211service.com
Czy w naszych mózgach istnieją optyczne kanały komunikacyjne?
Oto interesujące pytanie: czy w mózgu istnieją optyczne kanały komunikacyjne? Może to być radykalna sugestia, ale istnieje wiele dowodów na to, że warto ją realizować.
Wiele organizmów wytwarza światło, aby się komunikować, przyciągać partnerów i tak dalej. Dwadzieścia lat temu biolodzy odkryli, że mózgi szczurów również w pewnych okolicznościach wytwarzają fotony. Światło jest słabe i trudne do wykrycia, ale neurobiolodzy byli zaskoczeni, że w ogóle je znaleźli.
Od tego czasu liczba dowodów wzrosła. Wydaje się, że tak zwane biofotony są wytwarzane naturalnie w mózgu i innych miejscach w wyniku rozpadu pewnych elektronicznie wzbudzonych gatunków molekularnych. Mózgi ssaków wytwarzają biofotony o długości fali od 200 do 1300 nanometrów – innymi słowy, od bliskiej podczerwieni do ultrafioletu.
Jeśli komórki w mózgu naturalnie wytwarzają biofotony, naturalne jest pytanie, czy natura mogła wykorzystać ten proces do przekazywania informacji. Aby tak się stało, fotony muszą być przesyłane z jednego miejsca do drugiego, a to wymaga pewnego rodzaju falowodu, takiego jak światłowód. Jaka więc struktura biologiczna mogłaby pełnić tę funkcję?
Dziś otrzymujemy odpowiedź dzięki pracy Parisy Zarkeshian z Uniwersytetu Calgary w Kanadzie i kilku kumpli. Zbadali optyczne właściwości aksonów, długich, nitkowatych części komórek nerwowych, i doszli do wniosku, że transmisja fotonów na odległości centymetrów wydaje się w pełni wykonalna wewnątrz mózgu.
Praca jest przeglądem dotychczasowych eksperymentów i badań aksonów. Zespół najpierw dokonał przeglądu badań, w których obliczono właściwości optyczne mielinowanych aksonów, rozwiązując słynne równania elektromagnetyczne Maxwella w trzech wymiarach, aby określić właściwości optyczne komórki.
Badanie to sugeruje, że zewnętrzna powłoka aksonu – jego osłonka mielinowa – może działać jako falowód do kierowania biofotonów. Sugeruje to jednak również, że na to zjawisko może wpływać wiele czynników, rozpraszając lub pochłaniając światło.
Czynniki te obejmują wpływ zagięć w aksonie na transmisję światła, zmiany promienia osłony, niekołowe przekroje poprzeczne i tak dalej.
Zarkeshian i spółka doszli do wniosku, że aksony o długości około 2 milimetrów – mniej więcej długości aksonów w mózgu – mogą przenosić od 46 do 96 procent wchodzących do nich biofotonów. Warto zauważyć, że fotony mogą rozchodzić się w obu kierunkach: od zakończenia aksonu do wzgórka aksonu lub w przeciwnym kierunku wzdłuż aksonu, jak mówią.
Zespół kontynuuje obliczanie szybkości transmisji danych, na jaką pozwala. Biolodzy zmierzyli biofotony wytwarzane przez mózgi szczurów z szybkością jednego fotonu na neuron na minutę. Chociaż nie brzmi to jak wiele, w ludzkim mózgu jest 1011 neuronów, co sugeruje, że może on wytwarzać ponad miliard fotonów na sekundę.
Wydaje się, że mechanizm ten jest wystarczający, aby ułatwić transmisję dużej liczby bitów informacji, a nawet umożliwić tworzenie dużej ilości splątania kwantowego, mówią Zarkeshian i spółka.
Oczywiście w tych obliczeniach jest wiele niepewności. Na przykład nikt nie zna dokładnych właściwości optycznych osłonek mielinowych, ponieważ nigdy ich nie zmierzono.
Najlepszym sposobem, aby dowiedzieć się więcej, jest przetestowanie właściwości transmisji optycznej tkanki mózgowej. Zarkeshian i spółka sugerują szereg prostych eksperymentów, które posunęłyby tę dziedzinę do przodu. Jednym ze sposobów jest oświetlić jeden koniec cienkiego kawałka mózgu i poszukać jasnych plam związanych z otwartymi końcami mielinowanych aksonów na drugim końcu. Są też różne inne podejścia. To coś, co może podjąć neurobiolog z czasem.
Wszystko to wskazuje na większą zagadkę. Jeśli nasze mózgi mają optyczne kanały komunikacyjne, po co one są? To jest pytanie, które dojrzało do spekulacji o błękitnym niebie.
Jeden tok myślenia opiera się na fakcie, że fotony są dobrymi nośnikami informacji kwantowej. Wiele osób wysnuło teorię, że procesy kwantowe mogą stać za niektórymi z bardziej tajemniczych procesów w mózgu, z których nie tylko wiąże się sama świadomość. Zarkeshian i spółka są wyraźnie zakochani w tym pomyśle.
Ale to tylko dzikie spekulacje. Komunikacja kwantowa wymaga znacznie więcej niż optycznych kanałów komunikacyjnych. Muszą również istnieć mechanizmy, które mogą kodować, odbierać i przetwarzać informacje kwantowe. Możliwe, że w mózgu istnieją cząsteczki światłoczułe, ale niewiele jest na to dowodów, a jeszcze mniej, że służą one jako procesory kwantowe.
Mimo to, ten rodzaj myślenia jest ekscytujący i warto go realizować na podstawowym poziomie. Jeśli natura produkuje biofotony, ewolucja może znaleźć sposób na ich wykorzystanie. Pytanie brzmi jak.
Nr ref.: arxiv.org/abs/1708.08887 : Czy w mózgu są optyczne kanały komunikacyjne?