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Résumé de l’article
« Conscience dans l’univers. Un réexamen de la théorie “RO Orch” »
par Stuart Hameroff et Roger Penrose
L’ éminent scientifique britanique Roger Penrose, basé à Oxford, et l’anesthésiste
américain Stuart Hameroff, professeur à l’Université d’Arizone, ont développé une théorie
tentative de la conscience qui a suscité beaucoup d’interêt appelée théorie de la
Réduction objective orchestrée (théorie Orch OR). Cet article est le document le plus
récent, technique, vaste et detaillé au sujet de leur théorie.
La théorie Orch OR étudie l’hypothèse que la conscience surgit des effets quantiques
dans certains polymères de protéines appelées « microtubules » situées dans les
neurones du cerveau. Ces effets controleraient les décharges neuronales. D’après les
idées de Penrose, la réduction quantique de la fonction d’onde est un phénomène réel
déclenché par l’interaction gravitationnelle. De maniére générique, la réduction de la
fonction d’onde se produit spontanément et de façon désordonnée chaque fois qu’un
certain seuil d’énergie gravitationnelle potentielle est atteint. Dans le cerveau, cette
réduction peut se produire d’une manière « orchestrée » aux échelles macroscopiques.
Autrement dit, le cerveau pourrait contenir une structure capable de controler et faire
usage du mécanisme de réduction de la fonction d’onde.
On distingue deux aspects remarquables de cette théorie. Le premier est le fait qu’elle
explore la possibilité concrète de l’effet de la mécanique quantique dans le cerveau. Le
second est plus ample : Hameroff et Penrose présentent cette théorie comme une
alternative à l’interprétation de la conscience comme un phénomène à grande échelle qui
émerge de la complexité des calculs entre les neurones, des calculs dont la réalisation est
seulement vue comme des décharges neuronales (‘spikes’) et des transmissions
synaptiques, parfois assimilées par vague analogie aux ‘bits’ binaires du calcul
numérique. Au lieu de cela, selon les termes de Hameroff, « La conscience ressemble
plutôt à la musique qu’au calcul ».
L’ idée sous-jacente, detaillée dans l’article, est que la conscience constitue un
phénomène physique, tout en nuançant que la physique comprend des objectives plus
amples de ce qu’il ne semblerait dans sa version la plus réductionniste et mécaniste ; en
particulier, le monde physique peut inclure une « proto-conscience » diffuse, de laquelle
les formes plus complexes de conscience animale et humaine peuvent émerger. Plus
précisément, dans leur propres mots : « La conscience résulte d’événements physiques
discrets ; ces derniers ont toujours existé dans l’univers sous la forme d’événements de
proto-conscience non cognitifs, agissant dans le cadre de lois physiques précises, non
encore entièrement comprises ».
Penrose et Hameroff présentent cela comme troixième alternative en ce qui concerne
l’alternative conventionnelle entre : (A) Science/Matérialisme, avec une conscience qui
émerge de la physique connue et n’ayant pas de rôle distinctif. (B) Dualisme/Spiritualité,
avec une conscience qui est radicalement distincte du reste du monde naturel, et dehors
de la science.
L’hypothèse que Penrose et Hameroff explorent en detail dans l’article est que les
microtubules du cerveau exploitent une manifestation d’une telle « proto-conscience » afin
de fonder la formation de la conscience humaine.
Physics of Life Reviews 11 (2014) 39-78
Conscience dans l’univers
Un réexamen de la théorie « RO Orch »
Stuart Hameroff a, Roger Penrose b
a Anesthésiologie, psychologie et Centre d'études
b Institut de Mathématiques et
de la conscience, Université de l’Arizona, Tucson, AZ, USA
Wadham College, Université d'Oxford, Oxford, Royaume-Uni
Reçu le 23 juillet 2013; approuvé le 5 août 2013
Disponible en ligne: 20 août 2013
Communiqué par L. Perlovsky
Abrégé
La nature de la conscience, les mécanismes par lesquels elle se produit dans le cerveau et sa place finale dans l'univers nous sont
inconnus. Au milieu des années 1990, nous avons soutenu que la conscience dépendait de processus quantiques cohérents et
biologiquement « orchestrés » à l’intérieur d’ensembles de microtubules dans les neurones du cerveau, que ces processus quantiques
étaient en corrélation avec l’activité neuronale membranaire et synaptique et régulaient cette dernière, et, enfin, que l'évolution continue
de Schrödinger de chacun de ces processus se terminait conformément au schéma de Diosi-Penrose (DP) de « réduction objective »
(« RO ») de l'état quantique. Cette activité de réduction objective orchestrée (« RO Orch ») donne lieu à des moments de prise de
conscience et / ou à des choix conscients. La forme DP de la RO est liée aux fondamentaux de la mécanique quantique et de la
géométrie d'espace-temps, la RO Orch suggère donc qu'il existe un lien entre les processus biomoléculaires du cerveau et la structure
basique de l'univers. Nous réexaminons ici la RO Orch à la lumière des critiques et des progrès de la biologie quantique, des
neurosciences, de la physique et de la cosmologie. Nous introduisons également une nouvelle suggestion de « fréquences de battement »,
de vibrations plus rapides des microtubules comme étant une source possible des corrélats électro-encéphalographiques (« EEG »)
observés de la conscience. En conclusion, la conscience jouerait un rôle intrinsèque dans l'univers.
1. Introduction : Conscience dans l'univers
La conscience implique la prise de conscience : une expérience subjective et phénoménale des mondes interne et
externe. La conscience implique aussi la conscience de soi, les sentiments, le libre arbitre, la maîtrise des comportements
volontaires, la mémoire, la pensée, le langage et (par exemple lorsque nous fermons les yeux ou méditons) des images
générées intérieurement et des motifs géométriques. Cependant, ce que la conscience est vraiment reste inconnu. Notre
vision de la réalité, de l’univers, de nous-mêmes, dépend de notre conscience. La conscience définit notre existence.
Trois possibilités générales regardant l'origine de la conscience et sa place dans l'univers ont été communément
avancées.
(A) La conscience n’est pas une entité indépendante mais surgit, en termes de processus physiques conventionnels
comme une conséquence évolutive naturelle de l'adaptation biologique des cerveaux et des systèmes nerveux. Ce
point de vue scientifique répandu considère que la conscience a émergé, tout au long de l’évolution, comme une
propriété de calculs biologiques complexes. Les opinions divergent pour ce qui est de quand, où et comment la
conscience est apparue par exemple, seulement récemment chez l'homme ou plus tôt, chez des organismes inférieurs.
La conscience en tant qu’adaptation évolutive est généralement considérée comme un épiphénomène (c’est-à-dire un
effet secondaire sans influence indépendante [1–3]), et aussi comme étant illusoire (construisant largement la réalité
plutôt que de la percevoir [4]). Cependant, la conscience est fréquemment connue pour apporter des avantages
bénéfiques à l’espèce [5]. En somme, dans cette vision, la conscience n’est pas une caractéristique intrinsèque de
l’univers.
(B) La conscience est une entité indépendante, distincte des actions physiques et non soumise aux lois de la physique, qui
a toujours existé dans l’univers. L’approche « dualiste » de Descartes, les points de vue religieux et autres approches
spirituelles considèrent que la conscience existe depuis toujours dans l’univers, par exemple en tant que « fondement
de l’être », « créateur » ou partie d’un « Dieu » omniprésent [6]. Dans cette vision la conscience peut influencer
causalement la matière physique et le comportement humain, mais n’a pas de fondement ou de descriptions en
science[7]. Dans une autre approche, le panpsychisme attribue une conscience à toute matière, mais sans identité
scientifique ou influence causale. L’idéalisme soutient que la conscience est la seule à exister et que le monde
matériel (et la science) est une illusion [8]. Dans toutes ces théories, la conscience se trouve en dehors de la science.
(C) La conscience résulte d’événements physiques discrets ; ces derniers ont toujours existé dans l'univers sous la forme
d’événements de proto-conscience non cognitifs, agissant dans le cadre de lois physiques précises, non encore
entièrement comprises. La biologie a développé un mécanisme capable d’orchestrer ces événements et de les coupler
à l'activité neuronale, créant un sens cognitif, des moments conscients, et par là aussi un contrôle causal du
comportement. Spécifiquement, ces événements sont supposés correspondre à des moments de réduction de l'état
quantique (« auto-mesure » intrinsèque quantique). Ceux-ci n’ont pas à être considérés forcément comme faisant
partie des théories actuelles sur les lois de l’univers, mais ils devraient en fin de compte pouvoir être scientifiquement
descriptibles. Ceci est essentiellement le type d’opinions avancées, dans des termes très généraux, par le philosophe
A.N. Whitehead [9,10] et également étoffé dans le cadre scientifique de la théorie de Penrose–Hameroff sur « la
réduction objective orchestrée » (« RO Orch » [11–16]). Dans la théorie RO Orch, ces événements conscients sont le
résultat de calculs d’opérations quantiques dans les microtubules cérébraux, se réduisant par la « réduction
objective » de Diosi-Penrose (« RO »), et ayant des propriétés expérientielles. Dans cette perspective, la conscience
est une caractéristique intrinsèque de l'action de l'univers.
En résumé nous avons :
(A) Science/Matérialisme, avec une conscience n’ayant pas de rôle distinctif [1–5].
(B) Dualisme/Spiritualité, avec une conscience (etc.) en dehors de la science [6–8].
(C) Science, avec la conscience comme ingrédient essentiel des lois de la physique non entièrement comprises [9–17].
2. Conscience, calcul et activités cérébrales
2.1 Caractères inexpliqués de la conscience
Comment le cerveau produit-il la conscience ? La plupart des scientifiques et philosophes ont considéré la conscience
comme le résultat de calculs complexes au sein de neurones d’« intégration et décharge » qui s’interconnectent et
commutent au niveau des synapses à médiation chimique. Toutefois le mécanisme par lequel ces calculs neuronaux sont
supposés créer l’expérience de la conscience reste inconnu [18,19]. Des caractères spécifiques inexpliqués de la conscience
comprennent ce qui suit :
« Le problème épineux » : quelle est la nature de l'expérience phénoménale et qu’est ce qui distingue la conscience de la
non conscience? La perception et le comportement peuvent être accompagnés ou conduits par une prise de conscience
phénoménale, l'expérience ou des sentiments subjectifs, constitués de ce que les philosophes appellent « qualia » [19].
Cependant, la perception et le comportement peuvent, à d’autres moments, s’accompagner de conscience. Nous aurions
pu évoluer comme des « zombies » dont le comportement complexe est sur « pilote automatique » à plein temps, sans
aucune conscience. Comment et pourquoi avons nous une conscience phénoménale, une « vie intérieure » de
l'expérience subjective ?
« Liaisons » : Les entrées sensorielles disparates sont traitées dans différentes régions du cerveau, à des moments
légèrement différents, et sont ensuite liées ensemble dans un contenu conscient unifié (« Liaisons » [20]). Comment
tout ce contenu conscient est-il relié ?
« Synchronisation » : Les états de polarisation de la membrane neuronale peuvent être synchronisés avec précision sur
de grandes régions du cerveau [21] et aussi se propager à travers les régions du cerveau en tant que zones synchronisées
[22]. Une synchronisation précise nécessite-t-elle des synapses électriques (« jonctions de communication ») et /ou une
intrication quantique ? Est-ce que la synchronisation reflète des moments conscients unifiés et discrets ?
« "Non-calculabilité" et actions de causalité »: Comme démontré par le théorème de Gödel, Penrose [23,24] explique
que la qualité mentale de la « compréhension » ne peut pas être cernée par un système de calcul et doit découler d’un
fait non-calculable. En outre, l'approche neuronale de calcul de la volition, là où le calcul algorithmique détermine
complètement tous les processus de la pensée, semble exclure toute possibilité d’une action indépendante de causalité
ou de libre arbitre. Quelque chose fait défaut. Quel facteur non calculable peut se produire dans le cerveau ?
Comportements cognitifs des organismes unicellulaires : les protozoaires, comme les physarum, peuvent s'échapper des
labyrinthes et résoudre les problèmes ; les paramécies peuvent nager, trouver de la nourriture et des partenaires,
apprendre, se souvenir et avoir des relations sexuelles, le tout sans connexions synaptiques [25,26]. Comment font les
organismes unicellulaires pour faire preuve d’un comportement intelligent ?
2.2 Moments conscients et calcul
La conscience a souvent été considérée comme une succession de moments discrets. William James [27] étudie « le
présent trompeur, la courte durée à laquelle nous sommes immédiatement et sans cesse sensibles » (même si James a été
vague à propos de la durée, et a également décrit un « Courant de conscience » continu). La théorie de Stroud sur le
« moment perceptuel » [28] décrit la conscience comme une série d’événements discrets, à l’instar des images séquentielles
d’un film (les films modernes et les vidéos présentent 24 à 72 images par seconde, 24 à 72 Hertz, « Hz »). La conscience
est également regardée comme une série d’événements discrets dans le bouddhisme; des méditants qualifiés décrivent un
« vacillement » distinct au cours de leur expérience de conscience pure et indifférenciée [29]. Les textes bouddhistes
dépeignent la conscience comme un « ensemble momentané de phénomènes mentaux », et comme des « moments
distincts, déconnectés et éphémères qui s’évanouissent aussitôt qu’ils sont nés ». Les écrits bouddhistes vont même jusqu’à
quantifier la fréquence des moments conscients. Par exemple, les Sarvastivadins ont compté 6,480,000 « moments » en 24
heures (une moyenne d’un « moment » par 13.3 ms, 75 Hz), et quelques bouddhistes chinois ont rapporté une « pensée »
par 20 ms (50 Hz). La meilleure corrélation mesurable de la conscience dans la science moderne est l’électroencéphalographie de synchronie gamma (EEG) – l'activité neuronale membranaire cohérente de 30 à 90 Hz se produisant à
travers des régions du cerveau synchronisées variées. Des périodes plus lentes, par exemple des fréquences thêta de 4 à 7
Hz avec des ondes gamma imbriquées, peuvent correspondre à des saccades et des gestalts visuelles [31,32] (Fig. 11).
Ainsi, nous pouvons affirmer que la conscience se compose d’événements discrets à fréquences variables se produisant
dans toutes les régions du cerveau, par exemple 40 moments conscients par seconde, qui sont synchronisés dans les
neurones du cortex frontal et pariétal. Quelle est la nature de ces moments conscients?
La présomption tortueuse de la science moderne et de la philosophie est que la conscience émerge de calculs
synaptiques complexes dans des réseaux de neurones du cerveau, agissant comme des unités d’information fondamentales.
Dans les ordinateurs numériques, des niveaux de tension électrique distincts représentent des unités d'information (exemple
: « bits ») au sein de portes logiques de silicium. McCulloch et Pitts [33] présentent ces portes comme des neurones
artificiels d’« intégration et décharge », donnant lieu à des « perceptions » [34] et remarquent d’autres types de « réseaux
de neurones artificiels » capables d’apprendre et de comportements auto-organisés. De même, conformément au modèle de
« Hodgkin– Huxley » [35], les neurones biologiques sont des dispositifs de seuils logiques d’« intégration et décharge », à
l’intérieur desquels plusieurs dendrites ramifiées et le corps cellulaire (le soma) reçoivent et intègrent des entrées
synaptiques comme des potentiels de membranes (Fig. 1). Selon Hodgkin et Huxley, le potentiel intégré est alors
comparable à un potentiel de seuil au niveau des cônes d'implantation de l'axone ou des segments initiaux des axones (SIA).
Quand le seuil de l’SIA est atteint par le potentiel intégré, (Fig. 2), un potentiel d’action tout-ou-rien de « décharge », ou
spike, est déclenché en tant que sortie et transmis le long de l'axone de la prochaine synapse. Les neurones des réseaux
cognitifs d’Hodgkin–Huxley, connectés par des synapses de résistances variables, [36] peuvent s’auto-organiser et
apprendre, étant donné que leurs sorties de décharges axonales contrôlent l'activité et le comportement en aval.
Comment la conscience émerge-t-elle des calculs neuronaux ? Certains combattent l’idée que la conscience puisse naître
de la complexité des calculs due aux stimulations et autres activités électriques du cerveau [37,38]. Cependant, ni les
activités neuronales spécifiques participant à cette complexité, ni aucun seuil de complexité prédit pour l'émergence de la
conscience, n’ont pu être avancés. Il n'y a, non plus, aucune explication sur comment la complexité en soi pourrait donner
lieu à des moments conscients discrets. D'autres soutiennent la grande échelle, les sorties d'ensembles de décharges
axonales, les « salves », ou les « explosions » produisant de la conscience [18,39]. Mais les décharges axonales cohérentes
sont dans tous les cas précédées et causées par des intégrations dendritiques/somatiques synchronisées. En effet, la
synchronie gamma EEG – le meilleur corrélat de la conscience – est générée, non pas par des décharges axonales, mais par
des potentiels d'intégration dendritique/somatique. Par conséquent, certains suggèrent que la conscience implique
principalement les dendrites neuronales et les corps cellulaires / soma, c’est-à-dire dans les phases d'intégration de
séquences d'« intégration et décharge » [40–42]. L'intégration implique la réduction de l'incertitude, en fusionnant et
consolidant plusieurs possibilités en une seule, comme par exemple sélectionner les perceptions et les actions conscientes.
Fig. 1. Un neurone d'« intégration et décharge » du cerveau, et des coupes de ce neurone sont schématisés avec des microtubules internes. Dans les dendrites
et le corps du cellule/soma (à gauche) impliqués dans l’intégration, les microtubules sont interrompus et de polarité mixte, ils sont interconnectés grâce à des
protéines associées aux microtubules (MAP) en réseaux récursifs (le cercle en haut, à droite). L’intégration dendritique/somatique (avec la contribution des
processus des microtubules) peut déclencher des décharges axonales vers les synapses suivants. Les microtubules dans les axones sont unipolaires et
continus. Les jonctions de communication synchronisent les membranes dendritiques, et peuvent permettre l'intrication et l'intégration collective entre les
microtubules dans les neurones adjacents (cercle en bas à droite). En RO Orch, les calculs des microtubules quantiques se produisent durant l'intégration
dendritique / somatique, et les résultats choisis régulent les décharges axonales qui contrôlent le comportement.
2.3 Conscience et intégration dendritique
L’intégration neuronale est communément définie comme une addition linéaire de potentiels de membranes somatiquesdendritiques (Fig. 2a). Cependant, l’intégration réelle n’est pas passive, puisqu’elle implique activement des traitements
complexes [44–46]. Les membranes somatiques-dendritiques génèrent des potentiels locaux de champs (local field
potentials) qui créent l'électroencéphalogramme (EEG) incluant des synchronies gamma cohérentes : la corrélation
neuronale de la conscience la plus mesurable (‘CNC’ [47,48]). Les molécules anesthésiantes effacent la conscience d’une
manière sélective, en agissant sur les dendrites post-synaptiques et le soma, avec très peu ou pas d’effets sur la capacité de
décharges axonales. On peut dire que l'intégration dendritique/somatique est plus étroitement liée à la conscience, avec des
décharges axonales servant à transmettre des sorties de processus conscients (ou non-conscients) de contrôle du
comportement. Mais même une intégration active et complexe au niveau des neurones de Hodgkin–Huxley serait – à
l’exception d’une entrée totalement probabiliste (aléatoire) – entièrement algorithmique et déterministe, et ne laisserait
aucune place au libre arbitre, qui constitue une part de la conscience.
Toutefois, les neurones impliqués dans le processus du cerveau conscient s’écartent apparemment du modèle de
Hodgkin–Huxley. Naundorf et al. [43] ont montré que, dans les neurones corticaux de cerveaux d’animaux réveillés
(comparés à des neurones in vitro), le seuil de décharge au niveau des SIA (segments d’initiation des axones) variait d’une
manière significative d’un pic à l’autre (spike-to-spike) (Fig. 2b). En plus des entrées, des forces synaptiques et du potentiel
de membrane intégré SIA, d’autres facteurs contribueraient à l’intégration effective qui contrôle les décharges et,
finalement, influenceraient le comportement. Ce facteur inconnu de fin d’intégration et de pré-décharge est parfaitement
placé pour les perceptions et actes conscients. Qu’est ce que cela implique ?
Un facteur possible de modulation de décharge vient des connections latérales entre les neurones, via les jonctions de
communication, ou les synapses électriques (Fig. 1). Les jonctions de communication sont des complexes de protéines qui
fusionnent les neurones adjacents et synchronisent leurs états de polarisation des membranes, comme par exemple avec la
synchronie gamma EEG [49–54]. Les cellules de jonctions de communication connectées possèdent des membranes
synchronisées fusionnées ainsi que des volumes intercellulaires continus, de même que des jonctions de communication
ouvertes entre les cellules agissent à l’instar d’une porte entre deux chambres adjacentes. Les neurones connectés par des
jonctions dendritiques lacunaires ont des potentiels locaux de champs synchronisés en phases d'intégration, mais pas
nécessairement de sorties de décharges axonales synchronisées. Les réseaux dendritiques de jonctions de communication
Fig. 2. Comportements neuronaux d’« intégration et décharge » (a). Le modèle de Hodgkin-Huxley prédit que l'intégration par le potentiel de
membrane dans les dendrites et le soma atteint un potentiel de seuil étroit spécifique, au niveau de l'axone proximal, et décharge avec une
variabilité temporelle très limitée (petit tb − ta) pour des entrées données. (b) Des enregistrements de neurones corticaux chez des animaux éveillés
[43] montrent une grande variabilité des seuils de décharge effective et de chronologies. Un certain « facteur x » inconnu (lié à la conscience ?) a
modulé l’intégration afin d’exercer une influence causale sur les décharges et le comportement général.
synchronisées peuvent ainsi intégrer des sorties collectivement, renforçant les capacités de calcul [22]. Cependant, les
modulations à bases membranaire via les connections des jonctions de communication seraient prises en compte dans le
potentiel de membrane intégré, et ne permettent pas d’expliquer la variabilité des seuils observée par Naundorf et al. [43].
Un processus à plus petite échelle de l'intérieur des neurones (transmis de l'intérieur des neurones adjacents via des
jonctions de communication ouvertes) modifierait le seuil de décharge sans pour autant altérer le potentiel de membrane, et
pourrait servir de site de potentiel et de mécanisme pour la conscience.
De plus petites échelles pour le traitement intra-cellulaire, par exemple dérivées des structures du cytosquelette,
montrent le moyen par lequel des organismes unicellulaires exécutent des fonctions cognitives en l’absence d’entrées
synaptiques. En observant des actions intelligentes d’êtres unicellulaires, le célèbre neuroscientifique Charles Sherrington
[55] a dit en 1957 : « il n’y a aucune trace de nerf, mais peut-être que le cytosquelette pourrait en faire office ». Les
neurones ont un cytosquelette riche et organisé d’une manière unique, la majorité de ses composants étant des microtubules
bien placés et arrangés de façon unique pour abriter la conscience et réguler les décharges.
3. Une plus petite échelle pour le traitement de l'information neuronale
3.1 Microtubules
L’intérieur des cellules eucaryotes est organisé et façonné par leur cytosquelette, un réseau de protéines semblable à un
échafaudage de microtubules et de protéines associées aux microtubules (PAM), d’actine et de filaments intermédiaires[57].
Les microtubules (« MT », Fig. 3) sont des polymères cylindriques de 25 nanomètres de diamètre (nm = 10 -9m), et de
longueur variable, pouvant aller de quelques centaines de nanomètres à plusieurs mètres, dans les axones des longs nerfs. Les
MT s’ auto-assemblent grâce à des protéines nommées « tubulines », ayant la forme d'une cacahuète – chaque tubuline étant
un dimère composé de monomères alpha et beta, avec un dipôle qui donne aux MT des propriétés ferroélectriques. Chez les
MT, les tubulines sont généralement disposées en 13 protofilaments longitudinaux dont les connections latérales forment
deux types de réseaux hexagonaux (réseau -A et réseau -B [58]). C’est parce que les protofilaments sont décalés par rapport à
leurs voisins, très légèrement dans chaque direction, de manière à créer des rapports différents entre chaque tubuline et ses
six voisines les plus proches. Les voies hélicoïdales suivant la longueur des tubulines dimères voisines dans le réseau-A se
renouvellent chaque 5 et 8 tubulines, respectivement, sous n’importe quel protofilament. En revanche, suivant la longueur
des tubulines monomères, les voies hélicoïdales se renouvellent chaque 3 monomères, après s’être enroulées deux fois autour
du MT (concernant les protofilaments 13, selon la suite de Fibonacci 3, 5, 8, 13).
En plus de l'actine et d'autres structures du cytosquelette, les MT s’auto-assemblent pour créer la forme de la cellule,
régler la croissance et organiser des fonctions dont celles des neurones du cerveau. Toutes sortes de PAM s’accrochent à des
sites spécifiques de réseaux et créent des ponts vers d’autres MT, définissant une architecture cellulaire à l’instar de poutres et
poutrelles dans un bâtiment. Un autre genre de PAM est la protéine tau, dont un mauvais déplacement des MT donne lieu à
des intrications neurofibrillaires et au dysfonctionnement cognitif de la maladie d’ Alzheimer [59–61]. D’autres protéines
PAM comportent des protéines motrices (dynein, kinesin) qui se déplacent rapidement le long des MT, transportant des
« molécules-cargo » vers les synapses et des endroits spécifiques. Les protéines tau liées aux MT servent apparemment de
signaux de circulation, en déterminant où les protéines motrices doivent livrer leur cargaison. Ainsi, un positionnement
spécifique des protéines tau au sein des réseaux de MT semble refléter des informations codées régissant la plasticité
synaptique.
Figue. 3. Trois étapes (par exemple à 10 mégahertz d'intervalle) d'un automate de microtubules. Les états dipolaires de sous-ensembles de tubulines
(jaune, bleu) représentent les informations. (a) Les spins courants interagissent et font des calculs le long de réseaux de voies en spirale. Par exemple
(en haut, au milieu de chaque microtubule) deux ondes de spins bleus voyageant vers le haut et se croisent, générant une nouvelle onde de spin
verticale (un « glider gun » dans les automates cellulaires). (b) Processus général d’automates de microtubules [56].
Les MT sont particulièrement répandues dans les neurones (10 9 tubulines / neurone), et sont exceptionnellement
stables. Les cellules non neuronales subissent des cycles répétés de divisions cellulaires ou mitoses. Pour celles-ci, les
MT montent et démontent des fuseaux mitotiques avec des chromosomes séparés, établissent la polarité et
l’architecture des cellules pour se dépolymériser ensuite en tubulines et MT afin d’être réutilisées dans différentes
fonctions cellulaires. Toutefois, les neurones, une fois formés, ne se divisent plus, et les MT neuronaux peuvent dès
lors rester assemblés indéfiniment.
Les MT somatiques-dendritiques sont uniques pour d’autres raisons. Les MT dans les axones (et cellules non
neuronales) sont disposés radialement, se développant en s’étendent continuellement (avec la même polarité) du
centrosome près du noyau vers l'extérieur (vers la membrane cellulaire). Les MT dans les dendrites et les corps
cellulaires sont en revanche interrompus et de polarité mixte (Fig. 1), et disposés en réseaux récursifs locaux adaptés
pour l’apprentissage et le traitement d’informations [56]. Enfin, dans d’autres cellules, les MT peuvent s’assembler à l'une
extrémité et se désassembler à l'autre (treadmilling ou « phénomène du tapis roulant »), ou se développer pour ensuite se
démonter (« instabilité dynamique », ou « MT catastrophes » [62]). Les MT somatiques-dendritiques sont plafonnés par des
PAM spéciaux qui empêchent la dépolymérisation [63], ils sont donc stables et adaptés pour un codage de
l'information et de la mémoire à long terme (Fig. 4 [64]).
3.2 Traitement de l'information des Microtubules
Après l’observation générale de Sherrington en 1957 qui présente le cytosquelette comme système nerveux cellulaire,
Atema [65] a suggéré que les changements conformationnels de la tubuline se propageaient comme un signal le long des
microtubules. Hameroff et Watt [66] ont avancé par ailleurs que les dipôles de tubuline distincts des états conformationnels
(changements mécaniques dans la forme des protéines) pourraient représenter l’information, avec les réseaux MT agissant
comme un booléen bidimensionnel commutant les matrices avec un calcul entrée/sortie (input/output) qui se produit via
les PAM. Le traitement d’information MT a été également étudié dans le cadre des automates (« microtubules automates »)
cellulaires (« moléculaires »), où les dipôles des tubulines et les états conformationnels interagissent avec des états de
tubulines voisins au sein de réseaux MT hexagonaux, en couplant les dipôles synchronisés par une cohérence
biomoléculaire, comme proposé par Fröhlich [67–71].
Les changements conformationnels des protéines se produisent à différentes échelles de transition [72], par exemple
de 10-6 à 10-11 s. Les mouvements coordonnés des noyaux atomiques de la protéine, largement plus massifs que ceux des
électrons, demandent de l’énergie et génèrent de la chaleur. Les premières versions de RO Orch dépeignent l’état des
tubulines comme des conformations mécaniques alternées, couplées à – ou conduites par – des dipôles de la force de
London à l’intérieur de poches hydrophobes non-polaires [13–17]. Cependant, tous les calculs étaient basés sur les
couplages dipolaires, et les recherches récentes sur la RO Orch ne font pas cas des changements conformationnels, se
fondant plutôt uniquement sur les états dipolaires des tubulines pour représenter l’information (Sec. 3.3 ci-dessous).
Parmi les MT, chaque tubuline peut différer de ses voisins en raison de la variabilité génétique, des modifications posttranslationnelles [73,74], des états de phosphorylation, des liaisons des ligands et PAM et des transitions
conformationnelles et /ou des transitions des états dipolaires. Les sorties synaptiques peuvent enregistrer l’information dans
les MT somatiques-dendritiques dans les neurones du cerveau, au moyen de récepteurs métabotropiques PAM2 et CaMKII.
Il s’agit d’une holoenzyme hexagonale capable de transporter l'influx des ions de calcium vers les réseaux MT par
phosphorylation (Fig. 4 [64]). Ainsi, les tubulines dans les MT peuvent exister sous différents états, probablement une
douzaine sinon plus. Cependant, par souci de simplicité, les modèles d’automates MT se contentent de deux états de
tubulines alternatifs, c’est-à-dire des « bits » binaires.
Un autre facteur potentiel émerge de la géométrie spécifique des réseaux MT, dans laquelle des voies sinueuses
hélicoïdales (dans le réseau-A) renouvellent, selon Fibonacci, la séquence (3, 5, 8.. .), et peuvent corréler avec des
voies de conduction [75]. Les dipôles alignés le long de telles voies peuvent être favorisés (et couplés par des
vibrations MT mécaniques), influant ainsi sur les opérations des automates MT.
Les automates MT fixés sur des dipôles de tubuline en réseaux hexagonaux montrent une forte capacité
d’intégration et d’apprentissage [61]. Assumant que 109 tubulines binaires par neurone, commutant à 10 mégahertz
(107), donnent une capacité potentielle de MT de 1016 opérations par seconde et par neurone, les approches
conventionnelles sur le niveau des neurones – fondées sur les décharges axonales et les transmissions synaptiques (10 11
neurone/cerveau, 103 synapse/neurone, 102 transmission/synapse) – donnent un même chiffre de 1016 opérations par
seconde pour le cerveau dans sa totalité! Le traitement de l'information MT permet de révéler une énorme augmentation
de la capacité potentielle du cerveau [74].
Comment les processus micro-tubulaires (processus MT) peuvent-ils être déchiffrés de manière à influencer les
activités des réseaux neuronaux dans le cerveau? Premièrement, et comme nous l’avons déjà mentionné, durant
l’intégration dendritique/somatique , les processus processus MT peuvent influencer les décharges axonales pour
exécuter un comportement donné. Deuxièmement, les processus MT peuvent directement donner lieu à une prise de
conscience. Troisièmement, les processus MT peuvent réguler la plasticité synaptique, par exemple en tant que pistes et
guides pour les protéines motrices (dynein et kinesin) qui transportent les précurseurs synaptiques des corps de la
cellule aux synapses distales. Le mécanisme de guidance pour le choix du chemin approprié est inconnu, mais semble
impliquer le placement des PAM tau en des endroits spécifiques sur les réseaux MT. Dans la maladie d’ Alzheimer, la
protéine tau est hyper-phosphorylée et délogée de MT déstabilisés, formant des intrications neurofibrillaires qui ont un
lien avec la perte de mémoire [58–60]. Quatrièmement, les états des tubulines peuvent encoder des sites de liaisons, non
seulement des protéines tau, mais également des MAP structurelles qui déterminent l’échafaudage des cytosquelette et
donc régulent directement la structure neuronale, la différenciation et la formation synaptique. Enfin, on peut
directement rapporter le traitement d’informations micro-tubulaires à des activités à un niveau de plus large échelle de
neurones et de réseaux neuronaux, grâce à quelque chose de l’ordre de la dynamique à invariance d’échelle. En ce qui
concerne la dynamique du cerveau et de la structure, plusieurs sources de données pointent vers une auto-similarité
quasi-fractale (1/f), et ce sur différentes échelles spatio-temporelles [76,77]. Celles-ci sont généralement considérées
au niveau d'échelle des neurones et au niveau des réseaux neuronaux à plus grande échelle, mais peuvent aller plus bas
en taille (et plus haut en fréquence) vers une dynamique de MT intra-neuronale, couvrant 4 ou 5 niveaux d'échelle de
plusieurs ordres de grandeur.
Le traitement d’informations micro-tubulaires dépend des états dipolaires interactifs de protéines de tubuline
individuelles. Quels sont ces états et comment sont-ils contrôlés?
3.3 Tubuline dipolaire et anesthésie
La tubuline, comme d'autres protéines, est composée d'un groupe hétérogène de résidus d'acides aminés reliés à des
squelettes peptidiques. Les résidus comprennent aussi bien des groupes polaires solubles dans l’eau que des groupes nonpolaires insolubles dans l’eau – ces derniers comprenant des acides aminés « aromatiques » (phénylalanine, tyrosine et
tryptophane) avec des nuages à résonance orbitale électronique « π » dans des cycles de phényle et indole. Les nuages
orbitaux π sont composés d'électrons capables de se délocaliser à travers une région de l'espace. A l’image de l’huile qui se
sépare de l’eau, les nuages à électrons non-polaires fusionnent durant le repliement des protéines pour former des « régions
hydrophobes » d’où l’eau est exclue, au sein de protéines à solubilité particulière (« grasses », « comme les lipides »). Les
dipôles conduisant le repliement sont non-polaires, mais ce sont des dipôles de nuage d'électrons orbitaux π hautement
polarisables, qui se couplent au moyen de la force de van der Waals London (dipôle instantané - attractions de dipôle induit
entre les nuages d'électrons) [78].
Fig. 4. Kinases de calcium-calmoduline II (« CaMKII »), une holoenzyme hexagonale activée par l'afflux de calcium synaptique étend six « jambes »
de domaines de kinases au-dessus et au-dessous d'un domaine d’associations. Les 6 domaines de kinases correspondent précisément à la taille et
géométrie hexagonales dans les deux types de réseaux de microtubules, A et B ([64], avec la permission de Travis Craddock).
Fig. 5. La modélisation moléculaire de dimères de tubulines montre un tryptophane d’acides aminés aromatiques (bleu), de la phénylalanine
(violet) et de la tyrosine (vert) dans des régions hydrophobes non-polaires. Les sphères rouges sont des sites de liaisons anesthésiques (avec la
permission de Craddock et al.[79]). Les lignes courbes joignent les cycles selon une orientation particulière alignée le long de 5- et 8- départs de
canaux hélicoïdaux, comportant des sites de liaisons anesthésiques.
Dans les régions intra-protéinaires hydrophobes, les molécules de gaz anesthésique se sont liées par des couplages
dipolaires de la force de London, et ainsi (en quelque sorte) exercent leurs effets sur la conscience [79–83].
Historiquement, les différents points de vue sur l'action anesthésique se sont focalisés sur les protéines de la membrane
neuronale, mais des preuves concrètes (par exemple en génomique et en protéomique) [84,85] penchent vers une
action anesthésique sur les microtubules. Dans l'expérience anesthésique la plus décisive de toutes celles réalisées,
Emerson et al. [86] utilisèrent de l’anthracène fluorescent comme anesthésiant sur des têtards et ont montré que la
cessation des comportements de ces derniers survenait spécialement dès la fixation de l’anthracène anesthésique sur
leurs microtubules cérébraux. Malgré les hypothèses actuelles, les preuves confirment l'action anesthésique sur les
microtubules.
La tubuline (Fig. 5) contient 32 cycles d’acides aminés aromatiques (phényle et indole) avec des nuages
d’électrons à résonance π, le plus souvent dans une distance de transfert de résonance Forster de 1 à 2 nanomètres
[79]. Les cycles de résonance s’alignent le long des rainures qui traversent la tubuline, et semblent rencontrer ceux
des tubulines voisines le long de voies de réseaux hélicoïdaux (Fig. 6a). La simulation de molécules anesthésiques
(Fig. 5, sphères rouges) montre des liaisons dans un canal hydrophobe aligné avec les premiers 5 ème et 8ème sinueux
des voies hélicoïdales dans le microtubule du réseau-A.
Fig. 6. Dipôles dans des « canaux quantiques » du réseau-A de tubuline et de microtubules. (a) Sept voisinages de réseau-A de microtubules de
tubuline avec une disposition schématisée de cycles aromatiques le long de voies hélicoïdales de 3, 5 et 8 départs. (b) 5 départs (gauche) et 8 départs
(droite) de dipôles hélicoïdaux en cycles alignés de dipôles « bits » (bleu, jaune) et superposition des deux (gris – bits quantiques « qubits »). Bas
(les deux voies de dipôles): molécules (A) de gaz anesthésique forment leur propre couplages de dipôles ( force de van der Waals London), en
dispersant des dipôles collectifs et perturbant les calculs classiques et quantiques.
La Fig.6b montre des couplages collectifs de dipôles sous la forme de cycles continus. La superposition quantique
de deux états est représentée en gris. Les anesthésiques (en bas à droite) semblent disperser des dipôles nécessaires à
la conscience, produisant une anesthésie [80–83]. Les dipôles de nuages d’électrons peuvent aussi bien découler de la
séparation des charges (électriques) que de la rotation des électrons (magnétiques). Les dipôles de tubuline dans la RO
Orch ont été initialement définis comme des dipôles électriques de la force de London, impliquant la séparation des
charges. Cependant, nous suggérons à présent comme alternative, des dipôles magnétiques, qui seraient liés au
tournoiement des électrons et probablement également aux spins nucléaires (qui peuvent rester isolés de leur
environnement pendant de longues périodes). Les 'spin-flips' (changement de 'spin up' à 'spin down' et vice-versa)
pourraient se rapporter à des courants alternatifs dans les MT. Le spin est intrinsèquement quantique dans la nature, et
le transfert de ce dernier par le moyen de cycles aromatiques est intensifié par les hautes températures [87]. Dans les
Figs. 6 et 7, le jaune peut être considéré comme 'spin up', et le bleu comme 'spin down'.
Il convient de préciser, toutefois, que les notions de « haut » (up) et de « bas » (down) mentionnées ici sont
seulement figuratives. Il y a, en effet, la question de la direction dans la notion de spin ; en principe, la direction du
spin est celle de l'axe de rotation, où l’on considère conventionnellement que le sens de rotation est droitier par
rapport à la direction qui lui a été notifiée: le « haut » ferait référence à une direction spatiale choisie arbitrairement,
le « bas » indiquerait la direction opposée. Si la particule possède un moment magnétique (par exemple électrons,
protons ou neutrons), celui-ci est aligné (ou anti-aligné, selon le type de particule) avec son tournoiement ou spin.
Dans un microtubule, on suppose que le « haut » et le « bas » sont choisis pour désigner les deux directions opposées
le long de l'axe du tube lui-même, ou bien encore un autre choix d'alignement peut être approprié. Toutefois, comme
indiqué plus haut, le spin est une quantité typiquement mécanique quantique, et pour un objet à mi-rotation, comme
un électron ou un nucléon (neutron ou proton), toutes les directions possibles pour l'axe de rotation se posent comme
des superpositions quantiques d’une paire de directions choisie arbitrairement. En effet, les caractéristiques
directionnelles du spin quantique sont fondamentalement dépendantes du principe de superposition quantique.
Ici, nous pouvons imaginer que les chaînes de spins corrélés (« haut-haut-haut », « bas-bas-bas ») ou non
corrélés (« bas-haut-bas », « haut-bas-haut ») le long des voies des réseaux microtubulaires – ou peut-être quelque
chose de plus subtil – pourraient fournir des moyens biologiquement plausibles à la propagation de couples de bits
quantiques (qubits) tout au long des voies en question. Si ces chaînes de spins corrélés ont une signification
physique, on peut supposer que des processus périodiques de spin-flip ou tournoiement de précession (électrique ou
magnétique) peuvent se produire et pourraient être corrélés avec des courants alternatifs dans les microtubules à des
fréquences spécifiques. Les dipôles des nuages d’électrons peuvent résulter d'une séparation de charges (électrique)
ou du spin de l'électron (magnétique). Les dipôles de tubuline en RO Orch ont été initialement présentés comme des
dipôles électriques de la force de London, des écarts entre les charges électriques. Cependant, nous privilégions à
présent les dipôles magnétiques, par exemple liés au spin de l'électron, permettant probablement des « spin-flip » de
courants alternatifs dans les MT.
Fig. 7. Dipôle qubit dans microtubule, avec les états d'information de dipôle classiques et quantiques pour les 5 départs de voies hélicoïdales dans
les tubulines et les microtubules. A gauche: les 5 départs d’hélices dans le réseau-A de microtubules est aligné avec les dipôles dans des cycles
aromatiques d’intra-tubuline. Haut: dipôle « vers le haut » (jaune), bas: dipôle « vers le bas » (bleu). A droite: superposition quantique de deux
trajectoires hélicoïdales ascendantes et descendantes, couplées à des orientations de dipôles, soit, « qubits ». Les dipôles peuvent être des dipôles
électriques dus à des séparations de charges, ou dipôles magnétiques, par exemple reliés à un spin électronique (et/ou nucléaire). Des voies qubit
similaires peuvent se produire le long de voies à 8 départs ou autres voies.
Le groupe Anirban Bandyopadhyay de l'Institut national des sciences des matériaux à Tsukuba au Japon, a en
effet découvert des résonances conductrices dans de simples microtubules que l'on observe quand il y a un courant
alternatif appliqué à des fréquences spécifiques en gammes de gigahertz, mégahertz et kilohertz [88,89]. Voir la
Section 4.5.
Les décalages d’électrons dipolaires ont un effet négligeable sur les positions nucléaires via les mouvements des
charges et de recul de Mössbauer [90,91]. Le décalage de seulement un nanomètre dans la position d’un électron
peut déplacer un noyau de carbone à proximité de quelques femtomètres (longueurs de Fermi ~ 10 -15m), cet-à-dire
approximativement son diamètre. L'effet du spin des électrons et des dipôles magnétiques sur l’emplacement
nucléaire est moins connu. Des publications RO Orch récentes ont présenté les bits de tubuline (et les bits
quantiques, ou qubits) comme des états dipolaires intriqués cohérents agissant collectivement au sein de cycles de
nuages d'électrons d'acides aminés aromatiques, avec un changement conformationnel de seulement un femtomètre,
dû à un déplacement nucléaire [17,42]. Il s’avère que le décalage d’un femtomètre pourrait être suffisant pour la RO
Orch (Section 5.2).
Une plus petite échelle de traitement de l'information intra-neuronale basée sur les MT pourrait expliquer l'écart
du comportement de Hodgkin-Huxley et, nous l’espérons, les capacités de calcul renforcées. Cependant, comme
avec les modèles neuronaux, les approches fondées sur le traitement de l'information des MT par la physique
classique – par exemple, celles développées par Hameroff et ses collègues dans les années 1980 – font face à une
impasse réductionniste dans le traitement de la conscience. Le calcul amélioré en soi ne tient pas compte de certains
aspects de la conscience (Section 2.1). Il manquait quelque chose. Est-ce une caractéristique subtile de la mécanique
quantique ?
4. La physique quantique et la conscience
4.1 Non calculabilité et réduction objective (RO)
En 1989 Penrose publie The Emperor’s New Mind [23], suivi de Shadows of the Mind en 1994 [24]. Les deux
ouvrages, critiques sur le point de vue de l’« intelligence artificielle forte » (« forte AI ») – selon laquelle tous les
processus mentaux seraient entièrement computationnels – ont fait valoir, en faisant appel au théorème de Gödel et à
d'autres considérations, que certains aspects de la conscience humaine, comme la compréhension, devaient se trouver
au-delà de la portée de tout système computationnel, c’est-à-dire « non calculables ». La non-calculabilité est un
concept mathématique parfaitement défini, mais elle n'avait pas encore été considérée jusque là comme pouvant
sérieusement être le fait d’actions physiques. L'ingrédient non calculable nécessaire pour la conscience humaine et la
compréhension, suggère Penrose, devrait se situer dans une région où nos théories physiques actuelles sont
fondamentalement incomplètes, mais qui est toutefois d’une grande importance pour les échelles adaptées au
fonctionnement de notre cerveau. La seule possibilité sérieuse était l'incomplétude de la théorie quantique – une
incomplétude qu’Einstein et Schrödinger (et aussi Dirac) avaient reconnue, en dépit du fait que la théorie quantique
fût souvent présentée comme le summum de la réussite scientifique du 20 ème siècle. Cette incomplétude réside dans la
question non résolue dénommée le « problème de la mesure », que nous examinons plus en détail ci-dessous, à la
Section 4.3. Une manière de la résoudre serait de fournir une extension du cadre standard de la mécanique quantique,
en introduisant une forme objective de la réduction de l'état quantique – appelée « RO » ( réduction objective ), une
idée que nous développons ci-dessous, à la Section 4.3 [92–95].
Chez Penrose [23], la proposition RO suggérée provisoirement aurait vu son origine se déterminer par une
condition dite le critère « one-graviton ». Cependant, chez Penrose [93,95], un critère beaucoup plus fondé a été
utilisé, aujourd’hui fréquemment désigné par la proposition Diosi-Penrose (« DP » ; voir le travail antérieur de Diosi
[96,97], qui était un schéma gravitationnel similaire, bien que non motivé par les principes relativistes généraux
spécifiques). La proposition DP donne un seuil physique objectif, fournissant une durée de vie plausible aux états
quantiques superposés. D’autres propositions gravitationnelles RO ont été avancées de temps à autre ([98–101], cf.
[102–104]) comme solutions au problème de la mesure, en proposant des modifications de la mécanique quantique
standard, mais toutes diffèrent de la DP à bien des égards. Parmi celles-ci, seule la proposition DP (dans le cadre de
son rôle au sein de la RO Orch) a été suggérée comme ayant un rapport avec la question de la conscience. La
proposition DP est parfois désignée comme un schéma de « gravité quantique », mais elle ne fait pas partie des idées
habituellement retrouvées dans la gravité quantique, comme on le verra ci-dessous (Section 4.4). En outre, la
connexion proposée entre la conscience et la mesure quantique est presque opposée, dans le schéma RO Orch, au
genre d'idées qui a souvent été mis en avant dans les débuts de la mécanique quantique (voir, par exemple Wigner
[105]) – qui suggère qu'une « mesure quantique » est une chose qui se produit uniquement à la suite de l'intervention
consciente d'un observateur. La proposition DP soutient plutôt que chaque événement RO , qui est un processus
purement physique, est lui-même une sorte d’« observation » primitive, un moment d’« expérience de protoconscience ». Cette question sera également développée plus bas.
4.2 La nature de la mécanique quantique
Le terme « quantum » se rapporte à un élément discret d'énergie dans un système, tel que l'énergie E d'une particule
ou d'un autre sous-système – cette énergie étant liée à la fréquence fondamentale ν de son oscillation, selon la fameuse
formule de Max Planck (où h est la constante de Planck) : E=hν.
Cette relation profonde entre les niveaux d’énergie discrets et les fréquences d'oscillation est à la base de la dualité
particule/onde inhérente au phénomène quantique. Ni le mot « particule » ni le mot « onde » ne reflètent la véritable
nature d'une entité quantique basique, mais tous deux fournissent des images partielles utiles.
Les lois régissant ces entités quantiques sous-microscopiques diffèrent de celles régissant notre monde classique de
tous les jours. Par exemple, les particules quantiques peuvent exister sous la forme de deux ou plusieurs états ou
emplacements simultanément, là où une telle superposition multiple et simultanée d’alternatives (chaque alternative
étant pondérée par un nombre complexe) serait décrite mathématiquement par une fonction d'onde quantique. Le
problème de la mesure (mentionné plus haut) concerne justement la question de savoir pourquoi nous ne voyons pas
de telles superpositions dans le monde macroscopique consciemment perçu ; nous voyons les objets et les particules
comme de la matière, des objets classiques dans des emplacements et états spécifiques.
Une autre propriété quantique est l’« intrication non-locale », dans laquelle des composants séparés d'un système
deviennent unifiés – l’ensemble des composants étant régi par une fonction d'onde quantique commune. Les
différentes parties restent en quelque sorte connectées, même lorsqu’elles sont spatialement séparées par de très
importantes distances (le record expérimental actuel étant de 143 kilomètres [106]). Les superpositions quantiques
d'états binaires (bits quantiques ou qubits) peuvent être interconnectées entre elles à travers l’intrication dans les
ordinateurs quantiques. En revanche, les intrications quantiques, en soi, ne peuvent pas être utilisées pour envoyer un
message d'une partie d'un système intriqué à un autre ; cependant l'intrication peut être utilisée en conjonction avec
une signalisation classique pour obtenir des effets étranges – comme le phénomène désigné par téléportationquantique – que la transmission classique ne peut pas réaliser par elle-même [107–109].
4.3 Le problème de la mesure et la réduction objective (RO )
La question de savoir pourquoi nous ne percevons pas directement les superpositions quantiques est une
manifestation du problème de la mesure signalé plus haut. Plus précisément le problème de la mesure est le conflit
entre les deux procédures fondamentales de la mécanique quantique. L’une de ces deux procédures, nommée
l'évolution unitaire, notée ici U, est l'évolution déterministe et continue de l'état quantique (c’est-à-dire de la
fonction d'onde de l'ensemble du système) selon l'équation fondamentale de Schrödinger. La seconde est la
procédure adoptée quand une mesure du système – ou observation – est supposée avoir eu lieu, où l'état quantique
est remplacé d’une façon discontinue et probabiliste par un autre état quantique (considéré, techniquement, comme
un état propre d'un opérateur mathématique choisi pour décrire la mesure). Ce saut discontinu de l'état est désigné
par réduction d'état (ou l’« réduction de la fonction d'onde »), et sera noté ici R. C’est ce conflit entre U et R qui est
résumé par le terme « problème de la mesure » (mais peut-être avec plus de précision, il peut être désigné par « le
paradoxe de la mesure »), et sa nature problématique devient manifeste dès que l'on considère le dispositif de
mesure lui-même comme une entité quantique faisant partie de l’ensemble du système quantique, constitué du
système original sous observation et de son équipement de mesure. Après tout, le dispositif de mesure est construit à
partir du même type de composants quantiques (électrons, photons, protons, neutrons etc., ou quarks et gluons etc.),
de même que le système sous observation, et devrait alors être soumis également aux mêmes lois quantiques, cellesci étant décrites en termes de l’évolution continue et déterministe U. Comment alors, est-ce que R, discontinue et
probabiliste, peut résulter de l'interaction (mesure) entre deux parties du système quantique ? Tel est le paradoxe
rencontré par le problème de la mesure.
Les physiciens quantiques ont tenté de résoudre ce conflit de plusieurs façons [110–114]. Au début du 20ème
siècle, le physicien danois Niels Bohr, avec Werner Heisenberg, a proposé la pragmatique « interprétation de
Copenhague », selon laquelle la fonction d'onde d'un système quantique évoluant conformément à U n’est attribuée
à aucune « réalité » physique, mais considérée comme fournissant essentiellement la « comptabilité » nécessaire, de
sorte que d’éventuelles valeurs de probabilité puissent être affectées aux différents résultats possibles d'une mesure
quantique. Le dispositif de mesure lui-même est explicitement supposé se comporter de façon classique sans que
l’on tienne compte du fait que le dispositif soit finalement construit à partir de composants de niveau quantique. Une
fois la nature du dispositif de mesure définie, les probabilités sont calculées en partant de l'état où la fonction d'onde
a U-évolué, à l’instant de la mesure. Le « saut » discontinu que la fonction d'onde fait sur les mesures selon R est
attribué au changement dans la « connaissance » que le résultat de la mesure provoque chez l'observateur. Depuis, la
fonction d'onde n’est pas attribuée à une réalité physique, mais considérée comme se référant tout simplement à la
connaissance de l'observateur du système quantique, le saut est simplement supposé refléter le bond dans l'état de
connaissance de l'observateur, plutôt que dans le système quantique étudié.
Beaucoup de physiciens ne peuvent, cependant, se suffire à ce point de vue et le considèrent largement comme un
« bouche-trou », de sorte que du progrès puisse être fait en appliquant le formalisme quantique, sans que ce progrès
ne soit freiné par un manque d’ontologie quantique sérieuse – ce qui pourrait fournir une image plus complète de ce
qui se passe réellement. On peut se demander, en particulier, ce qu’il en est d’un dispositif de mesure dont on peut
ignorer le fait qu'il soit lui-même fabriqué à partir de composants quantiques, et qu’il est permis de le traiter de
manière entièrement classique. Un bon nombre de partisans de la perspective de Copenhague seraient d’avis que si
l’on considérait que le dispositif de mesure physique devait être traité, en fait, comme un système quantique, et donc
comme faisant partie d'une fonction d'onde générale évoluant selon U, ce serait l'observateur conscient qui, en
examinant les lectures sur ce dispositif, réduirait effectivement l'état selon R, attribuant ainsi une réalité physique à
l'alternative observée particulière résultant de la mesure. Par conséquent, avant l'intervention de la conscience de
l'observateur, les alternatives variées du résultat de la mesure incluant les différents états du dispositif de mesure,
auraient en effet encore à être traitées comme étant coexistantes en une superposition, conformément à ce que serait
une évolution habituelle selon U. De cette manière, le point de vue de Copenhague met la conscience en dehors de la
science et ne traite pas sérieusement, ni la nature ontologique ou le rôle physique de la superposition elle-même, ni la
question de savoir à quel point les superpositions quantiques – comme la vie et la mort superposées du chat de
Schrödinger (voir ci-dessous) – pourraient réellement devenir une chose ou une autre.
Une variante plus extrême de cette approche est « l’hypothèse des mondes multiples » d'Everett [115], dans laquelle
chaque possibilité dans une superposition évolue pour former son propre univers, donnant lieu à une multitude infinie
de mondes « parallèles » coexistants. Le flux de la conscience de l'observateur est censé, en quelque sorte, se
« scinder » de manière qu'il y en ait un dans chacun des mondes, au moins dans les mondes pour lesquels l'observateur
reste vivant et conscient. Chaque instance de la conscience de l'observateur fait l’expérience d’un monde séparé et
indépendant, et n’est directement consciente d’aucun des autres mondes.
Une approche plus « terre-à-terre » est la décohérence environnementale, dans laquelle l'interaction d'une
superposition avec son environnement « érode » les états quantiques, de sorte qu'au lieu d'une seule fonction d'onde,
une entité plus complexe, désignée par matrice densité (ou opérateur densité), est utilisée pour décrire l'état. Cependant,
la décohérence ne fournit pas une ontologie consistante à la réalité du monde dans son rapport avec la matrice densité
(voir, par exemple, Penrose [24], Sections 29.3 à 29.6), elle fournit seulement une procédure pragmatique. En outre,
cette approche ne traite pas de la façon dont R peut survenir dans les systèmes isolés, ni de la nature de l'isolation où un
« environnement » extérieur ne serait pas impliqué ; elle ne nous dit pas non plus quelle partie d'un système doit être
regardée comme la partie de l’« environnement », et elle ne fournit pas de limite à la taille de cette partie, qui peut
rester sujette à une superposition quantique.
D'autres approches évoquent divers types de réductions objectives (RO ), dans lesquelles un seuil objectif
spécifique est supposé provoquer une réduction de l'état quantique [116–118]. Le schéma spécifique de réduction
objective utilisé dans la RO Orch sera décrit plus bas.
Le pionnier de la physique quantique, Erwin Schrödinger, a pris soin de souligner les difficultés que rencontre
l'évolution U d'un système quantique, avec sa célèbre expérience de la pensée dite « le chat de Schrödinger » [119].
Ici, le sort d'un chat dans une boîte est déterminé en grossissant un événement quantique (c’est-à-dire la
désintégration d'un atome radioactif en une période de temps spécifique, qui donnerait une probabilité de
désintégration de 50%), en une action macroscopique qui tuerait le chat, de telle sorte que, selon la propre évolution
U de Schrödinger, le chat se trouverait dans une superposition quantique où il serait mort et vivant à la fois. Selon ce
point de vue dans l'interprétation de Copenhague, si cette évolution U est maintenue jusqu'à ce que la boite soit
ouverte et le chat observé, alors ce devrait être l’homme conscient observant le chat qui serait la cause du chat
comme devenant mort ou vivant (à moins bien sûr, que la propre conscience du chat ne soit considérée comme ayant
déjà servi à cette fin). Schrödinger a voulu illustrer l'absurdité de l'applicabilité directe des règles de la mécanique
quantique (en incluant sa propre évolution U) lorsqu'elle est appliquée au niveau d'un chat. Comme Einstein, il
considérait la mécanique quantique comme une théorie incomplète, et son « chat » a fourni un excellent exemple
pour souligner cette incomplétude. Il y a besoin de faire quelque chose à propos de la mécanique quantique,
indépendamment de la question de sa pertinence par rapport à la conscience.
4.4 RO et la gravité quantique
La réduction objective de Diosi-Penrose (DP) est une proposition particulière pour une extension de la mécanique
quantique actuelle, faisant le pont entre des niveaux de physique quantique et physique classique, en tant que
phénomène de « gravité quantique ». Ceci contraste avec les différents points de vue conventionnels (voir la Section
4.3), où ce pont est censé résulter, en quelque sorte – d’une « décohérence environnementale » ou de « l'observation
par un observateur conscient » ou d'un « choix entre des mondes alternatifs », ou bien d’une autre interprétation qui
tente à expliquer comment le monde classique d'une seule alternative réelle est supposé émerger, fondamentalement, à
partir d'ingrédients qui sont en superposition quantique.
La version DP de RO implique une interprétation originale du terme « gravité quantique ». Les idées actuelles de
gravité quantique (voir par exemple Smolin [120]) se réfèrent habituellement plutôt à une sorte de schéma physique
qui doit être formulé dans les limites de la théorie standard quantique des champs ; pourtant aucune théorie parmi
celles jusque là mises en avant, n’a pu jouir d’une acceptation universelle, et ni aucune d'entre elles n’a trouvé une
formulation satisfaisante et consistante. « RO » se réfère ici au point de vue alternatif qui dit que la théorie quantique
standard (théorie quantique des champs) n’est pas la réponse définitive, et que la réduction R de l'état quantique (« la
réduction de la fonction d'onde ») adoptée dans la mécanique quantique standard est réellement un processus physique
qui ne fait pas partie du formalisme unitaire conventionnel U de la théorie quantique (ou la théorie quantique des
champs). Dans la version DP de RO , la réduction R de l'état quantique ne se pose pas comme une sorte de commodité
ou comme une conséquence effective de la décohérence environnementale, etc. – comme semble le demander le
formalisme standard U – mais est plutôt considérée comme l'une des conséquences du mélange de l’ensemble des
principes de la relativité générale d'Einstein avec ceux du formalisme unitaire quantique U conventionnel, ce qui exige
une dérogation aux règles strictes de U. Selon ce point de vue de la RO , n’importe quelle mesure quantique – par
laquelle les alternatives de superposition quantique produites selon le formalisme U se réduisent à une seule occurrence
réelle – est un processus physique objectif réel considéré comme découlant du fait que le déplacement de masse entre
les alternatives soit suffisant, en termes gravitationnels, pour que la superposition devienne instable.
Dans la proposition DP de RO , la superposition se réduit à l'une des alternatives à une échelle de temps τ qui peut
être estimée selon la formule
(pour une superposition de deux états, chacun d’entre eux est supposé être
stationnaire par lui-même).
Fig. 8. Géométries d’espace-temps schématisées comme une dimension spatiale et une dimension temporelle dans lesquelles l’emplacement des
particules est représenté comme une courbure. A gauche : le haut et le bas montrent des histoires spatio-temporelles de deux emplacements
alternatifs de particules. A droite : superposition quantique des deux emplacements de particules en une bifurcation d’espace-temps dépeinte comme
l’union (« version collés ensemble ») des deux histoires alternatives (adapté de Penrose [24], p. 338).
Cependant, un point important à faire sur τ : il représente une sorte de temps moyen pour la réduction de l'état qui doit
avoir lieu. C’est beaucoup comme une demi-vie dans une désintégration radioactive. Le temps réel de désintégration
dans chaque événement isolé de réduction d’état, est considéré selon la DP (dans sa forme actuelle) comme un
processus aléatoire. Un tel événement impliquerait la totalité de l’état (en principe intriqué), et s’étendrait à travers
tout le matériel superposé impliqué dans le calcul de EG. Selon la DP (dans sa forme actuelle), le moment réel de
désintégration dans un événement particulier de réduction d’état se produit simultanément (en effet) sur la totalité de
l'état qui décrit la superposition, et il suit en moyenne la formule
(d'une manière similaire à la
désintégration radioactive). Ici
est la constante de Planck h en forme de Dirac, et EG est l'auto-énergie
gravitationnelle de la différence entre les deux distributions de masse (stationnaires) de la superposition. (Pour une
superposition où chacune des distributions de masse est une translation rigide de l’autre, EG est l'énergie nécessaire
pour déplacer un composant de la superposition dans le champ gravitationnel de l’autre, en le déplaçant de la
coïncidence vers l'emplacement du déplacement quantique [121]).
Il serait utile d'avoir une image conceptuelle de la superposition quantique dans un contexte gravitationnel. Selon
les théories physiques modernes reconnues, la réalité est enracinée dans un espace à 3 dimensions et un temps à 1
dimension, combinés dans un espace-temps à 4 dimensions. Cet espace-temps est légèrement courbé, conformément
à la théorie générale de la relativité d'Einstein, d'une manière qui encode les champs gravitationnels de toutes les
distributions de densité de masse. Chaque choix différent de densité de masse effectue une courbure d'espace-temps
de manière différente, quoique très légèrement. Ceci est l'image standard selon la physique classique. D'autre part,
lorsque les systèmes quantiques ont été étudiés par les physiciens, cette légère courbure de la structure de l'espacetemps induit par la masse a presque toujours été ignorée, les effets gravitationnels ayant été considérés comme
complètement insignifiants par rapport à des problèmes normaux qui font appel à la théorie quantique. Aussi
surprenant que cela puisse paraître cependant, ces divergences minuscules dans la structure espace-temps peuvent
avoir des effets importants, car elles entraînent des influences subtiles mais fondamentales sur les règles mêmes de
la mécanique quantique [92–95].
Dans le contexte actuel, les états quantiques superposés – pour lesquels les distributions de masse respectives
diffèrent considérablement les unes des autres – auront des géométries d’espace-temps qui, aussi, diffèrent en
conséquence. À titre d'illustration, voir Fig. 8 : nous considérons une feuille d’espace-temps à 2 dimensions (une
dimension d’espace et une dimension de temps). Dans la Fig. 8 à gauche, les courbures alternatives en haut et en bas
indiquent une masse à deux emplacements distincts. Si cette masse était en superposition de ces deux emplacements,
on peut s’attendre à voir les deux courbures, à savoir la bifurcation d’espace-temps représentée à droite de la Fig. 8 –
ceci étant l'union (« version collées ensemble ») des deux histoires d’espace-temps alternatives, représentées à
gauche. La partie initiale de chaque espace-temps est en haut à gauche de chaque diagramme individuel d'espacetemps, et donc, le diagramme d'espace-temps bifurquant à droite, se déplaçant vers le bas et vers la droite, illustre
deux distributions de masse alternatives évoluant dans le temps, la séparation de la courbure d’espace-temps qu'ils
décrivent étant croissante.
Du point de vue de la mécanique quantique (avant que la RO ait lieu), la « réalité physique » de cette situation –
comme le prévoit la fonction d'onde en évolution – est illustrée par une superposition réelle de ces deux variétés
d'espace-temps légèrement différentes, comme représenté à droite de la Fig. 8. Bien sûr, il y a une liberté artistique
dans le choix de représenter les feuilles d’espace-temps en 2 dimensions, puisque les véritables constituants de
l’espace-temps sont à 4 dimensions. D’autre part, il n'y a pas de sens à être attaché à l'« espace à 3 dimensions »
imagé, à l'intérieur duquel des feuilles d'espace-temps semblent résider. Il n'y a pas d’espace « réel » de dimension
supérieure – la « géométrie intrinsèque » de l’espace-temps en bifurcation étant tout ce qui a une signification
physique. Lorsque la « séparation » des deux feuilles d'espace-temps atteint une valeur critique, une des deux
feuilles « meurt » – conformément aux critères de la RO – l'autre étant celle qui persiste dans la réalité physique.
Ainsi, l'état quantique se réduit (RO ), en choisissant soit l'espace-temps plat ou celui courbé dans chacune des deux
séparations dans la Fig. 8
Fig. 9. Quand la courbure de superposition E atteint le seuil (par
sélectionné(e), et devient classique. L’autre cesse d’exister.
), RO se produit et un emplacement/courbure de particule est
Il convient de préciser que cette mesure de séparation des états de la superposition n’est que très
schématiquement illustrée, sous la forme de la « distance » entre les deux feuilles dans la Fig. 8. Comme remarqué
plus haut, il n'y a pas d’« espace dimensionnel supérieur ambiant » existant physiquement, à l'intérieur duquel
résideraient les deux feuilles. Le degré de séparation entre les feuilles spatio-temporelles est un objet mathématique
plus abstrait ; il serait mieux décrit en termes d'une mesure symplectique d' un espace de métriques
quadridimensionnelles (cf. [92,121]), mais ces détails (et ces difficultés) ne seront pas importants pour nous ici. On
peut noter, cependant, que cette séparation est une séparation d'espace-temps, et pas seulement une séparation
spatiale. Ainsi, le temps de séparation est autant mis à contribution que le déplacement spatial. C’est le produit de la
séparation temporelle T avec la séparation spatiale S qui mesure le degré global de séparation, et la RO a lieu
lorsque cette séparation globale atteint la valeur critique.
En l'absence d'une théorie cohérente de la gravité quantique, il n'existe pas de moyen reconnu pour traiter une
telle superposition comme une séparation (ou bifurcation) de géométrie d'espace-temps, ni aucun autre moyen. En
effet, les principes basiques de la relativité générale d'Einstein commencent à entrer en profonde contradiction avec
ceux de la mécanique quantique [93,95]. Une certaine forme de RO est nécessaire.
Le processus RO est censé se produire quand des superpositions quantiques entre ces espaces-temps légèrement
différents ont lieu (Fig. 9), se distinguant l’une de l’autre par une mesure intégrée d'espace-temps comparable à
l'échelle fondamentale de Planck (4-volume) de la géométrie d'espace-temps, qui est extrêmement minuscule. Comme
noté plus haut, il s’agit d’une mesure de volume quadridimensionnelle de Planck, impliquant à la fois le temps et
l'espace, nous trouvons alors que la mesure du temps est particulièrement minuscule lorsque la mesure de la
différence spatiale est relativement grande (comme avec l’hypothétique chat de Schrödinger), mais pour des mesures
de différences spatiales extrêmement minuscules, la mesure du temps peut être assez longue. Par exemple, un électron
seul isolé dans un état superposé (EG très basse) pourrait atteindre le seuil RO seulement après des milliers d'années
ou plus, tandis que si le chat de Schrödinger (~ 10 kg) pouvait être mis dans une superposition de vie et de mort, ce
seuil pourrait être atteint en moins de même l’unité de temps de Planck, de 10-43 s.
Comme indiqué précédemment, le degré de séparation entre les feuilles d'espace-temps est techniquement une
mesure symplectique dans l'espace de 4-métriques qui est une séparation d'espace-temps, et pas seulement une
séparation spatiale, le temps de séparation étant mis à contribution autant que le déplacement spatial. En gros, c’est le
produit de la séparation temporelle T et de la séparation spatiale S qui mesure le degré global de séparation, et la (DP)
RO se produit quand cette séparation globale atteint une valeur critique. Cette valeur critique serait de l'ordre de
l'unité, en unités absolues, pour laquelle la constante de Planck-Dirac ћ, la constante gravitationnelle G, et la vitesse
de la lumière c, toutes sont égaux à l'unité, cf. [24], pp. 337-339. Pour de petits S, la durée de vie τ ≈ T de l'état
superposé sera grande ; de l’autre côté, si S est grand, alors τ sera petit.
Pour estimer S, nous calculons (dans la limite newtonienne des faibles champs gravitationnels) l’auto-énergie
gravitationnelle EG de la différence entre les distributions de masse des deux états superposés. (Autrement dit, une
distribution de masse compte positivement et l'autre négativement ; voir [92,114,121]). La quantité S est alors donnée
par : S ≈ EG et T ≈ τ, d’où τ ≈ ћ /EG , et à dire, EG ≈ ћ /τ. Ainsi, la prévision de la DP est que la RO se produit avec le
choix spontané d’une géométrie spatio-temporelle particulière à partir de la superposition précédente quand, en
moyenne, τ ≈ ћ / EG .
Le schéma Orch-RO a adopté la DP comme une proposition physique, mais il va plus loin en tentant de relier
cette version particulière de la RO au phénomène de la conscience. En conséquence, le « choix » impliqué dans
n’importe quel processus de réduction d’état quantique serait accompagné par un (minuscule) proto-élément
d'expérience auquel nous faisons référence par « moment de proto-conscience », mais nous ne nous référons pas
nécessairement à ceci en tant que conscience réelle pour des raisons à détailler.
4.5. RO et RO Orch
Pour que la RO Orch et la conscience aient lieu, des superpositions quantiques d’auto-énergie gravitationnelle EG
devraient éviter la décohérence environnementale assez longtemps pour atteindre un temps τ par τ ≈ ћ/ EG. En effet, il
est essentiel pour la RO Orch que certains degrés de liberté dans le système soient maintenus isolés de la décohérence
environnementale, de sorte que RO puisse être utilisée par le système de façon contrôlée. Il convient de préciser que
dans le schéma DP, la décohérence environnementale ne doit pas nécessairement jouer un rôle important dans un
exemple donné de réduction d'état, bien que, dans des situations incontrôlées, l'environnement pourrait bien fournir la
contribution majeure à EG. Ce que la DP requiert est que, lorsque la réduction d'état R a lieu, cela se produit toujours
spontanément, par ce critère gravitationnel. Dans presque toutes les situations physiques, il y aurait beaucoup de
matière provenant de l'environnement qui serait intriqué avec un état de superposition quantique, et il se pourrait bien
que le déplacement majeur de la masse – et donc la contribution majeure à EG – se produise dans l'environnement
plutôt que dans le système en cause. Étant donné que l'environnement sera en intrication quantique avec le système, la
réduction d'état dans l'environnement affectera une réduction simultanée dans le système. Cela pourrait rendre le
temps d’occurrence de la réduction d'état R dans un système superposé considérablement plus court que ce qu'il aurait
été en l’absence de l’influence environnementale. L'environnement introduirait également un élément aléatoire
incontrôlable dans le résultat de la réduction, de sorte que tout élément non-aléatoire (bien que non-calculable)
influençant le choix particulier de l'état, qui est en fait résolu à partir de la superposition, soit complètement masqué
par ce caractère aléatoire. Dans ces circonstances, le processus RO pourrait ne pas se distinguer du processus R
standard de la mécanique quantique conventionnelle, que l’on pourrait considérer comme étant affecté par la
décohérence environnementale standard.
Si, toutefois, une superposition quantique est (1) « orchestrée », c’est-à-dire organisée de manière adéquate,
imprégnée d'informations cognitives, et capable d'intégration et de calcul, et (2) isolée d’un environnement aléatoire
non-orchestré assez longtemps pour que la superposition de EG évolue par le formalisme U afin d’atteindre le temps
τ par τ ≈ ћ/ EG, alors la RO Orch aura lieu et il en résultera, selon le schéma, un moment de conscience. Ainsi, si les
effets non calculables suggérés de cette proposition RO devaient être mis à nu – où DP est adopté et utilisé dans
l'évolution biologique, et finalement orchestré pendant des moments de conscience réelle – nous avons en effet
besoin d’une isolation significative de l'environnement.
Jusqu’à présent, aucune expérience n'a été suffisamment affinée pour déterminer si la proposition (DP) RO est
en fait respectée par la Nature, mais les essais expérimentaux du schéma sont assez proches de la limite de ce qui
peut être réalisé avec la technologie actuelle (voir [122]). Par exemple, on devrait commencer à voir les effets de ce
schéma RO si un petit objet, tel qu’un cube de 10 µm de matière cristalline, peut être tenu à une superposition
cohérente de deux endroits, qui se separent environ d'un diamètre d'un noyau atomique, pendant quelques secondes,
ou peut-être quelques minutes, afin d' atteindre le seuil donné par τ ≈ ћ/ EG.
Un point important dans ces expériences proposées et dans l'estimation des besoins pour la RO Orch, est que, afin
de calculer EG, il ne suffit pas de baser le calcul sur la densité moyenne de la matière de la superposition, étant
donné que la masse va être concentrée dans les noyaux atomiques, et pour un déplacement de l'ordre du diamètre
d'un noyau, cette non-homogénéité de la densité du matériau peut être cruciale, et peut bien fournir une valeur
beaucoup plus grande pour EG que ce qui serait obtenu si le matériau était supposé homogène. L'équation de
Schrödinger (plus précisément, dans l'approximation à température nulle, l'équation de Schrödinger-Newton, voir
[102, 117]) pour le matériau non superposé statique devrait être résolue, au moins approximativement, afin de
dériver la valeur attendue de la distribution de la masse dans chacun des deux composants distincts de la
superposition. Dans la fonction d'onde stationnaire de chaque composant, il y aurait un étalement quantique dans les
emplacements des particules constituant les noyaux (c’est-à-dire chaque fonction d'onde du composant ne devrait
normalement pas être très fortement au sommet à ces emplacements de particules, comme les emplacements seraient
considérablement étalés dans la plupart des matériaux).
Dans les situations considérées ici, où l’on s’attend à ce qu’un cerveau conscient soit à une température éloignée
d’une température nulle, et parce que les ordinateurs quantiques technologiques requièrent une température nulle, il
est très raisonnable de remettre en cause les activités cérébrales quantiques. Néanmoins, il est à présent bien connu
que la supraconductivité et d'autres effets quantiques à grande échelle peuvent en fait se produire à des températures
très éloignées du zéro absolu. En effet, la biologie semble avoir développé des mécanismes thermiques pour
favoriser la cohérence quantique. En 2003, Ouyang et Awschalom [87] ont montré que le transfert du spin quantique
à travers les nuages à résonance orbitale π dans le cycle phényle (les mêmes que ceux des régions hydrophobes de la
protéine, comme illustré dans les Figs. 5 à 7) est renforcé à des températures de plus en plus chaudes. (Des courants
'spin-flip' à travers les voies de microtubules, comme suggéré dans la Section 3.3 ci-dessus, peuvent être directement
analogues.)
Au cours des 6 dernières années, il est devenu manifeste que les plantes utilisent régulièrement le transport
d’électrons quantiques cohérents à des températures ambiantes dans la photosynthèse [123, 124]. Les photons sont
absorbés dans une région d'un complexe de protéine photosynthétique, et leur énergie est véhiculée par des
stimulations électroniques à travers la protéine vers une autre région, pour être convertie en énergie chimique afin de
fabriquer des nutriments. Dans ce transfert, les électrons utilisent plusieurs voies simultanément, à travers les nuages
d'électrons π dans une série de nanomètres chromophores isolés (analogues aux régions hydrophobes), optimisant
l'efficacité (par exemple, via ce que l'on appelle « saut d’exciton »). Les chromophores dans les protéines de
photosynthèse semblent permettre la conductance quantique des électrons, précisément de la même manière que les
cycles aromatiques sont supposés fonctionner dans la tubuline et les microtubules dans la RO Orch (Figs. 5-7) [125].
La conductance quantique à travers la protéine de photosynthèse est renforcée par des vibrations mécaniques
[126], et les microtubules semblent avoir leur propre ensemble de vibrations mécaniques (par exemple en mégahertz
comme suggéré par Sahu et al. [88, 89]). Les vibrations mécaniques en mégahertz sont ultrasonores, et des ultrasons
brefs, de faible intensité (sous-thermique) administrés au cerveau à travers le crâne modulent l'électrophysiologie, le
comportement et affectent, par exemple, l’amélioration de l'humeur chez les patients souffrant de douleurs
chroniques, peut-être par excitation directe des microtubules du cerveau [127].
D'autres recherches ont montré des effets quantiques chauds dans le système de navigation des cerveaux des
oiseaux [128], les canaux ioniques [129], le sens de l'odorat [130], l'ADN [131], le repliement des protéines [132], et
l'eau biologique [133]. Qu’en est-il pour les effets quantiques dans les microtubules? Dans les années 1980 et 1990,
des modèles théoriques ont prédit la cohérence gigahertz « Fröhlich » et les effets ferroélectriques dans les
microtubules [61, 66, 70]. En 2001 et 2004, les émissions cohérentes en mégahertz ont été détectées à partir de
cellules vivantes et attribuées à la dynamique des microtubules (alimentée par des champs électromagnétiques
mitochondriaux) par le groupe de Jiri Pokorný à Prague [134, 135].
À partir de 2009, Anirban Bandyopadhyay et confrères de l'Institut National des Sciences des Matériaux à
Tsukuba, au Japon, ont été en mesure d'utiliser les nanotechnologies pour répondre aux propriétés électroniques et
optiques des microtubules individuels [88, 89]. Le groupe a fait une série de découvertes remarquables suggérant
que les effets quantiques se produisent dans les microtubules à des températures biologiques. Tout d'abord, ils ont
découvert que la conductance électronique le long des microtubules, normalement de très bons isolants, devient
extrêmement élevée, approchant la conductance quantique, à certaines fréquences de résonance spécifiques de
stimulation de courant alternatif appliquée (AC). Ces résonances se produisent dans les plages gigahertz, mégahertz
et kilohertz, et sont particulièrement importantes à faibles mégahertz (par exemple '8,9 MHz'). Les conductances
induites par des fréquences AC spécifiques (par exemple mégahertz) semblent suivre plusieurs types de voies à
travers le microtubule - hélicoïdal, linéaire le long de l'axe des microtubules, et « en forme couverture » le
long/autour de toute la surface des microtubules. Ensuite, en utilisant différentes techniques, le groupe
Bandyopadhyay a également déterminé que la conductance AC à travers des microtubules à 25nm de largeur est
supérieure à la conductance à travers une seule tubuline à 4nm de largeur, indiquant des effets cohérents de
coopération, éventuellement quantiques tout au long du microtubule, et que les propriétés électroniques des
microtubules sont programmées à l'intérieur de chaque tubuline. Leurs résultats ont également montré que la
conductance a augmenté avec la longueur des microtubules, ce qui est indicatif des mécanismes quantiques.
La conductance de résonance (« cohérence de Bandyopadhyay » - « BC ») à travers les tubulines et les
microtubules est conforme avec les voies des cycles aromatiques intra-tubuline (Section 3.3, Figs. 5 à 7) qui peuvent
supporter des dipôles quantiques RO Orch, et où les liaisons anesthétiques se lient, apparemment pour effacer
sélectivement la conscience. Les expériences de Bandyopadhyay semblent fournir une preuve claire des états
quantiques cohérents des microtubules à température du cerveau.
4.6 Fréquences de battement
Le comportement cohérent quantique semble effectivement être pertinent, d'une manière qui s’applique même à des
systèmes biologiques, aux températures étonnamment chaudes. Par conséquent, il semble que nous ayons besoin d'un
prolongement de la proposition DP qui puisse être utilisé dans ces situations plus « chaudes ». Bien qu'une telle théorie
ne soit pas encore accessible, il s’avère important d’indiquer ici certains des problèmes clés, afin que nous puissions
connaître le rôle exigé par les idées relatives à la DP dans les propositions avancées aux sections ci-dessous.
En premier lieu, il convient de souligner que dans les traitements quantiques standards de systèmes à température
non nulle, la description serait en termes de matrice densité plutôt que d’une simple fonction d'onde. Une telle
description, en utilisant une matrice densité, peut être considérée comme un mélange de probabilités de différentes
fonctions d'onde – bien qu'une telle ontologie ne révèle pas toutes les subtilités impliquées, du moment où une matrice
densité unique peut être interprétée de différentes façons comme un tel mélange de probabilités (voir par exemple
[114], articles 29.4, 29.5). Pour l'instant, une généralisation entièrement appropriée du schéma DP et une description en
termes d'une matrice densité n'ont pas encore été apportées. Mais dans tous les cas il est peu probable que ce soit une
bonne chose à faire dans le contexte actuel, et ici nous devrions explorer une voie alternative pour la compréhension
des effets quantiques sur des systèmes de température chaude.
Il est important de garder à l'esprit que les systèmes biologiques sont très loin d'être en équilibre thermique, de sorte
qu'une affectation brute d'une « température » globale dans de tels systèmes est peu susceptible d'être vraiment
révélatrice. Chaque fois que nous demandons la manifestation d’effets quantiques à grande échelle dans un système
chaud, nous ne nous attendons pas à ce que tous les degrés de liberté soient simultanément impliqués dans ces effets et
donc uniformément thermalisés. Ce qu'il nous faut vraiment, c’est que certains de ces degrés de liberté puissent être
stimulés de manière à rester isolés de la plupart des autres, et que ces degrés stimulés puissent être maintenus dans une
certaine forme d'oscillation quantique qui peut préserver sa nature quantique pour un temps appréciable, sans se
dissiper ; ce temps assez long pour permettre au système d'atteindre le seuil RO Orch, est donné par
.
Dans de précédentes publications par rapport à RO Orch, le temps τ pertinent pour des moments conscients (voir
Fig. 11) a été supposé corréler avec les paramètres physiologiques EEG, à savoir de 10 à plusieurs centaines de
millisecondes, ce qui est relativement long pour des systèmes quantiques isolés. Cependant ici, nous suggérons une
autre façon par laquelle ces fréquences d'oscillation pourraient se produire, notamment les fréquences de battement,
apparaissant quand RO est appliquée à des superpositions d'états quantiques d’énergies légèrement différentes. Cela
rend la tâche de trouver une origine à ces fréquences observées beaucoup plus simple et plus plausible.
Afin de définir comment les idées de la DP peuvent avoir un lien avec de telles situations, examinons tout d'abord
l'hypothèse de stationnarité impliquée dans la proposition DP, où, afin d'appliquer strictement la DP, nous devons
considérer que chacun des états en superposition doit être regardé comme étant stationnaire si pris isolément. Dans la
mécanique quantique standard, un état stationnaire est un état propre d’énergie, c’est-à-dire un état d'énergie définie E
– ce qui nous dit que cet état quantique a une nature oscillatoire (complexe) avec une dépendance au temps
proportionnelle à
(voir, par exemple, [114], chapitre 21) de façon qu'il oscille avec la fréquence E/h (où
nous rappelons que
). Si nous avons un état Ψ qui est une superposition de deux états légèrement différents Ψ1
et Ψ2 , dont chacun serait stationnaire en tant que tel, mais avec deux énergies respectives très légèrement différentes E1
et E2, alors la superposition ne serait pas tout à fait stationnaire. Sa fréquence de base serait la moyenne (E1+ E1)/2h
des deux états, correspondant à l'énergie moyenne (E1 + E2)/2, mais serait modulée par une fréquence classique
beaucoup plus basse (« battements ») qui est la différence entre les énergies des deux états, à savoir |E1 − E2 |/ h,
conformément, très grossièrement, à l'identité mathématique suivante (où l'on peut prendre
et
pour représenter les fonctions d'onde quantiques pour les deux énergies) :
Si nous imaginons le terme complexe oscillatoire
pour représenter un état quantique Ψ1 et
pour représenter
l’autre état, alors nous voyons que leur superposition a une oscillation quantique complexe
, qui a une
fréquence qui est la moyenne des deux, mais ceci est modulé par une oscillation classique comme donné par le terme
cosinus, avec une fréquence bien plus basse déterminée par la différence entre les fréquences mécaniques quantiques E1
et E2 des deux états individuels Ψ1 et Ψ2. Cette fréquence de « battements » classique est en effet |E1 − E2|/h plûtot que |
E1 − E2|/2h parce que quand nous passons d’une amplitude quantique à une probabilité classique nous avons besoin de
prendre les modules au carré de l’amplitude, et dans ce cas cela revient à prendre les modules au carré de la moitié du
côté droit de l’expression ci-dessus, à savoir
pour trouver un composant de la
superposition et
pour l’autre. (Ce phénomène est étroitement lié à ce qui a été trouvé dans les
oscillations de neutrinos, voir [136]).
Pour être plus explicite sur la façon dont cela se produit, il est nécessaire de comprendre, d’abord, que les états
propres2 d’énergie, Ψ1 et Ψ2 , dans la superposition – c’est-à-dire les deux états stationnaires desquels l’état
quantique est composé, en superposition – vont, dans la situation étudiée, être différents des deux états
d’emplacement distinguables Λ et Π (considérés comme normalisés et mutuellement orthogonaux, et sans aucune
dépendance au temps) ; qui pourraient être les états d’un emplacement apparaissant comme le résultat du schéma RO
dans la proposition DP originale (qui est concernée par le cas dégénéré des valeurs propres égales d'énergie), ou
comme les deux états entre lesquels (comme nous le verrons) des oscillations classiques ont lieu (dans le cas des
valeurs propres inégales d'énergie). Nous regardons ici le cas des valeurs propres inégales d'énergie, donc les états
propres Ψ1 et Ψ2 doivent être distinctes et orthogonales l’une par rapport à l’autre, et nous pouvons supposer que
chacune d’entre elles est normalisé. En conséquence, nous pouvons choisir des phases pour les états qui constituent la
« base d’emplacements » Λ, Π, de sorte que Ψ1 et Ψ2 , quand formulés en termes de ces états d’emplacements,
prennent la forme :
,
pour quelque angle θ (mesurant l’« angle » entre la base d’énergie et la base des emplacements), où la dépendance au temps
de ces états est maintenant fournie par a = −E1 t/
et b = −E2 t/ , comme ci-haut. L’état quantique initial est
considéré comme une superposition
où α et β sont des complexes constants réalisant : |α|2+ |β|2 = 1. En termes des états des emplacements Λ et Π, nous
trouvons :
Pour trouver l’oscillation classique vers laquelle ceci devrait se réduire, selon notre proposition DP étendue, nous
calculons (selon la mécanique quantique standard) les probabilités de dépendance temporelle qu’une mesure nous
donnerait pour distinguer les deux états d’emplacements, ceci étant obtenu en prenant les modules carrés des coefficients
de Λ et Π, à savoir respectivement :
Ces deux probabilités sont supposées se résumer à 1, comme elles le devraient, et nous fournir une valeur de
probabilité qui oscille entre les deux emplacements (mais peut-être de manière préférentielle par rapport à l'un ou
l'autre, en fonction des paramètres) avec une fréquence déterminée par |a − b|, cet à dire une fréquence de
« battement » |E1 − E2|/h, comme affirmé plus haut. Il existe également une fréquence beaucoup plus haute
d'oscillation quantique, que dans des cas particuliers (par exemple |α| = |β| et θ = π/4), nous pouvons identifier
comme étant la moyenne (E1 + E2)/2h des deux fréquences quantiques composantes, mais où cette fréquence est pas
si précisément définie en général, quoique pouvant être considérée comme étant une valeur de cet ordre de grandeur.
Selon une application (brute) directe de DP, on pourrait imaginer que cette « mesure » (c’est-à-dire l'action RO )
soit une réduction spontanée de l'un ou l'autre de ces deux emplacements sur une échelle de temps de l'ordre général de
(où EG est l'auto-énergie gravitationnelle de la différence entre les espérances mathématiques des valeurs de
distributions de masse des deux états), mais avec un caractère aléatoire plus apparent, en ce qui concerne lequel de ces
deux emplacements soit repris lors de la réduction. Cependant, pour un système oscillant comme celui-ci, où l'état
quantique d'origine est une superposition de deux états stationnaires d’énergies légèrement différentes E 1 et E2, et qui
se comporte comme un état subissant effectivement une oscillation quantique avec une fréquence autour de (E1 +
E2)/2h et une oscillation classique de « battements » de fréquence |E1 − E2|/h, il semble approprié que nous adoptions
cette extension suggérée de la proposition DP originale, par laquelle les oscillations quantiques intervenantes se
réduisent spontanément à une oscillation classique dont la fréquence est la fréquence de battement, plutôt que de
simplement se réduire à un emplacement ou un autre de façon apparemment aléatoire qui ne manifesterait pas alors
clairement cette fréquence de battement. Nous prenons le temps de l'oscillation quantique combinée de l'état à réduire
pour étant
(en moyenne), tout comme dans la proposition DP originale, mais considérons maintenant la
réduction comme une oscillation classique (avec cette fréquence de battement), plutôt que l'une ou l'autre de la paire
d’états originales. C’est cette phase d’oscillation qui devient définitive lors de la réduction (RO ), plutôt que l'un ou
l'autre des deux emplacements signalés. Nous notons que dans la limite où nous prenons E1 et E2 comme étant
identiques, la période de battement deviendrait infinie, de sorte que dans une telle situation, la réduction emmene
simplement l'état à un emplacement ou l'autre, dans un temps moyen de l’ordre de τ ≈ /E1 = /E2 , tout comme dans
la proposition DP originale.
Nous avons pris τ comme étant beaucoup plus grand que la période d'oscillation quantique ∼2h/(E1 + E2), mais il
pourrait probablement être beaucoup plus petit que la période de « battements » h/|E1 − E2|. Nous devons garder à
l'esprit qu'il y aura un écart considérable entre les temps réels auxquels la réduction aura lieu (puisque, comme nous le
rappelons, le rôle de τ est vraiment que une sorte de demi-vie pour la réduction), mais cela affecte ici uniquement la
phase de l'oscillation, la fréquence elle-même étant tout simplement la fréquence de battement bien définie |E1 − E2 |/h.
En conséquence, si l'on considère que notre système se compose d'un grand nombre de superpositions quantiques
identiques du même genre, alors cette fréquence de battement deviendrait évidente à travers
le système dans son ensemble (comme dans un orchestre avec de nombreux violonistes jouant la même note, mais pas
en phase cohérente). Ainsi, selon cette proposition DP étendue, nous devons voir l’évidence de cette différence de
fréquence |E1 − E2|/h, comme un résultat du processus RO , ce qui serait beaucoup plus bas que les fréquences
individuelles extrêmement élevés E1 et E2, et la période d'oscillation h/|E1 − E2| pourrait être significativement plus
longue que τ.
Ainsi, nous pouvons considérer les moments conscients comme des événements RO Orch ayant lieu avec des
fréquences de battement |E1 − E2|/h, plutôt que les fréquences primaires E1 /h et E2 /h. Cela rend la tâche beaucoup plus
simple et plus plausible qu'elle ne l'avait été dans notre schéma précédent. Les superpositions quantiques doivent éviter
la décohérence de l'environnement, seulement pour un temps qui, tout en étant beaucoup plus long que les périodes des
fréquences primaires E1 et E2, pourrait néanmoins être court, comparé à la période de temps h/|E1 − E2| de la fréquence
de battement |E1 − E2|/h. Selon les conclusions de Bandyopadhyay, ces fréquences primaires peuvent être autour de 10
mégahertz, avec des périodes de temps de ∼10-8s. La décohérence pourrait avoir besoin d’être évitée pour un simple
dix-millionième de seconde, avec la conscience se produisant à des fréquences de battement beaucoup plus lentes. Par
exemple, si E1 et E2 sont à 10,000000 mégahertz et 10,000040 mégahertz respectivement, une fréquence de battement
de 40 Hz (par |E1 − E2|/h) peut corréler avec des moments conscients discrets.
Ces considérations n’ont pas pris en compte dans notre précédent point de vue plus simplifié le fait que les
fréquences d'oscillation, qui semblent être associées à des processus conscients, étaient le résultat d'occurrences
répétées de RO , et que les périodes d'oscillation devaient donc être identifiées avec la valeur de tau elle-même, par
exemple, 25 millisecondes pour des synchronies gamma de 40 Hz (Fig. 11). Il faut garder à l'esprit, par rapport à cette
précédente proposition, que τ est seulement une sorte de temps moyen de réduction (comme la demi-vie d'une
désintégration radioactive). Sur cette base, les événements RO Orch se produiraient à intervalles irréguliers et distincts,
et ne pourraient être que très grossièrement liés aux bandes globales requises, telles que la synchronie gamma (30 à 90
Hz) ou d'autres bandes de fréquences EEG. Il est un peu difficile de voir comment ce précédent point de vue provisoire
pourrait donner lieu à une fréquence caractéristique assez précise de l'oscillation, comme la synchronie gamma 40 Hz
EEG.
Néanmoins, dans un souci de continuité avec nos débats antérieurs, nous allons également faire référence à ce
schéma plus ancien en parallèle avec notre actuel point de vue sur la « fréquence de battement », mais même cette
nouvelle perspective doit être considérée comme provisoire, à divers égards. Il faut s’attendre à ce que les
mécanismes réels qui sous-tendent la production de la conscience dans un cerveau humain soient bien plus
sophistiqués que tout ce que nous pouvons mettre en avant à l'heure actuelle, et seraient susceptibles de différer à bien
des égards de ceux que nous serions en mesure d’anticiper dans nos propositions actuelles. Néanmoins, nous estimons
que les suggestions que nous mettons en avant ici représentent une tentative sérieuse aux prises avec les questions
fondamentales soulevées par le phénomène de la conscience, c’est dans cet esprit que nous les présentons ici.
5. RO Orch et la biologie quantique du cerveau
5.1 Calcul quantique dans le cerveau
Penrose [23,24] suggère que la conscience dépend d'une certaine manière de processus de la nature générale des
calculs quantiques qui se produisent dans le cerveau, ceux-ci se terminant par une certaine forme de RO . Ici, le terme
« calcul quantique » est utilisé dans un sens large, dans lequel l'information est encodée sous une certaine forme
physique discrète (pas nécessairement binaire), et où l'évolution est déterminée selon le processus U (équation de
Schrödinger). Dans l’image standard des ordinateurs quantiques [137-139], les informations sont représentées, non
seulement sous la forme de bits de valeur 1 ou 0, mais aussi, au cours du processus U, comme une superposition
quantique de 1 et 0 à la fois (bits quantiques ou « qubits ») où, d'ailleurs, les intrications de grande échelle entre
plusieurs qubits seraient également impliquées. Ces qubits intriqués se calculeraient, conformément à l'équation de
Schrödinger, afin de permettre un traitement en calcul parallèle et potentiellement de façon très efficace. Comme ayant
été conçus à l'origine, les ordinateurs quantiques agiraient en effet en stricte conformité avec U, mais à un moment
donné une mesure est effectuée, provoquant une réduction de l'état quantique R (généralement, avec un caractère
aléatoire introduit). En conséquence, la sortie est sous la forme d'un état bien défini en termes de bits classiques.
Une proposition faite par Penrose [23] dit que quelque chose d'analogue au calcul quantique, procédant par
l'équation de Schrödinger sans décohérence, pourrait bien agir dans le cerveau, mais où, pour les processus conscients,
cela devrait se terminer, conformément à un certain seuil d'auto-réduction, par une forme de RO non-calculable. Un
calcul quantique se terminant par RO pourrait ainsi être associé à la conscience. Toutefois, aucun candidat plausible en
biologie pour le calcul quantique dans le cerveau n'a pu être trouvé, puisqu'on connaissait mal alors les microtubules.
Penrose et Hameroff s'associèrent au début des années 1990 lorsque, heureusement, la forme DP du mécanisme RO
était alors devenue accessible pour être appliquée dans l'extension des modèles d'automates de microtubules pour la
conscience comme cela avait été développé par Hameroff et ses confrères.
Comme décrit dans la Section 2.3, le site le plus stratégique et le plus logique pour des microtubules RO Orch
cohérents et pour la conscience se trouve dans les dendrites post-synaptiques et le soma (dans lesquels les
microtubules sont seulement acheminés et stabilisés) pendant les phases d’intégration dans les neurones
d'« intégration et décharge » du cerveau. Les entrées synaptiques pourraient « orchestrer » les états de tubuline régis
par des dipôles quantiques, menant à une superposition des tubulines dans un grand nombre de microtubules, tous
impliqués ensemble de manière cohérente quantique dans un état quantique à grande échelle, où l'intrication et le
calcul quantique se produisent durant l'intégration. La terminaison, par RO , de ce calcul quantique à la fin des phases
de l'intégration, devrait sélectionner des états de microtubules qui pourraient alors influencer et réguler les décharges
axonales, contrôlant ainsi le comportement conscient. Les états quantiques d'un neurone en particulier, dans les
dendrites et le soma, pourraient s'intriquer avec des microtubules dans l'arbre dendritique de ce neurone, et également
dans des neurones voisins via des jonctions de communication dendritiques-dendritiques (ou dendritiques-neuronedendritiques), permettant l'intrication quantique de tubulines de microtubules superposées parmi plusieurs neurones
(Fig. 1). Ceci permet l'unité et la liaison du contenu conscient, et un grand EG, qui atteint le seuil rapidement (par τ ≈
/EG ), comme dans la fin d'intégration dans les périodes de temps EEG pertinentes, cet à dire de τ = 0.5s à τ = 10 2
s. Dans la proposition RO Orch dans la sens de « fréquence de battement », nous envisageons que τ pourrait être
beaucoup plus court – par exemple environ 10-8s – intervalle de temps déjà pendant le quelle, comme a été démontre
par le groupe de Bandyopadhyay, l'apparente cohérence quantique dans les microtubules peut être soutenu. Dans
chaque cas, ou dans un mélange des deux, RO Orch fournit un moyen de rendre compte de moments fréquents de
prise de conscience et de choix qui régissent le comportement conscient.
Nous avons décrit (Section 3) les automates de microtubules, dans lesquels les tubulines représentent des états
d'information distincts, interagissant avec des états voisins, conformément à des règles basées sur les couplages de
dipôles qui peuvent s'appliquer soit aux dipôles électriques de la force de London, soit aux dipôles magnétiques de
spin d'électrons. Ces dipôles déplacent légèrement (femtomètres) les noyaux atomiques, se mettent en superposition
quantique, deviennent intriqués et effectuent des calculs quantiques dans un processus U. Dans les dendrites et le
soma des neurones du cerveau, les entrées synaptiques pourraient encoder la mémoire en alternant des phases
classiques, évitant ainsi la décohérence environnementale aléatoire pour « orchestrer » le processus quantique U, leur
permettant d'atteindre le seuil à l'instant τ pour une réduction objective RO Orch orchestrée par τ ≈
/ EG. A ce
moment, selon cette proposition, un moment de l'expérience consciente se produit, et les états de tubuline sont
sélectionnés, ce qui influence les décharges axonales et la mémoire d'encodage, et régule la plasticité synaptique.
Un moment RO Orch est schématisé sur la Figure 10. Le panneau supérieur montre des automates de
microtubules avec une superposition (en gris) EG croissant sur une période jusqu'à l'instant τ, évoluant d'une manière
déterministe et algorithmique par l'équation de Schrödinger (U) jusqu'à ce que le seuil pour une RO soit atteint, par τ
≈
/ EG, temps auquel RO Orch se produit, s'accompagnant d'un moment d'expérience consciente. Dans la
modification de la « fréquence de battement » de cette proposition, ces événements RO Orch pourraient se produire
sur une échelle de temps plus rapide, par exemple en mégahertz. Leurs fréquences de battement beaucoup plus lentes
pourraient alors constituer des moments conscients. La sélection particulière de perceptions conscientes et des choix
impliquerait, selon la théorie quantique standard, un processus tout à fait aléatoire, mais selon RO Orch, la réduction
(objective) pourrait agir de manière à sélectionner des états spécifiques en conformité avec un genre de nouvelle
physique non-calculable (en ligne avec de suggestions faites par Penrose [23,24]).
Fig. 10 (au milieu) représente des courbures d'espace-temps alternatifs superposés (Figs. 8 et 9) correspondant
aux superpositions montrées dans les MT en haut de la figure, atteignant le seuil à l'instant de RO sélectionnant un
espace-temps. Fig. 10 (en bas) montre un schéma du même processus, par exemple, un moment conscient dans une
séquence de tels moments (Fig. 11).
L'idée est que la conscience est associée à ce processus RO (gravitationnel), mais (voir Section 4.5) se produit
d'une manière significative uniquement lorsque (1) les alternatives font partie d'une structure cognitive hautement
organisée capable de traiter l'information, de sorte que RO se produise dans une forme extrêmement orchestrée, avec
un grand nombre de microtubules agissant d'une manière cohérente, afin qu'il y ait un déplacement de masse
suffisant, dans l'ensemble, pour que le critère τ ≈ / EG soit satisfaite ; (2) l'interaction avec l'environnement doit être
évitée pendant assez longtemps durant l'évolution du processus U afin que les composants de la superposition si
strictement orchestrés atteignent le seuil RO sans que ce ne soit trop aléatoire, et afin qu'ils reflètent une influence
non calculable significative. C'est seulement là qu'un événement RO Orch conscient d'une manière reconnaissable a
lieu. D'autre part, on peut considérer que toute éventualité individuelle de RO sans orchestration serait un moment de
proto-conscience aléatoire manquant de cognition et de contenu significatif.
Nous verrons la RO orchestrée plus en détail sous peu, de même que son signifiance bien-fondé pour les
microtubules. Dans tous les cas, nous reconnaissons que les éléments expérientiels de la proto-conscience seraient
intimement liés aux ingrédients les plus primitifs de géométrie d'espace-temps à l’échelle de Planck, ces
« ingrédients » présumés étant considérés comme se trouvant au niveau ridiculement minuscule de 10 -35m et 10-43s,
une distance et un temps dont les ordres de grandeur sont 20 fois plus petits que ceux des échelles normales de la
physique des particules et leurs processus les plus rapides, et ils sont, de loin, plus petits que les échelles biologiques
des processus. Ces échelles concernent seulement les différences normalement extrêmement minuscules dans la
géométrie spatio-temporelle entre différents états en superposition, les états séparés eux-mêmes étant énormément
plus grands. RO a lieu forcément quand de ces minuscules différences d'espace-temps atteignent le niveau de Planck
(à peu près). En raison de l'extrême faiblesse des forces gravitationnelles par rapport à celles des forces chimiques et
électriques de la biologie, l'énergie EG est susceptible d'être beaucoup plus petite que toute l'énergie qui provient
directement de processus biologiques.
RO agit effectivement instantanément comme un choix entre des alternatives dynamiques (un choix qui est une
part intégrale des dynamiques quantiques pertinents) et EG ne doit pas être pensée comme étant en concurrence
directe avec aucune des énergies biologiques habituelles, puisqu'elle joue un rôle complètement différent, en
fournissant l'énergie dont on a besoin d'une manière incertaine qui permet alors de faire un choix entre les géométries
d'espace-temps séparées, plutôt que de fournir une énergie réelle qui entrerait dans des considérations de balances
d'énergie, qui auraient une pertinence directe pour les processus chimiques ou physiques normaux. Cette incertitude
Fig. 10. En haut : Image provisoire d’un événement conscient par calcul quantique parmi un grand nombre de microtubules, agissant tous de manière
cohérente, de sorte qu’il y ait un déplacement suffisant de masse pour permettre à la RO Orch d’avoir lieu. Les tubulines sont dans des états
dipolaires classiques (jaune et bleu), ou dans une superposition quantique de deux états bipolaires. Un calcul /superposition quantique se développe
durant les phases d’intégration (1-3) dans les neurones d'« intégration et décharge » du cerveau, augmentant la superposition quantique EG (tubulines
grises) jusqu’à atteindre le seuil au temps τ ≈ / EG, auquel temps le moment conscient survient et les états de tubulines sont sélectionnés – ce qui
régule les décharges et contrôle le comportement conscient. Au milieu : deux courbures d’espace-temps superposées alternatives, étant en
correspondant, atteignant le seuil au moment RO et sélectionnant une courbure d’espace-temps. En bas : schéma d’un événement RO conscient
montrant une évolution selon U de superposition quantique et augmentant EG jusqu’à atteindre le seuil RO , et un moment conscient se produit par τ
≈ / EG.
d'énergie est l'ingrédient clé du calcul de la réduction de temps τ et il est normale que cette incertitude d'énergie soit
en effet beaucoup plus petite que les énergies qui sont normalement étudiées en ce qui concerne la balance de
l'énergie chimique. S'il n’en n’avait pas été ainsi, il y aurait eu alors un danger de conflit avec des considérations
habituelles de balance d'énergie.
Cependant la faiblesse extrême de la gravité nous dit qu'il doit y avoir une quantité considérable de matière
impliquée dans le déplacement de masse cohérent entre les structures superposées, afin que τ puisse être assez petit
pour jouer son rôle nécessaire dans le processus RO pertinent dans le cerveau. Ces structures superposées devraient
également traiter l'information et réguler la physiologie neuronale. Selon la RO Orch, les microtubules sont au centre
de ces structures, et une sorte de calcul biologique quantique dans les microtubules (peut-être dans les microtubules
de réseau-A les plus symétriques) pourrait avoir évolué pour fournir une connexion subtile directe à la géométrie
d'échelle de Planck menant éventuellement à des moments discrets d'une expérience consciente réelle et de choix.
Comme décrit plus haut, ces derniers sont supposés se produire principalement dans des microtubules somatiquesdendritiques durant les phases d'intégration dans des neurones du cerveau d'« intégration-décharge », ayant pour
résultat des séquences de moments conscients de RO Orch se produisant dans la biologie du cerveau, et permettent de
réguler les décharges neuronales et le comportement.
5.2. Qubits de tubuline et moments conscients RO Orch :
Pour que la RO Orch soit opérationnelle dans le cerveau, nous aurions besoin de superpositions cohérentes de
quantités suffisantes de matière qui correspondra à E G (par exemple un microtubule), non perturbés par des
intrications environnementales, où cette réduction se produit conformément au schéma RO présenté ci-dessus, à une
échelle de temps de l'ordre général d'une expérience consciente. Pour un type ordinaire d'expériences, ceci pourrait
être autour de τ = 0,5s à τ = 10-2s, qui correspond aux corrélats neuronaux de la conscience, comme les fréquences
particulières d'électroencéphalogrammes (EEG), les gestalts visuels et les moments conscients rapportés.
Pour examiner si la RO Orch peut être mise en œuvre pour un temps de réduction particulier choisi, déterminé
conformément à τ ≈ / E G , l'auto-énergie EG doit être calculée pour ce τ, qui est censé correspondre à la durée des
moments conscients ou peut-être les intervalles entre ces derniers. Nous pourrions calculer EG à partir de la différence
entre les distributions de masse entre deux états de tubuline en superposition, mais, comme précédemment mentionné,
l'utilisation simplement d'une densité moyenne ne peut pas être adéquate (vu que la masse est concentrée dans les
noyaux). Il y a, cependant, une grande incertitude sur la façon dont ces noyaux sont supposés être « étalés » comme
indiqué plus haut – ce qui est relié à la façon dont les microtubules sont supposés être « cristallins ». En conséquence
nous avons calculé EG pour la tubuline séparée d'elle-même en trois niveaux de séparation possibles : (1) l'entière
protéine lissée (séparation partielle), (2) ses noyaux atomiques et (3) ses nucléons (protons et neutrons). Dans notre
image l'effet dominant est susceptible d'être une séparation au niveau des noyaux atomiques (2), par exemple la
longueur de Fermi pour les noyaux de carbone (2,5 femtomètres). Ce changement est le même que ce qui est prédit
comme étant causé par les séparations de charges d'électrons de 1 nanomètre, par exemple les dipôles de la force de
London dans des cycles d'acides aminés aromatiques.
En utilisant τ ≈ / E G , où nous pouvons choisir t comme 25ms pour des synchronies gamma de 40Hz de moments
conscients, nous avons calculé le nombre de tubulines nécessaires dans la superposition, séparées par le diamètre de
leur noyau atomique (carbone). Parce que le déplacement du noyau carbone est plus grand que son rayon, l'autoénergie gravitationnelle EG pour la séparation de superpositions d'un atome de carbone est grossièrement donnée par :
EG = Gm² / ac où G est la constante gravitationnelle, m la masse nucléaire du carbone, et ac le rayon de la sphère du
noyau égale à une distance de 2,5 Fermi. Nous avons calculé que, à peu près 10 10 tubulines déplacées des
superpositions cohérentes pour 25 ms vont, sur ces bases, s'auto-réduire dans cette période de temps et obtenir la RO
Orch. Pour un τ de 500 ms, = 109 tubulines seraient nécessaires.
Les neurones contiennent chacun environ 109 tubulines, mais seulement une fraction par neurone est susceptible
d'être impliquée dans la conscience (par exemple une fraction de ceux-ci dans les dendrites et le soma). Des états
macroscopiques globaux, comme la supraconductivité, découlent de la cohérence quantique parmi seulement de très
petites fractions de composants. Si 0,1 % des tubulines parmi un ensemble donné de neurones était cohérent pour
25ms, alors 20000 pareils neurones seraient nécessaires pour obtenir RO . Dans le cerveau humain, cognition et
conscience sont, à un moment donné, supposées impliquer des dizaines de milliers de neurones. On estime que les
« ensembles de cellules » de Hebb [140] , les « modules » de Eccles [141] et les « ensembles de neurones cohérents »
de Crick et Koch [48] contiennent chacun quelque 10000 à 100000 neurones pouvant être distribués au hasard à
travers tout le cerveau [37]. Dans l'approche de fréquence de battements, un temps plus petit τ = 10-8s pourrait peutêtre suffire, mais demande une superposition EG de microtubules plus large, à peu près 10 9 neurones, ou 1 % du
cerveau.
Des mouvements d'électrons peuvent décaler les noyaux atomiques sur une distance de l'ordre d'un diamètre de
noyau, on suppose que des séparations de superpositions d'électrons d'environ 1 nanomètre pourraient avoir pour
résultat des séparations de superpositions nucléaires atomiques (exemple carbone) de quelques femtomètres
(longueur Fermi) [85], qu'on estime à environ la longueur d'un diamètre nucléaire, semblant ainsi rejoindre l'exigence
DP pour la RO .
En supposant que les états quantiques des microtubules ont lieu dans des neurones spécifiques du cerveau,
comment cela pourrait-il impliquer des microtubules dans d'autres neurones à travers le cerveau ? La RO Orch dit que
les états quantiques peuvent s'étendre par intrication entre des neurones adjacents à travers les jonctions de
communication, des connections électriques primitives entre des cellules adjacentes (Fig. 1) Structurellement les
jonctions de communication sont des fenêtres qui peuvent être ouvertes ou fermées. Quand elles sont ouvertes, les
jonctions de communication synchronisent des états de polarisation de membranes cellulaires, mais également
permettent le passage des molécules entre les compartiments cytoplasmiques de deux cellules. Alors, les membranes,
ainsi que les intérieurs cytoplasmiques de neurones connectés par jonctions de communication sont continus, se
formant essentiellement en un complexe « hyper-neurone » ou syncytium. (Ironiquement, avant que Ramon-y-cajal
ne montre que les neurones étaient des cellules discrètes, le modèle répandu pour la structure du cerveau était un
syncytium entrelacé continu proposé par Camille Golgi.) Les états quantiques dans les microtubules dans un neurone
peuvent, nous proposons, s'étendre par intrication et par l'effet tunnel à travers les jonctions de communication vers
des microtubules dans des neurones adjacents (incluant des inter-neurones), potentiellement s'étendant aux
syncytiums. A partir de 1998, des données ont commencé à apparaître démontrant que la synchronie gamma, le
meilleur corrélat mesurable de la conscience, dépendait des jonctions de communication, en particulier les jonctions
dendritiques-dendritiques [49-54]. Pour tenir compte de la distinction entre les activités conscientes et les activités
non conscientes d'« auto-pilotage », ainsi que du fait que la conscience puisse se produire dans différentes régions du
cerveau, Hameroff [22] a développé le modèle de « pilote conscient » dans lequel les zones syncytiales de
synchronies gamma dendritiques se déplacent autour du cerveau, et sont régulées par des ouvertures et des fermetures
de jonctions de communication, à leur tour régulées par les microtubules. Ce modèle suggère que la conscience se
déplace littéralement autour du cerveau dans une zone synchronisée mobile à l'intérieur de laquelle des microtubules
intriqués isolés effectuent des calculs quantiques et RO Orch. Pris ensemble, la RO Orch et le pilote conscient
distinguent les processus conscients des processus non conscients dans le cerveau. Alternativement, des microtubules
spatialement séparés peuvent éventuellement s'intriquer entre différents neurones [142], de façon à ce que les
jonctions de communication soient nécessaires pour la RO Orch ou les modes pilotes conscients.
En appliquant τ ≈ / E G à un grand nombre de neurones du cerveau, nous trouvons que, avec ce point de vue
tenant compte de la RO Orch, un spectre de différents types possibles d'événements conscient pourrait se produire,
incluant ceux de plus hautes fréquences et intensités. On peut noter que l'on a trouvé que les médiateurs de singes
tibétains avaient des synchronies gamma 80 HZ, et peut-être une expérience plus intense [143]. Ainsi, selon le point
de vue proposé plus haut, où nous avons interprété cette fréquence comme étant associée à une succession de
moments RO Orch, E G ≈ / τ semble signifier qu'il y a deux fois autant d'implication du cerveau exigée quand à 80
Hz que pour une conscience se produisant à 40 Hz (spécifiquement, cela pourrait corresponde à
de autant de
temps, puisque pour le calcul de EG , le déplacement devrait être entièrement cohérent et la masse est entrée alors
quadratiquement en EG ). Conformément à ce schéma, des états étendus et plus élevés (par rapport à la fréquence) de
la conscience devraient aussi être attendus, impliquant une plus grande activité neuronale du cerveau. Dans l'approche
de la « fréquence de battement », on considère que des fréquences mégahertz ou plus hautes pourraient être
directement pertinentes pour la RO Orch pour qui τ est très bas, environ 10-8s, tandis que EG est grand, à peu près
109s, soit 1 % du cerveau.
Il y a aussi la possibilité que des moments discernables de conscience soient des moments qui normalement se
produisent à un rythme plus soutenu que celui suggéré dans les considérations ci-haut, et que ces derniers arrivent
seulement à des intervalles grossiers de l'ordre de disons, plusieurs centaines de millisecondes, plutôt que à peu près
25ms. On pourrait en effet penser que les influences conscientes sont peut-être plutôt lentes, par contraste avec les
valeurs très élevées des calculs inconscients largement plus rapides, qui pourraient être une forme de calculs
quantiques, mais sans RO . Une autre possibilité est que les moments conscients comme les gestalts visuels
pourraient être des événements plus lents, par exemple corrélant avec des fréquences de 4 à 7 theta, avec des ondes
gamma imbriquées [31, 32] (Fig. 11). Une autre possibilité encore, en accord avec les nouveaux résultats de
processus invariants d'échelle dans les fonctions du cerveau, dit que la conscience, conformément à la version τ ≈ /
E G de la RO Orch peut avoir lieu à des fréquences variables, se déplaçant vers le haut et vers le bas à des échelles
d'événements de hautes fréquences, poussant la plus grande partie du cerveau à avoir une plus importante intensité
expérimentale. Au stade actuel d'incertitude sur ces questions, il est peut-être préférable de ne pas être dogmatique sur
la façon dont les idées de la RO Orch seront appliquées. Dans tous les cas, les affectations numériques fournies plus
haut doivent être considérées comme étant extrêmement grossières et comme venant à un moment où nous sommes
loin d'être en position d'être définitifs à propos des moyens précis par lesquels agit la RO Orch, même selon la version
particulière de la RO Orch qui est décrite ici. Nous aurons besoin d'examiner des possibilités alternatives avec un
esprit ouvert.
5.3 Microtubules et décohérence environnementale
Les ordinateurs quantiques technologiques, par exemple ceux qui utilisent des pièges à ions comme qubits, sont en
proie à une distribution d'états quantiques apparemment fragiles, par le moyen d'interactions environnementales
incluant des vibrations thermiques. Une telle technologie demande des températures extrêmement froides et du vide
pour pouvoir fonctionner. Le rôle de la décohérence environnementale, selon les schémas de la RO, est que R est
effectué dans un système à travers ses intrications avec son environnement effectivement aléatoire, mais bien plus
large, de sorte que quand la RO se produit dans cet environnement, le système lui-même est entraîné avec lui et donc se
réduit, apparemment de manière aléatoire, conformément au processus R conventionnel. Ainsi, si nous exigeons des
aspects non aléatoires de RO pour jouer un rôle dans une fonction (consciente) du cerveau, comme c'est nécessaire
pour la RO Orch, nous avons besoin d'éviter des intrications prématurées avec l'environnement aléatoire, car cela
conduirait à une réduction d'état sans aspects non calculables ou cognition. Pour la RO Orch, les interactions
environnementales doivent être évitées durant l'évolution vers le temps τ ≈ / EG, de sorte que les aspects non
aléatoires (non calculables) de la RO puissent jouer leur rôle. Comment est-ce que le calcul quantique évite les
interactions environnementales (décohérence) dans le cerveau « bruyant et encore chaud » ?
Il a été suggéré [13] que les états quantiques des microtubules évitaient la décohérence en étant pompés, comme du
laser, par la résonance de Frölich, et en étant protégés par de l'eau ordonnée, des couches de Debye de terminaisons C,
des gels d'actine et des champs électriques mitochondriaux forts. En outre, on pense que les états quantiques en RO
Orch sont créés dans des canaux hydropiques à l'intérieur des tubulines, isolés des interactions polaires, et ils
impliquent les superpositions des séparations des noyaux atomiques uniquement.
L'analogie avec les supraconducteurs à haute température peut cependant être pertinente. Jusqu'à présent, il n'y a
pas de théorie vraiment reconnue sur la façon dont les supraconducteurs agissent, évitant la perte de la cohérence
quantique, à partir du processus habituel de la décohérence environnementale. Et là encore, ce sont des matériaux qui
semblent supporter la supraconductivité à des températures à peu près à mi-chemin entre la température ambiante et le
zéro absolu [144]. Cela reste encore assez loin de la température du corps bien sûr, mais de plus en plus de preuves
suggèrent que des effets quantiques opérationnelles opèrent en biologie.
Comme décrit dans la Section 4.5, la recherche des 10 dernières années a clairement mis en évidence la cohérence
quantique dans des systèmes biologiques chauds. Des effets quantiques électroniques ont lieu à des températures
ambiantes dans des protéines impliquées dans la photosynthèse [123,124], ces dernières étant supposées être médiées
par des vibrations mécaniques de protéines cohérentes [125], très similaires à un mécanisme proposé par Frölich il y a
40 ans, et au mécanisme que nous proposons ici pour la tubuline. Des preuves de conductance quantique à résonance
améliorée le long de voies hélicoïdales dans les tubulines et microtubules découvertes par le groupe de Bandyopadhyay
semblent être très favorables pour la RO Orch. Des systèmes synthétiques qui soutiennent la cohérence quantique sont
chimiquement proches de voies de cycles aromatiques dans les tubulines (Sections 3.2, Figs. 5 et 7) [126]. Des effets
quantiques chauds ont également été découverts dans les systèmes de navigation de cerveaux d'oiseaux [128], les
canaux d'ions [129], le sens de l'odorat [130], l'ADN [131], le repliement des protéines [132] et l'eau biologique [133].
Puisqu'il s'est déjà trouvé que la nature a été en mesure d'utiliser la cohérence quantique à des températures biologiques
dans beaucoup de systèmes biologiques qui ont été examinés de près, la cohérence quantique aurait très bien pu être un
facteur quasi-ubiquiste dans des systèmes vivants.
Si les calculs quantiques des microtubules sont isolés de l'environnement, comment interagissent-ils avec cet
environnement pour recevoir des entrées et emmètre des sorties ? La RO Orch suggère des phases de calculs
quantiques isolés alternés avec des phases d'interactions environnementales classiques, par exemple, dans la
synchronie gamma, environ 40 fois par seconde (le pionnier du calcul Paul Benioff a suggéré un tel schéma
d'alternances de phases classiques et quantiques chez des robots à calcul quantique [145]). Strictement, selon la RO (la
version DP ou autre), c'est, dans tous les cas, précisément la procédure RO qui donne naissance au « monde
classique » que nous trouvons dans les systèmes macroscopiques. Tous les ingrédients basiques sont, après tout, des
particules quantiques d'un genre ou un autre, et c'est le processus de réduction (ici DP RO ) qui fournit l'image que
nous avons du monde classique. Selon le point de vue DP, le monde classique en réalité résulte d'actions RO
continues.
5.4. La non-localité temporelle et le libre arbitre
L'activité cérébrale mesurable corrélée avec une perception consciente d'un stimulus se produit généralement
plusieurs centaines de millisecondes après ce stimulus. Pourtant, dans des activités allant de la conversation rapide à
l'athlétisme de compétition, nous répondons à un stimulus (apparemment consciemment) avant que l'activité
susmentionnée, qui serait corrélée à ce stimulus, ne se produise dans le cerveau. Ceci est interprété en neurosciences
conventionnelles et en philosophie [1-3] en affirmant que dans de tels cas, nous répondons non-consciemment, sous
pilote automatique, et que nous avons seulement l'illusion d'une réponse consciente par la suite. L'idée dominante est
que la conscience est une illusion épiphénomène, survenant après-coup, comme une fausse impression de contrôle
conscient du comportement. En conséquence, nous ne sommes que des « spectateurs impuissants » [146].
En effet, cela pourrait être le cas. Cependant, les processus quantiques dans le cerveau offrent ce qui semble être
des échappatoires à ces implications, où la progression temporelle apparente de l'expérience consciente et des actions
volontaires n'a pas besoin de corréler de façon claire avec les horaires précis d'une horloge externe. Dans les années
1970, le neurophysiologiste Benjamin Libet a effectué des expériences sur des patients en train de subir une chirurgie
du cerveau soit en état d'éveil soit sous anesthésie locale [147]. Capable d'effectuer des stimulations, de faire des
enregistrements à partir de cerveaux humains conscients et de recueillir les rapports subjectifs des patients avec une
chronologie précise, Libet a déterminé que la perception consciente d'un stimulus nécessitait jusqu'à 500 ms de
l'activité du cerveau post-stimulus, mais que la conscience avait lieu à 30 ms post-stimulus. Le cerveau à 30 ms
"savait" que l'activité se poursuivrait, ou ne se poursuivrait pas, pour plusieurs centaines de millisecondes en plus,
c'est-à-dire que l'expérience subjective a été renvoyée « en arrière dans le temps ». De nombreuses autres expériences
ont également fourni de fortes indications d'anomalies temporelles dans la perception et le choix volontaire [148-150].
Ayant ces anomalies à l'esprit, Penrose a présenté une suggestion provisoire [23] qui dit que les effets comme le
renvoi en arrière du temps de Libet pourraient être liés au fait que la médiation des intrications quantiques ne soit pas
assurée de manière causale habituelle, de sorte qu'il serait possible pour l'expérience consciente de ne pas suivre les
règles normales de la progression séquentielle du temps, tant que cela ne crée pas de contradictions avec la causalité
externe. Dans la Section 4.2, il a été souligné que le phénomène (confirmé expérimentalement) de « téléportation
quantique » [107,109] ne pouvait pas être expliqué en termes de traitement d'information classique et ordinaire, mais
comme une combinaison de ces influences causales classiques et des effets non causals de l'intrication quantique. Il est
en effet apparu que les effets de l'intrication quantique – résumés dans des termes tels que « l'information quantique »
ou « quanglement » (Penrose [114,116]) – semblent avoir été pensés comme étant en mesure de se propager dans
chacun des deux sens dans le temps (vers le passé ou vers le futur). De tels effets, toutefois, ne peuvent pas par euxmêmes être utilisés pour communiquer des informations ordinaires au passé. Néanmoins, en conjonction avec une
signalisation à propagation vers le future classique et standard (à savoir « causale »), ces influences à téléportation
quantique peuvent accomplir certains types de « signalisation » qui ne peuvent pas l'être simplement par des moyens
classiques à direction allant vers le futur.
La question est subtile, mais si l'expérience consciente est en effet enracinée dans le processus RO , où nous
prenons la RO pour relier les mondes classique et quantique, alors les anomalies apparentes dans les aspects
séquentiels de la conscience sont peut-être à prévoir. Le schéma RO Orch permet à l'expérience consciente d'être
temporairement non locale à un degré où cette non-localité temporelle se propagerait sur un type d'échelle de temps qui
serait impliquée dans le processus RO Orch pertinent – ce qui permettrait en effet à cette non-localité temporelle de se
propager à un temps de 500 millisecondes de Libet ou plus. Lorsque le « moment » d'une expérience consciente interne
est chronométré à l'extérieur, on pourrait bien trouver que cette chronologie externe ne correspond pas exactement à
une progression de temps qui pourrait sembler s'appliquer à une expérience consciente interne, en raison de cette nonlocalité temporelle intrinsèque à la RO Orch. Le renvoi en arrière du temps quantique effectif inhérent à la non-localité
temporelle résultant des aspects de « quanglement » de la RO Orch, comme suggéré ci-dessus, permet effectivement à
l'expérience consciente d'être temporellement non-locale, avec des effets de retour en arrière vus comme une variabilité
temporelle des seuils de décharges axonales (Fig. 2b), régulant le comportement consciemment et fournissant un
moyen possible de soustraire la conscience à sa malheureuse caractérisation comme étant une illusion épiphénoménale. Par conséquent, la RO Orch pourrait bien permettre à la conscience d'avoir une efficacité causale, en
dépit de sa relation apparemment anormale avec une chronologie qui lui est attribuée par rapport à une horloge externe,
permettant ainsi à une action consciente de fournir un semblant de libre arbitre [42]. (Voir Fig. 2 – le renvoi en arrière
du temps quantique peut tenir compte de la variabilité temporelle.)
Figure 11. Selon un schéma proposé précédemment (Fig. 10, en bas), séquences de moments RO Orch conscients survenant par τ ≈ /Eg avec
une intensité d'expérience en corrélation avec EG orchestrée. (a) Moments conscients RO Orch « normaux », toutes les 25ms correspondant à un
synchronie gamma à 40 Hz. (b) Accrus, des moments conscients améliorés se produisant toutes les 12,5ms en synchronie gamma « élevée » à 80 Hz.
(c) Moments conscients de faible intensité survenant toutes les 250ms (onde delta EEG de 4 Hz). (d) Moments conscients à onde gamma, imbriqués
dans des ondes delta dans des gestalts visuels. Ces ondes peuvent être de « fréquences de battement » de vibrations plus rapides de microtubules.
5.5 RO Orch et évolution
Dans les points de vue conventionnels, les qualités expérientielles de la conscience sont supposées avoir émergé de
calculs neuronaux complexes à un moment donné de l'évolution, que ce soit récemment dans le cerveau humain, ou
que ce soit à un niveau de développement antérieur, mais non spécifié. Dans ces conceptions, la conscience est une
propriété émergente de l'activité complexe de calcul. D'autre part, la RO Orch suit l'idée que les événements RO, avec
des qualités « expérientielles » primitives, se produisent dans l'univers depuis toujours, sous la forme de réductions R
de superpositions quantiques à une réalité classique. De petites superpositions manquant d'isolation s'intriqueraient
directement avec l'environnement aléatoire, atteignant rapidement le seuil de RO par τ ≈ /EG , ayant pour résultat des
événements RO non orchestrés. Chacun de ces événements manquerait de cognition ou de toute influence noncalculable, mais serait associé à une expérience indifférenciée de « proto-conscience », sans informations ou
signification. De telles expériences indifférenciées sont considérées, dans le schéma RO Orch, comme étant
irréductibles – les caractéristiques fondamentales de « la géométrie de l'échelle de Planck », ayant peut-être, en fin de
compte, un rôle physique aussi important pour la physique basique que ceux de la masse, du spin ou de la charge.
Le scénario suivant semble plausible. Comme les biomolécules organiques sont apparues dans la biologie primitive,
des collections non-polaires de cycles de résonance d'électrons – par exemple, en lipides, nucléotides, et poches de
protéines hydrophobes – ont offert une isolation protectrice pour les superpositions quantiques (comme décrit à la
Section 5.3). Comme les biomolécules sont devenues plus grandes et plus fonctionnelles, les états quantiques dans des
régions non-polaires ont persisté, retardant les interactions environnementales qui servent à augmenter EG et ainsi
provoquer une RO. Comme les biomolécules se sont auto-organisées en ensembles tels que les microtubules, des états
de superpositions quantiques, plus vastes et plus organisés, sont devenus disponibles, ce qui pouvait mieux maintenir
l'isolation de l'environnement aléatoire, et pouvait donc interagir conjointement par intrication, de façon à traiter
l'information sous une forme primitive de calcul quantique. Initialement, un tel calcul quantique n'aurait pas réussi à
être assez isolant, et les différents « EG » n'auraient pas suffi à atteindre le seuil de la RO sans le caractère aléatoire de
l'intrication environnementale ; cependant, il reste possible que ces processus puissent obtenir des effets qui ne sont pas
facilement accessibles par le calcul classique, et fournir des traitements de l'information non-conscients, mais qui
restent utiles. C'est seulement avec davantage de développement de l'évolution, une meilleure isolation et
l'« orchestration » que la RO a pu être atteinte sans décohérence environnementale, permettant à la RO Orch de jouer
son rôle vital.
Cette dernière possibilité est fortement suggérée par des considérations de sélection naturelle, à partir du moment
où une infrastructure de MT relativement primitive – pouvant encore soutenir le calcul quantique – aurait eu à précéder
le genre le plus sophistiqué que l'on trouve aujourd'hui chez les animaux conscients. La sélection naturelle procède par
étapes, après tout, et l'on ne s'attend pas à ce que la capacité du niveau substantiel de la cohérence du cerveau – qui
serait nécessaire à la RO Orch non-calculable de la compréhension humaine consciente – soit atteinte sans que quelque
chose de plus primitif ne l'ait précédée. Le calcul quantique des microtubules par l'évolution U, qui retarde les effets de
l'interaction environnementale, pourrait bien être avantageux pour les processus biologiques sans jamais atteindre le
seuil pour une RO Orch et une influence non-calculable. En effet, ce type de traitement non-conscient mais efficace,
est susceptible de se produire dans les MT en à travers la biologie.
Les microtubules sont apparus dans des cellules eucaryotes il y a 1,3 milliards années, peut-être en raison de la
symbiose entre les procaryotes, les mitochondries et les spirochètes – ces dernières étant apparemment à l'origine des
microtubules qui ont fourni le mouvement et l'organisation interne à des cellules auparavant immobiles [151]. Comme
les événements RO des microtubules sont devenus plus orchestrés au cours de l'évolution, le contenu de l'expérience
consciente est devenu plus utile cognitivement, par exemple, représentatif du monde extérieur, et agréable : la
nourriture, le sexe... Poursuivre des expériences conscientes positives favoriserait la survie. L'optimisation de la RO
Orch dans l'expérience consciente et les effets non-calculables associés peut être, en soi, un moteur de l'évolution.
Comme les systèmes nerveux simples et les structures des MT sont devenues plus grandes et ont développé des
mécanismes d'isolation, les systèmes cognitifs quantiques gagneraient un avantage sélectif en évitant une RO
prématurée par une décohérence environnementale, et ce assez longtemps pour être entièrement orchestrés et atteindre
le seuil de la RO sans impliquer l'environnement aléatoire. Ces moments RO Orch peuvent se produire à travers un
spectre défini par τ ≈ /E G . Pour les petites superpositions EG , τ sera grand, ce qui nécessite une isolation prolongée.
Des systèmes plus larges avec des moments conscients plus fréquents seraient de plus en plus utiles, mais plus
difficiles à isoler. Au cours de l'évolution, des moments RO Orch conscients (conformément à τ ≈ /E G ) sont apparus
dans des organismes simples impliquant un plus petit EG , mais nécessitant de plus longues durées τ au cours desquelles
la décohérence de l'environnement est évitée. L'échelle de E G semble également être liée à l'intensité de l'expérience, et
donc nous pouvons anticiper le fait qu'une faible E G , avec de longs moments τ, puisse être un peu terne par rapport à
des moments plus intenses de grandes E G et petits τ. Si tel est le cas, alors ces moments conscients de basses
fréquences devraient être également lents et en phase avec les activités du monde réel. Comme les systèmes se sont
développés pour permettre à E G de devenir plus grande, la fréquence des moments conscients, selon τ ≈ /E G , pourrait
approcher les échelles de temps biologiques actuelles.
Les systèmes nerveux centraux composés d'environ 300 neurones – tels que ceux présents chez les vers et les
oursins minuscules au début de l'explosion évolutive Cambrienne il y a 540.000.000 d'années – disposaient
théoriquement de microtubules suffisants pour atteindre τ en moins d'une minute, et il devait être donc à peine possible
pour eux d'accomplir la RO Orch [152]. Par conséquent, on peut supposer que l'apparition de la RO Orch et de la
conscience primitive – toutefois extrêmement lente et simple, mais, au demeurant, avec des moments conscients utiles
– a précipité l'évolution accélérée de l'explosion cambrienne.
Seulement un stade beaucoup plus avancé de l'évolution aurait vu survenir des avantages sélectifs d'une capacité de
compréhension authentique, exigeant la non-calculabilité de la RO Orch qui va au-delà du simple calcul quantique, et
dépendant d'une infrastructure de MT à plus grande échelle fonctionnant efficacement, capables d'exploiter des
processus de calcul quantique. L'évolution ultérieure – fournissant des ensembles plus importants de MT (donc plus
grande EG ) pouvant être isolés de la décohérence – permettrait, par τ ≈ /E G , des moments d'expériences conscientes
plus fréquents et plus intenses, par exemple, éventuellement dans le cerveau humain, toutes les 25ms de synchronies
gamma EEG à 40 Hz, ou plus rapides. L'évolution future pourrait permettre au cerveau d'accueillir des valeurs de EG
encore même plus grandes, et des valeurs de τ plus courtes. Du moins est-ce une possibilité. Une autre amélioration de
l'évolution serait d'augmenter l'intensité des traitements parallèles de la RO Orch, sans qu'il ne soit nécessaire de
raccourcir τ.
5.6. RO Orch, critiques et réponses
La RO Orch a été critiquée à plusieurs reprises depuis sa création. Ici, nous passons en revue et résumons les
principales critiques et réponses.
Grush et Churchland [153] ont contesté l'argument du théorème de Gödel, de même que plusieurs facteurs
biologiques. Une objection concerne la substance qui rend les MT inertes, la colchicine qui traite les maladies telles
que la goutte en paralysant les cellules neutrophiles qui causent une inflammation douloureuse des articulations. La
mobilité des neutrophiles nécessite des cycles d'assemblage/désassemblage de MT et la colchicine empêche le réassemblage, compromettant la mobilité des neutrophiles et réduisant l'inflammation. Grush et Churchland ont souligné
que les patients ayant reçu de la colchicine ne perdaient pas connaissance, et concluent que les microtubules ne peuvent
pas être essentiels pour la conscience. Penrose et Hameroff [12] ont répondu point par point à toutes ces objections, en
expliquant par exemple que la colchicine ne traversait pas la barrière hémato-encéphalique, et donc n'atteignait pas le
cerveau, et que de toute façon, les neurones du cerveau ne se désassemblaient et ne ré-assemblaient pas. La colchicine
injectée directement dans le cerveau des animaux provoque de graves déficits cognitifs et une apparente perte de
connaissance [154].
Microtubules de réseau-A vs réseau-B. Les MT ont deux types de réseau hexagonaux, A et B. La tubuline est un
dimère en forme de cacahuète avec des monomères alpha et bêta. Dans un protofilament à 13 MT en réseau-A,
l'interaction côté tubuline-tubuline se produit entre les monomères alpha sur une tubuline et les dimères bêta sur l'autre
(alpha-bêta, et bêta-alpha) [155]. Cela donne un réseau homogène et une géométrie de Fibonacci, qui sont optimaux
pour le calcul quantique, et privilégiés en RO Orch. Dans le réseau-B, les côtés des interactions sont alpha-alpha et
beta-beta, à l'exception d'un joint vertical (réseau -A) alpha-beta et beta-alpha. La RO Orch avait prédit le réseau-A des
MT, mais les critiques ont pointé des analyses de MT de neurones – par exemple à partir de cerveaux de souris entiers,
qui sont censés avoir principalement des MT de réseau-A. Cependant, ces MT du cerveau en « réseau-B » [156,157]
ont de multiples joints impliquant 4 protofilaments ou plus, et donc la configuration réseau-A se produit dans le tiers de
ces prétendus MT en réseau-B. D'autres travaux montrent des réseau A et B mixtes de microtubules [158].
La RO Orch est censée se produire dans seulement une fraction des MT somatiques-dendritiques pertinents, et
peut-être seulement de manière transitoire et partiellement. Bandyopadhyay [142] a des preuves préliminaires qui
indiqueraient que les MT peuvent commuter entre les configurations de réseau A et B. La configuration de réseau-A de
MT peut être rare, elles peuvent exister autrement, de façon transitoire, en tant que raccords sur des réseau-B de MT, et
elles peuvent être spécifiquement impliquées dans la cohérence quantique, la RO Orch et la conscience.
Georgiev [159] s'est interrogé sur la RO Orch du point de vue du « pas assez » de tubulines. Par τ ≈ /E G , la
superposition (EG ) requise pour des événements RO Orch de 25ms est d'environ 2 × 10 10 tubulines. En fonction du
nombre de tubulines par neurone et du pourcentage de l'implication de la tubuline, des prédictions peuvent être faites
sur le nombre de neurones et le pourcentage de l'implication du cerveau, pour des événements RO Orch conscients. Ce
pourcentage peut être petit, comme par exemple avec les supraconducteurs qui ont seulement un petit pourcentage de
composants dans les états quantiques. En outre, les réseaux-A de MT (ou des portions de réseau-A dans des MT de
réseau-B) peuvent être relativement rares, et sont répartis sur de nombreux neurones. Dans tous les cas, il se pourrait
que beaucoup plus de tubulines soient impliquées (comme dans certaines versions de l'approche de fréquence de
battement), par exemple, 1018 tubulines, 109 neurones, 1 % du cerveau. Il est à noter que la RO Orch est la seule théorie
capable d'alimenter significativement une telle spéculation quantitative.
Tuszynski et al. [160] se sont demandés comment l'énergie gravitationnelle extrêmement faible de la version DP de
la RO pouvait influencer les états des protéines de tubuline. Avec 2 × 10 10 tubulines pour 25ms de RO Orch, EG serait
à peu près de 10-10 eV (10-29 joules), apparemment insignifiante par rapport à l'énergie ambiante kT à 10-4eV. Tout ceci
illustre le fait que l'énergie EG ne joue pas réellement un rôle dans les processus physiques en tant qu'énergie en
concurrence avec d'autres énergies qui régissent les processus physiques (chimiques et électroniques) de pertinence.
Comme indiqué à la Section 5.1, EG est plutôt une incertitude d'énergie – et c'est cette incertitude qui permet à la
réduction de l'état quantique d'avoir lieu sans la violation de la conservation d'énergie. Le fait que EG soit beaucoup
plus faible que les autres énergies impliquées dans les processus physiques pertinents est un caractéristique nécessaire
à la logique du schéma RO, en particulier en ce qui concerne la conservation d'énergie. Celle-ci n'apporte pas une
énergie qui régit les processus physiques impliqués, mais fournit de l'incertitude qui donne aux processus la liberté
d'avoir pratiquement la même énergie les uns que les autres pour pouvoir agir comme des actions alternatives. Dans la
pratique, tout EG est nécessaire seulement pour le calcule de la durée de vie τ de la superposition. EG entrerait dans des
questions de balance d'énergie uniquement si les interactions gravitationnelles entre les parties du système étaient
importants dans les processus impliqués (le champ gravitationnel de la Terre ne joue aucun rôle dans tout ceci non plus,
car il s'annule dans le calcul de EG .) Il n'y a pas d'autres forces de la nature qui contribuent directement à EG , ce qui est
tout aussi bien, parce que si c'était le cas, il y aurait de grandes contradictions avec des observations physiques.
Tegmark [161] a publié une critique de la RO Orch basée sur son temps de décohérence, calculé pour les
microtubules à 10-13 secondes à la température biologique, trop court pour des effets physiologiques. Toutefois,
Tegmark n'avait pas inclus les stipulations de la RO Orch et, en réalité, avait créé puis réfuté son propre modèle
quantique de microtubules. Il a supposé que des superpositions de solitons se séparaient d'elles-mêmes d'une distance
de 24nm sur toute la longueur du microtubule. Comme décrit précédemment, la séparation des superpositions en RO
Orch se fait au niveau de la longueur de Fermi des noyaux atomiques, soit 7 ordres de grandeur plus petits que la
valeur de séparation de Tegmark, qui sous-estime ainsi le temps de décohérence par 7 ordres de grandeur, c'est-à-dire
de 10-13s au lieu de '10-6s'. Hagan et al. [162] ont utilisé la même formule que Tegmark et recalculé les temps de
décohérence des microtubules en tenant compte des stipulations de la RO Orch, trouvant environ 10 -4 à 10-3 secondes
ou plus. Dans tous les cas, expérimentalement, le groupe de Bandyopadhyay a trouvé une résonance de 10 kHz, soit
des temps de cohérence de 10 -4s. De même, comme indiqué précédemment, il existe des versions de schémas de
« fréquences de battements » qui exigeraient des temps de décohérence beaucoup plus courts, mais au prix de corps
correspondants plus importants en taille, de la matière concernée par les états de cohérence quantique.
Koch et Hepp [163] ont contesté la RO Orch avec une expérience sur la pensée, décrivant une personne observant
une superposition d'un chat à la fois mort et vivant avec un seul œil, l'autre œil étant distrait par une série d'images («
rivalité binoculaire »). Sans expliquer comment une superposition observable de ce genre pourrait être préparée
(puisque selon la RO , par τ ≈ /E G , le chat serait déjà mort ou vivant longtemps avant d'être observé), ces derniers se
sont demandés « A quel niveau du cerveau de l'observateur la réduction se produirait-elle? » – supposant apparemment
que la RO Orch avait suivi la version de l'interprétation de Copenhague où l'observation consciente provoque, en effet,
une réduction de l'état quantique (en plaçant la conscience en dehors de la science). Ceci vient exactement à l'opposé
de la RO Orch, dans laquelle la conscience est la réduction de l'état quantique orchestrée donnée par la RO . Mais dans
le simple cas de l'observation consciente d'un chat déjà mort ou vivant, la réduction (RO Orch) et la conscience seraient
plus susceptibles de se produire dans les microtubules somatiques-dendritiques dans les neurones, au niveau du cortex
visuel et associatif et d'autres zones du cerveau, anatomiquement de la même façon que dans les théories sur les
neurones, à l'exception d' une « ordre plus profond » supplémentaire.
La RO Orch peut (du moins en principe) passer pour une question liée aux perceptions bistables (par exemple la
fameuse illusion visage/vase, ou le cube de Necker). Les superpositions non-conscientes des deux possibilités (visage
et vase), au cours de superpositions quantique pré-conscientes, se réduisent alors par RO au temps τ ≈ /E G à une
perception consciente de l'une ou l'autre, visage ou vase. On peut supposer que la réduction se produit dans les
microtubules au niveau des neurones dans diverses régions du cortex visuel et pré-frontal et d'autres régions du
cerveau, encore une fois de la même façon que dans les théories sur les neurones, mais à un niveau plus profond
quantique à l'intérieur des neurones.
Reimers et al. [164] ont décrit trois types de condensations de Fröhlich (faible, forte et cohérente – la première
classique et les deux dernières quantiques). Ils ont validé la cohérence de 8 MHz mesurée dans les microtubules par
Pokorný [134,135] comme étant une faible condensation. En se basant sur une simulation d'une chaîne linéaire de
dimension 1 de dimères de tubuline représentant un microtubule, Reimers et al. ont conclu que seule une faible
condensation de Fröhlich se produit dans les microtubules. Affirmant que la RO Orch nécessite des condensations de
Fröhlich fortes et cohérentes, ils ont conclu que la RO Orch était invalide. Cependant, Samsonovich et al. [165] ont
simulé un des microtubules sous la forme d'un plan de réseau bi-dimensionnel, avec des conditions de limites
toroïdales, et ont trouvé le maxima de résonance de Fröhlich à des emplacements discrets dans des motifs de superréseau sur la surface du microtubule simulé, qui, précisément, correspondent aux sites de fixation fonctionnels,
expérimentalement observés sur des protéines associées aux microtubules (PAM). Dans tous les cas, ces simulations
sont remplacées par des preuves expérimentales de résonances en gigahertz, mégahertz et kilohertz, découvertes dans
un seul MT par le groupe Bandyopadhyay (« la cohérence de Bandyopadhyay », « CB »).
McKemmish et al. [166] ont contesté l'affirmation de la RO Orch qui dit que la commutation de la tubuline est
médiée par les forces de London, soulignant que les électrons π mobiles dans un noyau benzénique (par exemple un
cycle de phényle sans fixations) sont complètement délocalisés, et ne peuvent donc ni basculer d'un état à l'autre, ni
exister en superposition des deux états. Il est vrai qu'un seul benzène ne peut pas s'engager dans la commutation. Les
forces de London se produisent entre deux ou plusieurs structures de cycles de nuages d'électrons π, ou autres groupes
non-polaires. Un noyau benzénique unique ne peut pas supporter les forces de London. Il faut être deux (ou plus) pour
danser le tango. La RO Orch a toujours soutenu que deux ou plusieurs groupes non-polaires étaient nécessaires, et fait
appel aujourd'hui aux déploiements contigus de ces groupes dans des canaux quantiques à travers la tubuline et les
microtubules. De plus, nous ajoutons maintenant la possibilité que des dipôles de spins magnétiques interviennent en
RO Orch.
McKemmish et al. affirment en outre que la commutation de la tubuline en RO Orch nécessite un changement
structurel conformationnel important, et que le seul mécanisme pour une telle commutation conformationnelle est dû à
l'hydrolyse du GTP, soit la conversion de guanosine triphosphate (GTP) en guanosine diphosphate (GDP) avec la
libération d'énergie du groupe phosphate, et la flexion de tubuline conformationnelle. McKemmish et al. soulignent à
juste titre que conduire des oscillations de MT synchronisés par hydrolyse de GTP en GDP et des changements de
conformation serait prohibitif en termes de besoins en énergie et de chaleur produite. Ceci est entendu. Toutefois, nous
précisons que la commutation de tubuline en RO Orch n'a pas besoin, en fait, d'impliquer d'importants changements
conformationnels, que les dipôles de nuages d'électrons (forces de London) ou les dipôles de spins magnétiques sont
suffisants pour la commutation, la superposition et la fonction de qubit (Figs. 5 à 7). Nous reconnaissons que la
commutation conformationnelle de la tubuline, comme indiqué dans les premières publications et illustrations de la RO
Orch, montre d'importants changements conformationnels. Ces derniers sont, certainement quoique involontairement,
trompeurs. La découverte du gigahertz, mégahertz et kilohertz CB en microtubules seuls soutient les états dipolaires,
créant ainsi un signal favorable en ce qui concerne les idées sous-jacentes de la RO Orch.
Le seul facteur de tubuline conformationnelle requis dans la RO Orch est la séparation de la superposition au
niveau des noyaux atomiques, par exemple, 2.5 longueurs de Fermi pour les noyaux de carbone (2,5 femtomètres ; 2,5
× 10-15 mètres). Ce changement peut être représenté par des dipôles de nuages électroniques avec le recul nucléaire de
Mössbauer et des effets de charge [90,91]. La commutation de tubuline en RO Orch ne nécessite ni l'hydrolyse du GTP,
ni des changements conformationnels importants, dépendant de dipôles collectifs de la force London, ou des dipôles de
spins magnétiques dans les canaux quantiques de cycles aromatiques (Figs. 5 à 7).
5.7. Prédictions testables de la RO Orch – état actuel
La RO Orch suppose de nombreuses hypothèses assez spécifiques et essentiellement falsifiables. En 1998, vingt
prédictions testables de la RO Orch dans 9 catégories générales ont été publiées [15]. Elles sont réexaminées ici avec
nos commentaires sur leur état actuel en italique.
Des microtubules neuronaux sont directement nécessaires à la cognition et à la conscience
•
•
•
La plasticité synaptique est en corrélation avec les activités/l'architecture du cytosquelette. L'état actuel de
cela n’est pas clair, bien que des réseau de microtubules semblent définir et réguler les synapses.
Les actions des médicaments psycho-actifs, incluant les antidépresseurs, impliquent les microtubules
neuronaux. Cela semble en effet être le cas. La fluoxétine (Prozac) agit à travers des microtubules [167]; les
anesthésiques agissent également à travers les MT [86].
Les médicaments protecteurs/stabilisants des microtubules neuronaux peuvent s’avérer utiles dans la maladie
d'Alzheimer. Il existe à présent des preuves que cela peut être le cas ; par exemple, l’épothilone, qui est un
stabilisateur MT, est testée de cette manière [168].
Les microtubules communiquent par la dynamique de coopération
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Des excitations gigahertz cohérentes vont se trouver dans les microtubules. En effet ; dans une nouvelle
recherche remarquable, le groupe de Anirban Bandyopadhyay a découvert des excitations gigahertz,
mégahertz et kilohertz cohérentes dans des MT simples [88, 89].
Des vibrations dynamiques des microtubules sont en corrélation avec l'activité cellulaire. Les preuves sur
cette question ne sont pas encore évidentes, bien que les vibrations mécaniques mégahertz (ultrasons)
semblent stimuler les neurones et améliorer l'humeur [127].
Des formes stables de microtubules sont en corrélation avec la mémoire. Les preuves concernant l'encodage
de la mémoire dans les MT restent obscures, même si des messagers synaptiques CaMKII et PkMz agissent à
travers les MT. Chaque CaMKII peut coder (par phosphorylation) 6 bits d'information à 6 tubulines dans un
treillis de microtubules.
La corrélation non-locale de type « EPR » entre les microtubules séparés. Cela n’est pas du tout clair, mais
ces propos sont très difficiles à établir (ou réfuter) expérimentalement. Le groupe Bandyopadhyay est en train
de tester le transfert de résonance ‘sans fil’ entre MT séparés [142].
La cohérence quantique se produit dans les microtubules
•
•
•
Les phases de cohérence quantique seront détectées dans les microtubules. Il semble y avoir une preuve
évidente des effets de cette nature générale dans les résultats récents de Bandyopadhyay [88, 89],
énormément différents de leurs attentes classiques, où la résistance électrique diminue fortement, à certaines
fréquences très spécifiques, en grande partie indépendamment de la température et indépendamment de la
longueur.
Les dendrites corticales contiennent en grande partie des microtubules de « réseau-A », comparé au réseau-B.
Bien qu'il existe des preuves contraires à cette affirmation, la situation actuelle reste floue. La RO Orch a été
critiquée parce que les microtubules du cerveau de la souris sont principalement des MT de treillis B.
Cependant, ces mêmes MT de cerveau de souris présentent partiellement une configuration en treillis A, et
d'autres recherches montrent des MT de treillis A et B mélangés [156-158]. Bandyopadhyay a la preuve
préliminaire que les MT peuvent passer de la configuration en réseau A à la configuration en réseau B, et
inversement [142], et les réseaux A peuvent être spécifiques pour les processus quantiques. La RO Orch
pourrait également utiliser le réseau B, bien qu’il ne soit apparemment pas aussi efficace que le réseau A.
Dans tous les cas, les MT de réseau A pourraient bien être assez rares, spécifiques pour les effets quantiques,
et suffisants pour la RO Orch étant donné que le réseau A peut être requis uniquement dans une fraction de
MT dans les dendrites et le soma, et peut-être seulement transitoirement.
Des photons cohérents seront détectés à partir des microtubules. Un élément positif de preuve dans ce sens est
la détection d’excitations gigahertz dans les MT par le groupe Bandyopadhyay, qui peut être interprété
comme photons cohérents [88, 89].
La cohérence quantique des microtubules est protégée par la gélification d’actine
•
•
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Les microtubules somatiques-dendritiques sont entourés de manière intermittente de gel d'actine étanche. Ceci
est peut-être un point controversé, actuellement, en vue de résultats récents par le groupe Bandyopadhyay,
comme il semble actuellement que la cohérence se produit à température chaude sans gel d'actine.
Des cycles de gélification de l'actine et une solution sont en corrélation avec l'électrophysiologie, par
exemple, la synchronie gamma EEG. Encore une fois, cela semble actuellement être un point controversé,
pour la même raison que celle invoquée ci-dessus.
Des cycles sol-gel sont médiés par un flux d'ions de calcium à partir d’entrées synaptiques. Aucune preuve
claire, mais encore une fois un point controversé.
La cohérence quantique macroscopique se produit parmi des centaines de milliers de neurones et cellules gliales
interconnectés par des jonctions de communication
Les jonctions communicantes entre cellules gliales et neurones n’ont pas été trouvées, mais les inter-neurones de la
jonction de communication s’entrelacent avec l'ensemble du cortex.
•
•
•
Les jonctions de communication électro-toniques synchronisent les neurones. Les inter-neurones de jonctions
de communication semblent médier la synchronie gamma EEG [49-54].
L’effet tunnel quantique se produit à travers des jonctions de communication. Non testé jusqu'à présent.
Des corrélations quantiques entre les microtubules dans les différents neurones se produisent via les jonctions
de communication Non testé jusqu'à présent. Cependant Bandyopadhyay a des preuves préliminaires que les
MT spatialement séparés, peut-être même dans différents neurones, deviennent intriqués en termes de leurs
résonances BC [142], de sorte que les jonctions de communication puissent être inutiles pour RO Orch.
La quantité de tissu neuronal impliquée dans un événement conscient est inversement reliée à la durée de
l'événement à τ ≈ /E G
•
L'imagerie fonctionnelle et l'électrophysiologie vont montrer une plus courte perception et un temps de
réponse plus court avec plus de masse neurale impliquée. Tout comme une « prédiction » de la RO Orch,
l’état de cela n’est pas très clair ; de plus, il est très difficile de fournir une estimation précise de la masse
neurale qui est impliquée dans une ‘perception’. Comme question connexe, il semble y avoir des preuves pour
une sorte d’invariance d'échelle dans les processus neurophysiologiques (Section 3.2 [76,77]).
L ’état quantique isolé imperturbable s’auto-réduit (RO ) selon τ ≈ /E G
•
Il sera démontré que des superpositions quantiques technologiques subissent RO à τ ≈ /E G . Diverses
expériences sont en cours de développement, ce qui devrait fournir une réponse à cette question
fondamentale [108], mais il semble que plusieurs années vont s’écouler avant que les expériences ne soient
en mesure de parvenir à des conclusions fermes.
Les centrioles/cils à base de microtubules sont des dispositifs optiques quantiques
•
Les cils à base de microtubules dans les cellules en bâtonnets et en cônes rétiniens détectent les informations
quantiques des photons. Cela semble être non testé jusqu'à présent.
Un degré critique de l'activité des microtubules a activé la conscience au cours de l'évolution
•
Les fossiles montreront des organismes du début du Cambrien (il y a 540 millions d’années) qui avaient une
capacité suffisante de microtubules pour RO à τ ≈ /E G de moins d'une minute, se traduisant peut-être par
une RO Orch rudimentaire, une conscience et l’ « explosion évolutionnaire du Cambrien ». Il est clairement
difficile d’en connaître une réponse, en particulier parce que le niveau de conscience chez les créatures
disparues serait presque impossible à déterminer. Cependant les organismes actuels ressemblant
remarquablement à des créatures du début du Cambrien (actinosphaerium, nématodes) sont connus pour
avoir plus de 109 tubulines [56].
Il semblerait que les attentes de la RO Orch ont été plutôt concluantes jusqu'ici, et cela nous donne une proposition
scientifique viable visant à fournir une compréhension du phénomène de conscience. Nous croyons que le schéma
sous-jacent de la RO Orch a de bonnes chances d'être foncièrement correct dans ses conceptions fondamentales.
6. Discussion - conscience dans l'univers
La Section 1 décrit trois possibilités quant à l'origine et le lieu de la conscience dans l'univers: (A) comme une
propriété émergente de calcul neuronal complexe du cerveau, (B) comme une qualité spirituelle de l'univers, distincte
des actions purement physiques, et (C) comme composée d'événements discrets « proto-conscients » agissant en
conformité avec les lois physiques qui ne sont pas encore pleinement comprises. La théorie RO Orch (C) suit et inclut
les aspects de (A) et (B). RO Orch suggère une conscience qui se compose de moments discrets, chaque processus à
calcul quantique « orchestré » est terminé par la version DP de RO, une action ancrée dans les aspects quantiques de la
structure fine de la géométrie de l'espace-temps, cela étant couplé aux processus neuronaux du cerveau via des
microtubules.
Dans la mécanique quantique standard, la procédure R est adoptée pour l'action d'une mesure sur un système
quantique, grâce à quoi une superposition quantique de deux états – ces derniers pouvant être distingués par cette
mesure – est remplacée de façon probabiliste par l'un ou l'autre de ces états (« réduction de l'état quantique » ou
« réduction de la fonction d'onde »). Mais cette action est normalement considérée comme illusoire dans un certain
sens, n’étant pas une action physique réelle, mais en quelque sorte le résultat d'une sorte d’approximation, ou peut-être
juste comme une commodité, ou un changement de point de vue de l'observateur, ou même comme une « lacune » dans
la connaissance de l'observateur. L'hypothèse de RO (réduction objective), d'autre part, affirme que R est un
phénomène physique objectif réel, indépendant de tout observateur. En outre, ce serait RO qui fournirait le « pont »
entre les mondes quantique et classique. Ceci nécessite toutefois une certaine forme de modification de l'évolution U
standard (c’est-à-dire de l'équation de Schrödinger) pour des systèmes suffisamment massifs. La version DP de RO est
un tel schéma particulier, selon lequel un corps physique massif, placé dans une superposition quantique de deux
emplacements fixes différents, se serait spontanément trouvé situé dans l'un ou l'autre de ces emplacements dans une
échelle de temps de l'ordre de τ ≈ ћ/ EG, où EG est l'auto-énergie gravitationnelle de la différence entre les (valeurs
d’attente) des deux distributions de masse dans des états stationnaires constitutifs. Par conséquent, nous pourrions dire
que la séparation quantique-théorique d'un objet matériel « de lui-même » (comme le chat hypothétiquement
mort/vivant de Schrödinger), serait instable et pourrait se dégrader à l'un ou l'autre des états composants à une échelle
de temps qui se rapproche de la valeur τ. La quantité τ peut également être comprise comme l’infime différence, dans
des unités à échelle de Planck fondamentales, entre géométries de l'espace-temps des deux états alternatifs. De telles
superposition/séparations ont cependant tendance à ne pas être isolées de leur environnement, et s’intriqueraient alors
avec d'autres matières de l'environnement, de sorte que ce soit l’ensemble du système intriqué qui évoluerait jusqu'à
atteindre le seuil requis pour une réduction (RO ) au temps d’environ τ ≈ /E G , où EG est à présent l'auto-énergie
gravitationnelle de la différence entre les deux distributions de masse superposées incluant les environnements
intriqués pertinents. Au moment de la RO, à un temps moyen d’environ τ après la formation de la superposition, les
possibilités alternatives de l'espace-temps se réduisent à juste l'une ou l'autre des configurations de l'espace-temps.
Jusqu'à présent, cela n’est que la proposition DP originale. Cependant RO Orch va plus loin que cela, et met en
avant la suggestion que chaque action de RO (considérée comme étant en conformité avec DP) est accompagnée par
un moment de proto-conscience. Ces événements seraient considérés comme étant les constituants élémentaires d’
« expérience subjective », ou qualia, mais la grande majorité de tels événements RO agit sans faire partie d'une
structure organisée cohérente, de sorte que le matériau approprié soit normalement totalement dominé par le
comportement aléatoire dans l'environnement intriqué. En conséquence, il n'y aurait normalement pas d'expérience
significative associée à ces événements proto-conscients omniprésents. Pourtant, ces moments de proto-conscience
sont considérés comme étant les ingrédients primitifs de conscience véritable effective, lorsqu’ils sont orchestrés
ensemble de façon appropriée dans un ensemble cohérent.
Dans la version de la proposition DP mise en avant dans [92-95], il y avait, techniquement parlant, une hypothèse
(pas toujours explicite) que les énergies des deux états quantiques stationnaires impliqués dans la superposition, étaient
considérées comme étant égales l’une à l’autre. Ici (Section 4.6), nous généralisons DP d'une nouvelle manière, ce qui
nous permet de considérer des états stationnaires superposés d'énergie inégale. Nous soutenons que, pour les énergies
qui ne diffèrent que légèrement les unes des autres, l'action de RO ne nous emmène pas seulement à l'un ou l'autre de
ces deux états constitutifs dans une échelle de temps d'environ τ ≈ ћ/ EG, mais le résultat du processus RO consiste à
réduire la superposition à une oscillation entre les deux, dont la fréquence est donnée par la valeur de battement,
donnée par la différence entre les deux fréquences quantiques beaucoup plus grandes associées aux énergies des deux
états précédemment superposés. Nous suggérons que ce sont ces fréquences de battement, résultant des processus RO
Orch qui impliquent la réduction des états de tubuline superposés de manière cohérente avec des énergies légèrement
différentes, qui aboutissent aux fréquences caractéristiques, comme la synchronie gamma à 40 Hz qui semble être en
corrélation avec les états de conscience.
Dans une situation incontrôlée se produisant dans le monde physique, avec des systèmes en superposition
quantique, RO se produirait habituellement spontanément lorsque l'environnement important est intriqué avec le
système, et EG peut rapidement devenir relativement grand, si τ est atteint rapidement, et le choix de la configuration
particulière de l'espace-temps comporte une composante dominante de caractère aléatoire en raison de la nature
aléatoire de l'environnement. Le moment de l’ 'expérience subjective’ qui serait associé à ce type de RO est une qualité
indifférenciée, non-cognitive, très légèrement expérientielle (« proto-consciente »). En raison de la composante
aléatoire, une telle « expérience » RO induite par l’environnement manquerait d'information, de cognition ou de sens,
étant très brève (faible τ en raison de la EG environnementale élevée) et omniprésente, jouant simplement le rôle de
« décohérence » qui est familier dans l’interprétation standard de la mécanique quantique.
Toutefois, selon RO Orch, l'évolution biologique a fourni des structures telles que les microtubules, dans lesquels
les événements RO pourraient être « orchestrés », permettant un calcul quantique opérationnel dans les canaux
« aromatiques » non polaires isolés au sein des protéines de microtubules. Avec l'évolution future, des superpositions
quantiques orchestrées dans les microtubules auraient pu persister plus progressivement avec de plus grandes valeurs
de EG, en ayant des intrications avec d'autres parties de la structure qui jouent des rôles significatifs, permettant ainsi à
un calcul quantique significatif de se produire. Pourtant, avec uniquement un isolement partiel, le seuil de la RO τ ≈
/E G resterait atteint uniquement en incluant une intrication environnementale non-orchestrée, qui introduit le caractère
aléatoire dans le choix des états. En conséquence, un tel calcul quantique RO manquerait complètement de cognition
« orchestrée », ainsi les aspects non-calculables revendiqués de DP RO n’entreraient pas en jeu à ce stade. Pourtant, les
avantages d'une certaine forme de « calcul quantique » dans ces processus pourraient encore être d'une pertinence
significative, même si l'action RO serait seulement à ce niveau « proto-consciente ».
Avec un développement évolutionnaire encore plus avancé, des facteurs biologiques pourraient orchestrer et isoler
davantage le calcul quantique des microtubules de sorte que le seuil RO τ ≈ ћ/ EG puisse à présent être atteint par des
superpositions quantiques des microtubules orchestrées d’elles-mêmes, et une EG relativement grande pourrait être
atteinte sans compter sur un caractère aléatoire de l'environnement. Ces moments RO Orch pourraient fournir une riche
expérience subjective cognitive, et contrôler le comportement conscient, avec une influence « voulue » non-calculable.
De plus, étant donné que la version DP de RO est une proposition gravitationnelle, cela concerne les phénomènes
expérimentaux aux fondamentaux de la géométrie de l'espace-temps. L’évolution pourrait bien avoir des superpositions
orchestrées favorisées avec de plus grandes valeurs EG, permettant des temps τ plus brefs qui sont de plus en plus utiles
à la cognition de l'organisme. Conformément à nos idées antérieures, nous pourrions supposer que celles-ci ont
finalement atteint une EG suffisante pour τ près de 25ms pour une synchronie gamma avec des événements conscients
RO Orch de 40 Hz ou plus par seconde. Alternativement, selon l’approche de « fréquence de battement » RO Orch
introduite ici, des résonances mégahertz MT naturelles (peut-être des valeurs EG beaucoup plus grandes) permettent des
fréquences de battement beaucoup plus lentes dans la plage de synchronie gamma.
Philosophiquement, RO Orch s’aligne plus étroitement avec Alfred North Whitehead [10, 11] qui a observé
l’activité mentale en tant que processus d’ « occasions », des quanta spatio-temporels, dotés chacun - généralement à
un niveau très basique, de caractéristiques mentales qui étaient « inactives », monotones, et « répétitives ». Celles-ci
semblent analogues, dans le contexte RO Orch, à des événements RO « proto-conscients » non orchestrés. Whitehead
a considéré la conscience, la mentalité de niveau élevé, comme étant extrapolée à partir de chaînes temporelles de ces
occasions. De son point de vue, les sociétés très organisées d'occasions permettent à la mentalité primitive de devenir
intense, cohérente et pleinement consciente. Cela semble analogue aux événements conscients RO Orch. Abner
Shimony [169], Henry Stapp [170] et d'autres ont reconnu que l'approche de Whitehead a été potentiellement
compatible avec la physique moderne, en particulier la théorie quantique, avec des réductions de l'état quantique –
événements réels– qui semblent représenter des « occasions », à savoir la mentalité de niveau élevé de Whitehead,
composée de « chaînes temporelles... d'occasions intenses, cohérentes et pleinement conscientes », celles-ci étant
équivalentes à des séquences d’événements RO Orch. Celles-ci pourraient éventuellement coïncider avec la synchronie
gamma, mais avec nos idées de « fréquence de battement » actuelles, la synchronie gamma serait plus susceptible
d'avoir un effet de battement directement lié au temps τ de réduction RO. Comme les événements Orch sont en effet
des réductions de l'état quantique, RO Orch et la philosophie du processus de Whitehead semblent être assez
étroitement compatibles.
Les occasions « inactives » d'expérience de faible niveau de Whitehead semblent correspondre à nos événements
RO « proto-conscients » non-orchestrés. Selon le schéma DP, les processus RO se produiraient tout le temps partout
et, impliquant normalement l'environnement aléatoire, fourniraient le caractère aléatoire efficace qui est caractéristique
de la mesure quantique. Les superpositions quantiques atteindront continuellement le seuil DP pour RO dans des
réglages non biologiques, ainsi que dans les réglages biologiques, et RO se produirait généralement dans un
environnement purement aléatoire comme dans un système quantique en cours de mesure. Néanmoins, dans le schéma
RO Orch, ces événements sont considérés comme ayant une expérience subjective rudimentaire, ce qui est
indifférencié et manque de cognition, peut-être fournissant les ingrédients constitutifs de ce que les philosophes
appellent qualia. Nous appelons de tels événements RO non-orchestrés omniprésents, manquant d'information et de
cognition, « proto-conscients ». A cet égard, RO Orch a des points communs avec le point de vue (B) de la Section 1,
qui intègre des éléments spiritualistes, idéalistes et panpsychistes, ceux-ci étant considérés comme étant des
précurseurs de conscience essentiels qui sont intrinsèques à l'univers. Toutefois, il convient de souligner que RO Orch
soutient fermement l'attitude scientifique qui est exprimée par (A), et elle intègre cette image de ce point de vue de
l'activité électrochimique neuronale, en acceptant que les fonctions du niveau membranaire de réseau neuronal nonquantique pourraient fournir une explication adéquate d’une grande partie de l'activité inconsciente du cerveau. RO
Orch dans les microtubules à l'intérieur de dendrites neuronales et le soma ajoute un niveau plus profond pour les
processus conscients.
Les conditions pour la RO Orch et la conscience sont assez rigoureuses dans notre schéma: la superposition
orchestrée doit être isolée des effets RO/décohérence de l'environnement aléatoire assez longtemps pour atteindre le
seuil DP tout en continuant à effectuer le calcul quantique. De petites superpositions sont plus faciles à isoler pour un
temps limité, mais nécessitent de plus longues durées de réduction τ, de sorte que l’isolement devrait être
proportionnellement plus proche au isolement parfait.
Les larges superpositions atteindront rapidement le seuil, mais sont intrinsèquement plus difficiles à isoler. Si nous
considérons que l'image de fréquence de battement est appropriée en ce qui concerne l'évocation de la conscience, alors
nous pouvons supposer que les fréquences de battement, par exemple de processus mégahertz plus rapides, pourraient
éventuellement n’exiger que de très courts temps de réduction. Ceux-ci pourraient être encore plus courts que 10 -8 s si
nous considérons que c’est effectivement le cas pour que notre proposition DP-RO étendue permette que les temps de
réduction soient beaucoup plus courts que la période de battement, tout en donnant lieu à des battements classiques,
comme supposé à la Section 4.6. En conséquence, une suggestion que nous pouvons faire est que la « cohérence
Bandyopadhyay » (« BC ») - la résonance mégahertz, découverte par le groupe Bandyopadhyay, suggérant des temps
de cohérence de 10-7 s, ou les dizaines de résonances kilohertz qu’ils ont découvertes suggérant 10 -4 s - fournit de
bonnes preuves que ces superpositions dans des groupes de microtubules suffisamment importants pourraient persister
dans le cerveau pour les temps de réduction τ et les processus RO Orch qui pourraient être pertinents pour la fonction
du cerveau et la conscience.
Qu'en est-il pour RO Orch dans les systèmes non biologiques ? Après tout, RO en τ ≈ /E G se produit partout.
Quel rôle pourrait-il y avoir pour celle-ci dans la conscience ailleurs dans l'univers?
De très grandes masses peuvent être impliquées dans les superpositions quantiques, se produisant dans l'univers
dans les situations quantiques, par exemple dans le cœur des étoiles à neutrons. On pourrait imaginer que τ soit alors
ridiculement minuscule. Mais EG peut encore être relativement faible si le déplacement de la masse reste faible en
raison de l'uniformité de la matière. Mais généralement, par RO, de telles superpositions à grande échelle se réduiraient
très rapidement, et des superpositions classiquement déraisonnables seraient rapidement éliminées. On ne sait pas si
ces systèmes quantiques peuvent être orchestrés pour avoir des moments conscients RO Orch cognitifs significatifs,
mais il est certainement concevable que des créatures sensibles puissent avoir évolué dans certaines parties de l'univers
qui nous seraient très étrangères, par exemple sur des surfaces d’étoiles à neutrons, avec des superpositions à très
grande échelle, et probablement des événements RO de très haute fréquence, une idée qui a été développée
ingénieusement et de manière très détaillée par Robert Forward dans deux histoires de science-fiction (Dragon’s Egg
en 1980, Starquake en 1989 [171, 172]). De telles créatures (désignées par « cheelas » dans les livres), avec les
processus métaboliques et probablement des événements de type RO Orch se produisant à des taux d'environ un
million de fois de ceux d'un être humain, pourraient sans doute avoir des expériences intenses, mais que cela soit oui
ou non possible de manière détaillée est, à présent, une question très spéculative. Néanmoins, la proposition RO Orch
offre une voie possible à l'argument rationnel, quant à savoir si la vie consciente d'un genre totalement étranger tel que
celui-ci, ou une autre forme de superposition quantique, peut-être possible, voire probable, quelque part dans l'univers.
Ces spéculations soulèvent également la question du « principe anthropique », selon lequel il est parfois soutenu
que les constantes de la Nature sans dimensions particulières qu’il nous arrive de trouver dans notre univers sont
apparemment « fortuitement » favorables à l'existence humaine et à la conscience (une Constante physique sans
dimensions est un nombre pur, comme le rapport de la force électrique à la force gravitationnelle entre l'électron et le
proton dans un atome d'hydrogène, qui dans ce cas est un nombre de l'ordre général de 10 40). Le point clé n’est pas tant
lié à l'existence humaine, mais à l'existence d'êtres sensibles de toute sorte, à savoir l'existence de la conscience. Y a-til une quelconque coïncidence quant aux constantes physiques sans dimensions d’une nature telle que la vie consciente
serait possible? Par exemple, si la masse du neutron a été légèrement inférieure à celle du proton, plutôt que légèrement
plus grande, alors des neutrons plutôt que des protons auraient été stables, et ce serait au détriment de l'ensemble du
sujet de la chimie. Ces questions sont souvent soulevées (voir Barrow et Tipler [173]), mais la proposition RO Orch
fournit un peu plus de substance potentielle à ces arguments, étant donné qu’une proposition de la possibilité de vie
sensible est, en principe, fournie. Une question se pose, pourquoi l'univers est-il favorable à la conscience ?
Le schéma cosmologique récemment proposé de la cosmologie cyclique conforme (CCC) (Penrose [174],
Gurzadyan et Penrose [175]) a aussi une certaine pertinence sur ces questions. CCC avance que ce que nous
considérons actuellement comme toute l'histoire de notre univers, de son origine du Big-Bang (mais sans inflation) à
son avenir en expansion indéfinie, n’est qu’un éon dans une succession sans fin d’éons similaires de ce genre, où
l'avenir infini de chacun d’eux correspond au big bang du suivant via un changement d'échelle infini. Une question se
pose quant à savoir si les constantes sans dimensions de l'éon avant le nôtre, dans le schéma CCC, sont les mêmes que
celles de notre propre éon, et cela revient à la question de savoir si la vie sensible pourrait exister dans cet éon ainsi que
dans notre propre éon. Est-ce que les constantes sans dimensions pourraient changer avec chaque éon successif,
pourraient-elles peut-être « muter » et évoluer pour optimiser la conscience ? L’évolution pourrait-elle au cours des
éons prendre ainsi en compte le principe anthropique? Smolin [176] a suggéré une idée qui est à peu près semblable à
celle-ci, mais dans son schéma, la dynamique de l'avantage sélectif serait pour plus de trous noirs et d’univers
naissants, plutôt que pour une conscience voire même pour la vie. Néanmoins, on peut en principe répondre à la
question de la constance de ces numéros par l'observation dans CCC, et cette question pourrait avoir une influence sur
l’étendue ou la validité de la proposition RO Orch. Si RO Orch se révèle correcte, pour l'essentiel, comme une base
physique pour la conscience, alors elle ouvre la possibilité d’apporter une réponse à de nombreuses questions, par
exemple si la vie et la conscience avaient pu apparaître dans un éon avant le nôtre, cela aurait auparavant semblé bien
au-delà des portées de la science.
En outre, RO Orch place le phénomène de la conscience à un emplacement très central dans la nature physique de
notre univers, indépendamment de si cet « univers » comporte des éons autres que le nôtre ou non. Nous croyons que,
mis à part les aspects détaillés des mécanismes physiques qui sont impliqués dans la production de conscience dans le
cerveau humain, la mécanique quantique est une théorie incomplète. Certains accomplissements sont nécessaires, et la
proposition DP pour le schéma RO - sous-jacent au processus R de la théorie quantique - serait une possibilité
définitive. Si un schéma tel que celui-ci est bien respecté par la Nature, alors il existe un ingrédient supplémentaire
fondamental à nos lois actuellement comprises de la Nature qui joue un rôle important au niveau de l'échelle de Planck
de la structure de l'espace-temps. La proposition RO Orch tire profit de cela, suggérant que l'expérience consciente
joue elle-même un rôle dans le fonctionnement des lois de l'univers.
7. Conclusion
La « Réduction Objective Orchestrée » (« RO Orch ») est une théorie qui propose que la conscience se compose
d'une séquence d'événements discrets, chacun étant un moment de « réduction objective » (RO ) d'un état quantique
(selon le schéma DP), où l’on considère que ces états quantiques existent en tant que parties d'un calcul quantique
réalisé essentiellement dans des microtubules neuronaux. De tels événements RO devraient être « orchestrés » de
manière appropriée (RO Orch), pour qu’une conscience véritable survienne. RO est elle-même considérée comme étant
omniprésente dans les actions physiques, représentant le « pont » entre les mondes quantique et classique, où des
superpositions quantiques entre paires d'états se résolvent spontanément dans des alternatives classiques dans une
échelle de temps ~ τ, que l’on calcule à partir de la quantité de déplacement massif qui se trouve entre les deux états.
Dans nos propres cerveaux, le processus RO qui évoque la conscience, représenterait des actions qui relient la biologie
du cerveau (calculs quantiques dans les microtubules) avec la structure à petite échelle de la géométrie de l'espacetemps, le niveau le plus élémentaire de l'univers, où des déplacements quantiques spatio-temporels minuscules sont
considérés comme étant responsables de RO. La proposition RO Orch s’étend donc à travers une plage considérable
des domaines de la science, touchant aux fondements de la relativité générale et la mécanique quantique, de façon non
conventionnelle, en plus des domaines plus manifestement pertinents tels que les neurosciences, les sciences
cognitives, la biologie moléculaire, et la philosophie. Il n’est donc pas surprenant que RO Orch ait été constamment
critiquée de plusieurs angles depuis son introduction en 1994. Néanmoins, le schéma RO Orch a donc jusque là résisté
à l'épreuve du temps mieux que la plupart des autres schémas, et se distingue particulièrement d’autres propositions par
les nombreux ingrédients scientifiquement testés et potentiellement testables desquels il dépend.
Il convient de mentionner que différents aspects de la théorie RO Orch ont eux-mêmes évolué en réponse aux
avancées scientifiques et, dans certains cas, aux critiques constructives. Nous énumérons ici quelques adaptations
récentes et développements récents que nous avons à présent intégrés dans la théorie.
Biologie cellulaire et moléculaire
• Les états d’informations de tubuline dans le calcul quantique et classique RO Orch sont à présent en corrélation
avec les dipôles, plutôt qu’avec une conformation mécanique, en évitant les problèmes de chaleur et d'énergie.
• Les dipôles de tubuline effectuant la médiation du calcul et de l’intrication peuvent être électriques (séparation de
charges de force de Londres), ou magnétiques (courants et états de « spin » électronique), comme présenté dans le
présent document.
• La conductance électronique améliorée découverte par le groupe Anirban Bandyopadhyay [88, 89] dans des
microtubules simples à température chaude à des fréquences gigahertz mégahertz kilohertz de courant alternatif
spécifique, (« cohérence de Bandyopadhyay », « BC ») soutient fermement RO Orch.
• BC et RO Orch peuvent bien avoir été l’objet d’une médiation à travers les canaux quantiques intra-tubuline de
cycles aromatiques, comme dans les protéines de la photosynthèse, plausiblement pour le calcul quantique dans les
microtubules.
• Les anesthésiques se lient dans ces canaux quantiques de tubuline, sans doute pour disperser les dipôles
quantiques nécessaires à la conscience.
La science du cerveau
• La maladie d'Alzheimer, le traumatisme cérébral et d'autres troubles sont liés à des perturbations des
microtubules; des thérapies prometteuses sont visées au niveau du BC dans le cerveau.
• Des processus (1/f, « de type fractal ») invariants d’échelle à des niveaux de réseaux et de neurones pourraient
peut-être s’étendre vers le bas au niveau du BC neuronal dans les microtubules, par exemple, les excitations
mégahertz.
• Des moments conscients RO Orch, par exemple à 40 Hz, sont à présent considérés comme étant des « fréquences
de battement » de CB dans les MT, les fréquences de battement plus lentes étant couplées à la physiologie
membranaire neuronale et tenant compte des corrélats EEG de conscience.
La proposition RO Orch suggère que l'expérience consciente est intrinsèquement reliée à la structure à petite échelle de
la géométrie de l'espace-temps, et que la conscience pourrait être profondément liée à l'application des lois de l'univers.
Remerciements
Nous remercions Dave Cantrell, Université de l'Arizona, Communications Biomédicales pour les illustrations, Marjan
Macphee et Dr. Quinlan Amos, Département d'anesthésiologie, Université de l'Arizona pour le support au niveau du
manuscrit, et Travis Craddock, PhD, Université de l'Alberta, Canada, pour les Figs. 4 et 5.
Note du traducteur : Pour la liste de références veuillez vous reporter à la version original de l'article (version
anglaise) également hébergée au sein du cite Samy-Maroun-Center-for-Quantum-Physics.com .