Une nouvelle étude suggère que le cerveau utilise des effets quantiques [vidéo]

• Une nouvelle étude étaye en partie l’idée proposée par Roger Penrose d’effets quantiques dans les microtubules du cerveau humain
• L’hypothèse initiale de Penrose avançait que le cerveau utilise des effets quantiques dans les microtubules, et que cela serait à l’origine de la conscience
• À l’époque, beaucoup avaient perçu cette idée comme une thèse assez étrange
• La nouvelle étude montre que Penrose avait peut-être raison, du moins concernant les microtubules
• Elle ne démontre pas l’origine de la conscience dans son ensemble ; les explications associées sont fournies en vidéo

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L’hypothèse de Penrose sur les microtubules

• Roger Penrose a proposé que le cerveau humain utilise des effets quantiques dans les microtubules
• Cette hypothèse allait jusqu’à affirmer que ces effets quantiques seraient à l’origine de la conscience
• À l’époque, beaucoup trouvaient cette thèse assez étrange

Ce que la nouvelle étude étaye

• La nouvelle étude est présentée comme allant dans le sens où Penrose avait raison, au moins concernant les microtubules
• Toutefois, il est difficile d’y voir une preuve de l’origine de la conscience dans son ensemble, et la limite « concernant les microtubules » demeure

Vidéo liée

• Video 3 : vidéo consacrée à la nouvelle étude selon laquelle le cerveau utilise des effets quantiques et à l’idée de Penrose sur les microtubules

[GN⁺]

Commentaires sur Hacker News

• Cet article ressemble surtout à un papier de modélisation théorique dont les figures sont presque toutes des simulations, avec seulement quelque chose comme trois mesures expérimentales réelles en vrac au fluorimètre-spectrophotomètre
  L’idée est que l’observation selon laquelle les microtubules présentent un rendement quantique de fluorescence (QY) plus élevé que la tubuline pourrait s’expliquer par les simulations, mais il est difficile de considérer l’explication proposée par les auteurs comme la plus simple pour un si petit nombre de mesures
  Le simple fait que le fluorophore soit masqué dans le solvant en vrac peut fortement modifier le QY et le spectre. J’ai déjà conçu des réactifs rapporteurs fluorescents biologiques
• L’article lui-même[0] dépasse un peu ma compréhension, mais ce passage[1] m’a fait rire
  « On m’a dit de nombreuses fois qu’il était regrettable que Penrose soit tombé sous le charme de ce fou de Hameroff. Mais j’ai rencontré à la fois Penrose et Hameroff, et ils sont bien sûr tous les deux fous, mais aucun des deux n’est idiot »
  0: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jpcb.3c07936
  1: https://www.youtube.com/watch?v=R6G1D2UQ3gg&t=181s
  • Ce qui est important dans cet article, ce n’est pas le « quantique », mais l’affirmation selon laquelle une transmission de données par la lumière existe réellement à l’intérieur du système nerveux
    L’article cite des résultats d’émission ultra-faible de lumière par les neurones[1], mais cet article est derrière le paywall d’Elsevier
    L’article suivant prend ensuite comme hypothèse la transmission de données par la lumière, suppose des structures qui guident la lumière comme des fibres optiques, puis en déduit une transmission de données « ultra-rapide »
    Il faudrait l’avis de spécialistes en biochimie. On ne voit pas du tout clairement ce qui relève de résultats réels et ce qui n’est qu’une explication gestuelle, mais il est clair que c’est testable expérimentalement. Des travaux de suivi devraient confirmer ou réfuter cela, au-delà de la spéculation
    [1] https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S10111...
• Si le cerveau est un objet physique affecté par tous les effets quantiques, la vraie nouveauté ne serait-elle pas plutôt que le cerveau n’utilise pas d’effets quantiques ? Qu’il en utilise semble aller de soi
  • Les mots servent à découper le monde, et c’est ainsi qu’ils ont un sens
    Si l’on accepte que ces mots s’appliquent à tout dans l’univers, on les vide de leur sens, ce qui n’est pas l’intention
    Une fusée est elle aussi affectée par des effets quantiques, mais son comportement se modélise très bien de façon classique. En lisant charitablement, cela revient à dire que « pour modéliser le comportement fonctionnel du cerveau, la mécanique classique seule ne suffit pas »
  • Le fait que la mécanique quantique soit nécessaire pour expliquer les phénomènes microscopiques en chimie et en biologie ne fait absolument pas débat
    L’affirmation étrange, c’est que le vivant aurait 1) trouvé comment préserver, dans un environnement en solution à 300 K, des états d’intrication et de cohérence à longue distance que l’informatique quantique tente à peine d’obtenir dans un vide froid, et 2) en même temps coupler sélectivement cela aux processus de calcul neuronaux existants dont l’importance pour la pensée et la conscience est expérimentalement établie
    Il n’y a pas eu de preuve expérimentale substantielle en ce sens au cours des 30 dernières années, et cela revient finalement presque à dire que « la biologie est magique ». C’est pourquoi la plupart des biophysiciens et neuroscientifiques ne prennent pas cela au sérieux
  • Par « effets quantiques », on entend généralement des états cohérents de superposition
    Dans un environnement chaud et rempli de photons comme le cerveau, même sans autre raison, les superpositions subissent une décohérence pratiquement immédiate. Il n’est donc pas plausible que les effets quantiques jouent un rôle computationnel significatif dans le cerveau
  • Quand ce genre d’affirmation apparaît, elle ne signifie pas que les effets quantiques interviennent dans les activités ordinaires des atomes et des molécules ; elle suggère plutôt que des effets quantiques seraient utilisés dans les processus de « cognition », ce qui laisserait croire que nous sommes plus que des machines biologiques et préserverait des propriétés magiques comme l’âme, la conscience ou le libre arbitre
    Il existe des résultats montrant que des effets quantiques aident la photosynthèse, mais les usages intéressants en cognition ou ailleurs sont extrêmement rares en biologie. La photosynthèse me semble être l’un des rares exemples documentés
    Malgré sa popularité, l’idée d’un cerveau quantique n’a pas produit de preuve décisive depuis des décennies. Donc si cette affirmation était démontrée, ce serait vraiment un résultat extrêmement nouveau
  • Le titre aurait peut-être dû être « le cerveau utilise des effets quantiques de façon utile et contrôlable »
    Sabine l’explique bien dans la vidéo. Pour utiliser des effets quantiques dans le calcul, il faut des conditions très contrôlées, et l’on pensait jusqu’ici que c’était impossible dans le cerveau
• En gros, Penrose semble considérer que des capacités humaines comme le raisonnement abductif ne sont manifestement pas calculables, ce qui réfuterait l’idée que l’esprit se réduise à un algorithme
  Il propose ensuite comment ce que fait l’esprit pourrait avoir une base physique, même si ce n’est pas une pure machine de calcul
  • Je ne trouve pas cela convaincant du tout. Si quelque chose a une base physique et est réalisable, ne devrait-il pas être calculable par définition ?
  • Ce n’est pas l’impression que j’ai eue de la vidéo de Sabine
    Ce qui serait non calculable, ce serait la conscience elle-même, c’est-à-dire l’expérience subjective, et l’IA ne serait probablement jamais consciente
• Serait-il surprenant que l’évolution en soit venue à exploiter la mécanique quantique pour certaines fonctions ? L’évolution a exploité tout le reste
  Il existe aussi une théorie selon laquelle la mécanique quantique joue un rôle dans l’odorat[1]
  [1] <https://en.wikipedia.org/wiki/Vibration_theory_of_olfaction>
  • On est assez convaincu que certains processus biologiques exploitent des processus quantiques
    À strictement parler, tout en biologie s’explique au bout du compte par la chimie quantique et la physique, mais ce n’est pas très intéressant en soi. En revanche, il semble qu’on n’ait pas encore trouvé de preuve concrète qu’un processus biologique exploite l’intrication
    Les exemples que j’ai vus jusqu’ici tournent surtout autour de l’effet tunnel et de la cohérence. On se dispute beaucoup sur le sens de « quantique », mais la plupart des débats portent sur le comportement de l’intrication et de l’effondrement de la fonction d’onde. L’effet tunnel et la cohérence sont désormais des phénomènes de mécanique quantique assez banals
    Les vidéos de vulgarisation scientifique de Sabine liées à la biologie ne me semblent pas particulièrement éclairantes ni exactes
  • Ce n’est pas surprenant du tout. Il existe des preuves d’effets quantiques dans les complexes collecteurs de lumière de la chlorophylle, qui fonctionnent à température ambiante
    Cela semble être un élément clé pour guider efficacement les photons vers le photosystème
  • Cela joue un rôle dans la photosynthèse. Je suis sur téléphone, donc je n’ai pas les références sous la main, mais c’est un cas validé à 100 %
  • Ce serait plutôt surprenant que ce ne soit pas le cas. Pourquoi l’évolution n’explorerait-elle pas des mécanismes impliquant des effets quantiques ?
• Le manque d’imagination des biologistes est toujours amusant
  En gros, tous les dix ans, un dogme solidement établi sur les systèmes biologiques se révèle faux, et le même schéma se répète : auparavant, on s’était moqué du physicien, de l’informaticien ou du mathématicien qui l’avait proposé le premier
• Chaque fois que Sir Roger parle, je me demande combien de choses il garde encore pour lui. C’est vraiment un trésor
  • Probablement beaucoup. Il a des opinions non orthodoxes sur plusieurs sujets
    Par exemple, il ne semble pas croire à la mort thermique de l’univers, et il a aussi des théories intéressantes sur les ondes gravitationnelles, entre autres
• Je ne sais pas pourquoi ils ont mis un lien vers ce spam de blog au lieu de l’article ou d’un meilleur papier
  Hossenfelder n’a aucune qualification en neurosciences et se montre souvent inexacte avec beaucoup d’assurance
• …mais n’est-ce pas aussi le cas de tout ce qui fait de la photosynthèse ?
  • Il y a beaucoup d’intelligence chez les plantes. Par exemple l’évitement de la canopée, la croissance vers l’eau, ou le fait que des arbres signalent entre eux qu’une girafe est en train de manger leurs feuilles
• Si le cerveau peut tirer ne serait-ce qu’un petit avantage adaptatif de l’exploitation d’effets quantiques, il le fera
  Mais il semble que les gens s’intéressent à ce sujet parce qu’ils pensent qu’il existe un lien entre les propriétés quantiques du cerveau et la conscience. L’argument ne semble pas aller beaucoup plus loin que « les effets quantiques ont l’air mystérieux, la conscience a l’air mystérieuse, donc les effets quantiques causent la conscience ou sont la conscience », ce qui est assez faible