמה את עבודת מערכת המידע של המוח במידה המרבית.

תוכן העבודה

החלק הראשון מתאר את המנגנון הפיזי של יצירת בקרומים של נוירונים של תנודות אקוסטואלקטריות קוהרנטיות בתדירות בסדר גודל של 5*10¹⁰הרץ.

החלק השני מתאר את העקרונות של מערכת המידע המוחית המבוססת על תנודות קוהרנטיות הנוצרות בקרומים של נוירונים.

בחלק השלישי מוצע ליצור מחשב קוונטי המדמה את מערכת המידע של המוח.

I. טבען של תנודות קוהרנטיות בקרומים של נוירונים

המבנה של נוירון מתואר בכל מונוגרפיה על מדעי המוח. כל נוירון מכיל גוף עיקרי, תהליכים רבים (דנדריטים), דרכם הוא קולט אותות מתאי אחרים, ותהליך ארוך (אקסון), שדרכו הוא עצמו פולט דחפים חשמליים (פוטנציאל פעולה).

בעתיד, נשקול אך ורק אקסונים. כל אקסון מכיל אזורים מ-2 סוגים המתחלפים זה בזה:

1. היירוטים של Ranvier, 2. נדני מיאלין.

כל יירוט של Ranvier מוקף בין שני מקטעים מיאליניים. אורך היירוט של Ranvier הוא 3 סדרי גודל פחות מאורך מקטע המיאלין: אורך היירוט של Ranvier הוא 10^-4ס"מ (מיקרון אחד), ואורך מקטע המיאלין הוא 10^-1ס"מ (מילימטר אחד).

היירוטים של Ranvier הם האתרים שבהם משובצים תעלות יונים. דרך הערוצים הללו, יוני Na⁺ וק⁺ לחדור לתוך האקסון ומחוצה לו, וכתוצאה מכך להיווצרות פוטנציאל פעולה. כיום מאמינים שיצירת פוטנציאל פעולה היא הפונקציה היחידה של היירוטים של רנווייר.

עם זאת, בעבודה [2] הוכח שהיירוטים של Ranvier מסוגלים לבצע פונקציה חשובה נוספת: ביירוטים של Ranvier, נוצרות תנודות אקוסטואלקטריות קוהרנטיות.

יצירת התנודות האקוסטיאלקטריות הקוהרנטיות מתבצעת עקב אפקט הלייזר האקוסטיאלקטרי, שמתממש ביירוטים של Ranvier, שכן מתקיימים שני התנאים ההכרחיים ליישום אפקט זה:

1) נוכחות של שאיבה, שבאמצעותה מתרגשים מצבי רטט, 2) נוכחות של מהוד שדרכו מתבצע המשוב.

1) השאיבה מסופקת על ידי זרמי יונים Na⁺ וק⁺זורם דרך היירוטים של Ranvier. בשל הצפיפות הגבוהה של הערוצים (10¹² ס מ^-2) והתפוקה הגבוהה שלהם (10⁷ יון/שנייה), צפיפות זרם היונים דרך היירוטים של Ranvier גבוהה ביותר. היונים העוברים בערוץ מעוררים את מצבי הרטט של תת-היחידות היוצרות את פני השטח הפנימיים של התעלה, ובשל אפקט הלייזר, מצבים אלו מסונכרנים ויוצרים תנודות היפרסוניות קוהרנטיות.

2) תפקידו של מהוד, יצירת משוב מבוזר, מבוצע על ידי מבנה מחזורי, הקיים במעטפת המיאלין, שביניהם סגורים היירוטים של Ranvier. המבנה המחזורי נוצר על ידי שכבות של ממברנות בעובי של d ~ 10^-6 ס מ.

תקופה זו תואמת אורך גל תהודה λ ~ 2d ~ 2 * 10^-6 ס"מ ותדירות ν ~ υ / λ ~ 5 * 10¹⁰ הרץ, υ ~ 10⁵ ס"מ/שנייה - מהירות גלים היפרסוניים.

תפקיד חשוב הוא בעובדה שתעלות יונים הן סלקטיביות. קוטר התעלות עולה בקנה אחד עם קוטר היונים, ולכן היונים נמצאים במגע הדוק עם יחידות המשנה המצפות את פני השטח הפנימיים של התעלה.

כתוצאה מכך, היונים מעבירים את רוב האנרגיה שלהם למצבי הרטט של תת-יחידות אלו: אנרגיית היונים מומרת לאנרגיית הרטט של תת-היחידות המהוות את הערוצים, וזו הסיבה הפיזית לשאיבה.

מילוי שני התנאים ההכרחיים למימוש אפקט הלייזר פירושו שהיירוטים של Ranvier הם לייזרים אקוסטיים (כעת הם נקראים "סאזרים"). תכונה של סאסר בממברנות עצביות היא שהשאיבה מתבצעת על ידי זרם יוני: יירוטים של Ranvier הם סאסרים המייצרים תנודות אקוסטריאליות קוהרנטיות בתדירות של ~ 5*10¹⁰ הרץ.

בשל אפקט הלייזר, זרם היונים העובר דרך היירוטים של Ranvier לא רק מעורר את מצבי הרטט של המולקולות המרכיבות את היירוטים הללו (שהיא המרה פשוטה של אנרגיית זרם היונים לאנרגיה תרמית): יירוטים של Ranvier, מצבי התנודה מסונכרנים, וכתוצאה מכך נוצרות תנודות קוהרנטיות של תדר התהודה.

התנודות הנוצרות ביירוטים של Ranvier בצורה של גלים אקוסטיים בתדר היפרסוני מתפשטות לתוך מעטפות המיאלין, שם הן יוצרות "דפוס התאבכות" אקוסטית (היפרסונית), המשמשת כנושא חומרי של מערכת המידע של המוח

II. מערכת המידע של המוח, כמו מחשב קוונטי, שהקיוביטים שלו הם מצבי רטט אקוסטיים חשמליים

אם המסקנה לגבי נוכחותן של תנודות אקוסטיות קוהרנטיות בתדירות גבוהה במוח תואמת את המציאות, אז סביר מאוד שמערכת המידע של המוח פועלת על בסיס התנודות הללו: יש בהחלט להשתמש במדיום מרווח שכזה כדי להקליט ולשחזר מידע.

הנוכחות של תנודות היפרסוניות קוהרנטיות מאפשרת למוח לפעול במצב של מחשב קוונטי. הבה נבחן את המנגנון הסביר ביותר למימוש מחשב קוונטי "מוח", שבו נוצרים תאים יסודיים של מידע (קיוביטים) על בסיס מצבי תנודה היפרסוניים.

קיוביט הוא צירוף ליניארי שרירותי של מצבי בסיס | Ψ₀> ו | Ψ₁> עם מקדמים α, β העומדים בתנאי הנורמליזציה α² + β² = 1.במקרה של מצבי רטט, מצבי הבסיס יכולים להיות שונים בכל אחד מארבעת הפרמטרים המאפיינים מצבים אלה: משרעת, תדר, קיטוב, פאזה.

משרעת ותדירות כנראה לא משמשים ליצירת קיוביט, מכיוון שבכל אזורי האקסונים 2 הפרמטרים הללו זהים בערך.

נותרו האפשרויות השלישית והרביעית: קיטוב ופאזה. קוויביטים המבוססים על קיטוב ושלב הרעידות האקוסטיות מקבילים לחלוטין לקיוביטים שבהם נעשה שימוש בקיטוב ובפאזה של פוטונים (להחלפת פוטונים בפונונים אין חשיבות עקרונית).

סביר להניח שהקיטוב והפאזה משמשים יחד ליצירת קיוביטים אקוסטיים ברשת המיאלין של המוח. הערכים של 2 הכמויות הללו קובעים את סוג האליפסה שאופן התנודות יוצר בכל חתך רוחב של מעטפת המיאלין האקסון: המצבים הבסיסיים של קיוביטים אקוסטיים של מחשב קוונטי במוח ניתנים על ידי קיטוב אליפטי.

מספר האקסונים במוח תואם את מספר הנוירונים: כ-10¹¹… לאקסון יש בממוצע 30 מקטעי מיאלין, וכל מקטע יכול לתפקד כקיוביט. המשמעות היא שמספר הקיוביטים במערכת המידע של המוח יכול להגיע ל-3*10¹².

קיבולת המידע של מכשיר עם מספר כזה של קיוביטים שווה ערך למחשב רגיל, שהזיכרון שלו מכיל 2^{3 000 000 000 000}ביטים.

ערך זה גדול ב-10 מיליארד סדרי גודל ממספר החלקיקים ביקום (10⁸⁰). קיבולת מידע כה גדולה של המחשב הקוונטי של המוח מאפשרת להקליט כמות גדולה באופן שרירותי של מידע ולפתור כל בעיה.

כדי להקליט מידע, אין צורך ליצור מכשיר הקלטה מיוחד: ניתן לאחסן מידע באותו מדיום איתו מעובד מידע (במצבים קוונטיים של קיוביטים).

כל תמונה ואפילו כל "גוון" של תמונה (בהתחשב בכל הקשרים ההדדיים של תמונה נתונה עם תמונות אחרות) יכולים להיות קשורים לנקודה בחלל הילברט, המשקפת קבוצה של מצבי קיוביטים של מחשב קוונטי במוח. כאשר קבוצה של קיוביטים נמצאת באותה נקודה בחלל הילברט, התמונה הזו "מהבהבת" בתודעה והיא משוכפלת.

הסתבכות של קיוביטים אקוסטיים במחשב קוונטי במוח יכולה להתבצע בשתי דרכים.

הדרך הראשונה: עקב הימצאות מגע הדוק בין חלקי רשת המיאלין של המוח והעברת הסתבכות דרך מגעים אלו.

הדרך השנייה: הסתבכות יכולה להופיע כתוצאה מחזרות מרובות על אותה קבוצה של מצבי רטט: המתאם בין המצבים הללו הופך למצב קוונטי אחד, שבין האלמנטים שבו נוצר קשר לא מקומי (כנראה, בעזרת ה- NR¹- קווים ישרים [1]). נוכחות של קשר לא מקומי מאפשרת לרשת המידע של המוח לבצע חישובים עקביים באמצעות "מקביליות קוונטית".

תכונה זו היא שנותנת למחשב הקוונטי של המוח כוח חישוב גבוה במיוחד.

כדי שהמחשב הקוונטי של המוח יעבוד ביעילות, אין צורך להשתמש בכל 3*10¹² קיוביטים פוטנציאליים. פעולתו של מחשב קוונטי תהיה יעילה גם אם מספר הקיוביטים הוא כאלף (10³). מספר זה של קיוביטים יכול להיווצר בצרור אקסונים אחד, המורכב מ-30 אקסונים בלבד (כל עצב יכול להיות מחשב קוונטי "מיני"). לפיכך, מחשב קוונטי יכול לתפוס חלק זעיר מהמוח, ומחשבים קוונטיים רבים יכולים להתקיים במוח.

ההתנגדות העיקרית למנגנון המוצע של מערכת המידע במוח היא הנחתה גדולה של גלים היפרסוניים. ניתן להתגבר על מכשול זה על ידי אפקט ה"נאורות".

עוצמת מצבי הרטט הנוצרים עשויה להספיק להתפשטות במצב של שקיפות עצמית (רעידות תרמיות, שעלולות להרוס את הקוהרנטיות של מצב הרטט, הופכות עצמן לחלק ממצב רטט זה).

III. מחשב קוונטי בנוי על אותם עקרונות פיזיקליים כמו המוח האנושי

אם מערכת המידע של המוח באמת עובדת כמו מחשב קוונטי, שהקיוביטים שלו הם מצבים אקוסטואלקטרים, אז בהחלט אפשרי ליצור מחשב שיעבוד על אותם עקרונות.

ב-5-6 החודשים הקרובים בכוונת המחבר להגיש בקשה לפטנט על מחשב קוונטי המדמה את מערכת המידע של המוח.

לאחר 5-6 שנים, אנו יכולים לצפות להופעת הדגימות הראשונות של בינה מלאכותית, הפועלות בדמותו ובדמותו של המוח האנושי.

מחשבים קוונטיים משתמשים בחוקים הכלליים ביותר של מכניקת הקוונטים. הטבע "לא המציא" חוקים כלליים יותר, ולכן זה די טבעי התודעה פועלת על העיקרון של מחשב קוונטי, תוך שימוש באפשרויות המקסימליות לעיבוד ורישום מידע שמספק הטבע.

רצוי לערוך ניסוי ישיר לאיתור תנודות אקוסטואלקטריות קוהרנטיות ברשת המיאלין של המוח. לשם כך יש להקרין חלקים מרשת המיאלין של המוח בקרן לייזר ולנסות לזהות אפנון בתדירות של כ-5*10 באור משודר או מוחזר.¹⁰ הרץ.

ניתן לבצע ניסוי דומה על מודל פיזיקלי של אקסון, כלומר. קרום שנוצר באופן מלאכותי עם תעלות יונים מובנות. ניסוי זה יהיה הצעד הראשון לקראת יצירת מחשב קוונטי, שעבודתו תתבצע על פי אותם עקרונות פיזיקליים כמו עבודת המוח.

יצירת מחשבים קוונטיים שפועלים כמו מוח (וטובים יותר ממוח) תעלה את תמיכת המידע של הציוויליזציה לרמה חדשה מבחינה איכותית.

סיכום

המחבר מנסה למשוך את תשומת הלב של הקהילה המדעית לעבודה של לפני רבע מאה [2], שעשויה להיות חשובה להבנת המנגנון של מערכת המידע המוחית ולזיהוי אופי התודעה. מהות העבודה היא להוכיח שקטעים בודדים של ממברנות עצביות (יירוטים של Ranvier) משמשים מקורות לתנודות אקוסטואלקטריות קוהרנטיות.

החידוש הבסיסי של עבודה זו טמון בתיאור המנגנון שבאמצעותו התנודות הנוצרות ביירוטים של Ranvier משמשות לפעולה של מערכת המידע של המוח כנושאת זיכרון ותודעה.

ההשערה מבוססת על כך שמערכת המידע של המוח פועלת כמו מחשב קוונטי, שבו תפקוד הקיוביטים מבוצע על ידי אופני תנודה אקוסטילקטרית בקרומים של נוירונים. המשימה העיקרית של העבודה היא לבסס את התזה כי המוח הוא מחשב קוונטי שהקווביטים שלו הם תנודות קוהרנטיות של ממברנות עצביות.

יחד עם הקיטוב והפאזה, פרמטר נוסף של גלים היפרסוניים בקרומים עצביים שניתן להשתמש בהם ליצירת קיוביטים הוא טוויסט (זהו 5^ואני מאפיין גלים, המשקף נוכחות של תנע זוויתי מסלולי).

יצירת גלים מתערבלים אינה מעוררת קשיים מיוחדים: לשם כך, מבנים או פגמים ספירליים חייבים להיות נוכחים בגבול של יירוטי Ranvier ואזורי המיאלין. כנראה, מבנים ופגמים כאלה אכן קיימים (ונדן המיאלין עצמם הם ספירליים).

לפי המודל המוצע, נושא המידע העיקרי במוח הוא החומר הלבן של המוח (מעטפת המיאלין), ולא החומר האפור, כפי שמאמינים כיום.מעטפות המיאלין משמשות לא רק להגברת מהירות ההתפשטות של פוטנציאל הפעולה, אלא גם את הנשא העיקרי של הזיכרון והתודעה: רוב המידע מעובד בלבן, ולא בחומר האפור של המוח.

במסגרת המודל המוצע של מערכת המידע של המוח, הבעיה הפסיכופיזית שמציב דקארט מוצאת פתרון: "איך הגוף והרוח קשורים באדם?", במילים אחרות, מה הקשר בין חומר לתודעה?

התשובה היא כדלקמן: רוח קיימת בחלל הילברט, אך נוצרת על ידי קיוביטים קוונטיים שנוצרו על ידי חלקיקי חומר שקיימים במרחב-זמן.

הטכנולוגיה המודרנית מסוגלת לשחזר את מבנה הרשת האקסונלית של המוח ולבדוק האם אכן נוצרות רטטים היפרסוניים ברשת זו, ולאחר מכן ליצור מחשב קוונטי שבו הרעידות הללו ישמשו כקיוביטים.

עם הזמן, בינה מלאכותית המבוססת על מחשב קוונטי אקוסטיל, תוכל לחרוג מהמאפיינים האיכותיים של התודעה האנושית. זה יאפשר לעשות צעד חדש מיסודו באבולוציה האנושית, וצעד זה ייעשה על ידי התודעה של האדם עצמו.

הגיע הזמן להתחיל ליישם את הצהרת העבודה הסופית [2]: "בעתיד אפשר ליצור מחשב עצבי שיפעל על פי אותם עקרונות פיזיקליים כמו המוח האנושי"..

מסקנות

1. בקרומים של נוירונים יש תנודות אקוסטואלקטריות קוהרנטיות: תנודות אלו נוצרות בהתאם לאפקט הלייזר האקוסטי ביירוטים של Ranvier ומתפשטות לתוך מעטפות המיאלין

2. תנודות אקוסטואלקטריות קוהרנטיות במעטפת המיאלין של נוירונים מבצעות את תפקיד הקיוביטים, שעל בסיסם פועלת מערכת המידע של המוח על פי העיקרון של מחשב קוונטי

3. בשנים הקרובות אפשר ליצור בינה מלאכותית שהיא מחשב קוונטי הפועל על פי אותם עקרונות פיזיקליים עליהם עובדת מערכת המידע של המוח

סִפְרוּת

1. V. A. שאשלוב, דגם חדש של היקום (I) // "האקדמיה לטריניטריות", מ', אל מס' 77-6567, הוצאת. 24950, 20.11.2018