뇌가 양자 효과를 사용한다는 새 연구 [동영상]

• Roger Penrose가 제안했던 인간 뇌의 미세소관 내 양자 효과 아이디어를 새 연구가 일부 뒷받침함
• Penrose의 원래 가설은 뇌가 미세소관에서 양자 효과를 사용하고, 그것이 의식의 기원이라는 내용이었음
• 이 아이디어는 당시 많은 사람들에게 다소 이상한 주장으로 받아들여짐
• 새 연구는 Penrose가 적어도 미세소관에 관해서는 맞았을 가능성을 보여줌
• 의식의 기원 전체가 입증됐다는 내용은 아니며, 관련 설명은 동영상으로 제공됨

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Penrose의 미세소관 가설

• Roger Penrose는 인간 뇌가 미세소관에서 양자 효과를 사용한다고 제안했음
• 이 가설은 해당 양자 효과가 의식의 기원이라는 주장까지 포함함
• 당시 많은 사람들은 이 주장을 다소 이상하게 여겼음

새 연구가 뒷받침한 범위

• 새 연구는 Penrose가 적어도 미세소관에 대해서는 맞았다는 방향으로 다뤄짐
• 다만 의식의 기원 전체가 입증됐다고 보기는 어렵고, “미세소관에 관해서는”이라는 제한이 남아 있음

연결된 동영상

• Video 3: 뇌가 양자 효과를 사용한다는 새 연구와 Penrose의 미세소관 아이디어를 다루는 동영상으로 연결됨

[GN⁺]

Hacker News 의견들

• 이 논문은 거의 대부분 그림이 시뮬레이션인 이론 모델링 논문처럼 보이고, 실제 실험 측정은 형광분광광도계로 벌크에서 한 3개 정도뿐인 듯함
  미세소관이 튜불린보다 더 높은 형광 양자수율(QY)을 보인다는 관찰을 시뮬레이션의 아이디어로 설명할 수 있다는 주장인데, 이렇게 적은 측정값에 대해 저자들이 제안한 설명이 가장 단순한 설명이라고 보기는 어려움
  형광단이 벌크 용매에서 가려지는 것만으로도 QY와 스펙트럼은 크게 달라질 수 있음. 예전에 생물학적 형광 리포터 시약을 설계했었음
• 논문 자체[0]는 내 이해 범위를 조금 넘지만, 이 대목[1]은 웃겼음
  “Penrose가 그 미친 Hameroff에게 빠졌다니 안타깝다는 말을 여러 번 들었다. 하지만 나는 Penrose와 Hameroff를 둘 다 만나봤고, 둘 다 물론 미쳤지만 둘 중 누구도 멍청하지는 않다”
  0: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jpcb.3c07936
  1: https://www.youtube.com/watch?v=R6G1D2UQ3gg&t=181s
  • 그 논문에서 중요한 건 “양자”가 아니라, 신경계 내부에서 빛을 통한 데이터 전송이 실제로 존재한다는 주장임
    논문은 뉴런의 초미약 발광 결과[1]를 인용하지만, 해당 논문은 Elsevier 유료 장벽 뒤에 있음
    이후 논문은 빛을 통한 데이터 전송을 전제로 삼고, 광섬유처럼 빛을 유도하는 구조를 가정한 다음 “초고속” 데이터 전송으로 이어감
    생화학 쪽 전문가의 코멘트가 필요함. 무엇이 실제 결과이고 무엇이 손짓 설명인지 전혀 명확하지 않지만, 실험 가능한 영역인 것은 분명함. 후속 연구가 추측을 벗어나 이를 확인하거나 기각해야 함
    [1] https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S10111...
• 뇌가 모든 양자 효과의 영향을 받는 물리적 물체라면, 새로울 점은 뇌가 양자 효과를 쓰지 않는다는 쪽 아닌가? 쓴다는 건 당연해 보임
  • 단어는 세상을 잘라내기 위해 쓰이고, 그래서 의미를 가짐
    이 단어들이 우주의 모든 것에 적용된다고 받아들이면 의미를 없애는 셈인데, 의도는 그게 아님
    발사체도 양자 효과의 영향을 받지만 그 행동은 고전적으로 충분히 잘 모델링할 수 있음. 호의적으로 읽으면 “뇌의 작동 행동을 모델링하려면 고전역학만으로는 부족하다” 정도가 됨
  • 화학과 생물학의 미시적 현상을 설명하는 데 양자역학이 필요하다는 점은 전혀 논쟁거리가 아님
    이상한 주장은 생물이 1) 양자컴퓨팅에서도 차가운 진공에서 겨우 시도하는 장거리 얽힘과 결맞음 상태를 300K의 용액 환경에서 보존하는 법을 알아냈고, 2) 동시에 이것을 사고와 의식에 필수적임이 실험적으로 입증된 기존 뉴런 계산 과정에 선택적으로 결합한다는 식임
    지난 30년 동안 이를 뒷받침할 실질적 실험 증거가 없었고, 결국 “생물학은 마법”이라는 주장에 가까움. 그래서 대부분의 생물물리학자와 신경과학자는 이를 진지하게 받아들이지 않음
  • “양자 효과”는 보통 중첩의 결맞음 상태를 뜻함
    뇌처럼 따뜻해서 광자가 가득한 환경에서는 다른 이유가 없더라도 중첩이 사실상 즉시 결어긋남을 겪음. 따라서 양자 효과가 뇌에서 의미 있는 계산 역할을 한다는 건 그럴듯하지 않음
  • 이런 주장이 나올 때 뜻하는 바는 원자와 분자가 하는 평범한 일에 양자 효과를 쓴다는 게 아니라, “인지” 과정에 양자 효과가 쓰여 우리가 생물학적 기계 이상이라고 믿을 여지를 만들고, 영혼·의식·자유의지 같은 마법적 속성을 남겨둔다는 것임
    양자 효과가 광합성에 도움을 준다는 결과는 있지만, 인지나 다른 영역에서 흥미로운 용도로 쓰이는 경우는 생물학에서 극히 드묾. 광합성이 문서화된 몇 안 되는 예 중 하나라고 봄
    양자 뇌 아이디어는 인기와 달리 수십 년 동안 결정적 증거를 보여주지 못했음. 그래서 이 주장이 입증된다면 정말로 엄청나게 새로운 결과가 됨
  • 제목은 “뇌가 유용하고 제어 가능한 방식으로 양자 효과를 쓴다”였어야 할지도 모름
    Sabine이 영상에서 잘 설명함. 계산에 양자 효과를 쓰려면 매우 통제된 조건이 필요한데, 뇌에서는 불가능하다고 여겨져 왔음
• 대략적으로 Penrose는 전도적 추론 같은 인간 능력이 명백히 계산 가능하지 않으므로 마음이 알고리즘으로 환원된다는 생각을 반증한다고 보는 듯함
  이어서 마음이 하는 일이 순수한 계산 기계는 아니더라도 어떻게 물리적으로 근거를 가질 수 있는지 제안함
  • 전혀 납득이 안 됨. 어떤 것이 물리적으로 근거가 있고 달성 가능하다면, 정의상 계산 가능해야 하는 것 아닌가
  • Sabine의 영상에서 받은 인상은 그게 아니었음
    계산 불가능한 것은 의식 자체, 즉 주관적 경험이고, AI는 아마 결코 의식적이지 않을 것이라는 쪽이었음
• 진화가 기능을 위해 양자역학을 활용하게 됐다면 놀라운 일일까? 진화는 다른 모든 것도 활용했음
  후각에서도 양자역학이 역할을 한다는 이론이 있음[1]
  [1] <https://en.wikipedia.org/wiki/Vibration_theory_of_olfaction>
  • 몇몇 생물학적 과정에서는 어떤 양자역학적 과정이 활용된다고 꽤 확신하고 있음
    엄밀히 말하면 생물학의 모든 것은 결국 양자화학과 물리학으로 설명되지만, 그 자체는 별로 흥미롭지 않음. 다만 생물학의 어떤 과정이 얽힘을 활용한다는 구체적 증거는 아직 찾지 못한 듯함
    지금까지 본 예시는 대부분 터널링과 결맞음 주변임. “양자”의 의미를 두고 많이 싸우지만, 논쟁 대부분은 얽힘과 파동함수 붕괴의 행동에 관한 것임. 터널링과 결맞음은 이제 꽤 평범한 양자역학 현상임
    Sabine의 생물학 관련 대중과학 영상은 특별히 통찰력 있거나 정확하다고 느끼지 않음
  • 전혀 놀랍지 않음. 주변 온도에서 작동하는 엽록소의 광수확 복합체에서 양자 효과의 증거가 있음
    광자를 광계로 효율적으로 안내하는 핵심 요소로 보임
  • 광합성에서는 역할을 함. 지금 휴대폰이라 참고문헌은 바로 없지만, 그건 100% 검증된 사례임
  • 그렇지 않다면 오히려 놀라울 것임. 진화 과정이 왜 양자 효과가 관여하는 메커니즘을 탐색하지 않겠나
• 생물학자들의 창의력 부족은 늘 재미있음
  대략 10년마다 생물학 시스템에 대한 굳건한 도그마 하나가 틀렸다는 것이 증명되고, 그 전에 그걸 처음 제안한 물리학자·컴퓨터과학자·수학자를 조롱했던 패턴이 반복되는 듯함
• Sir Roger가 말할 때마다 그가 얼마나 많은 것을 자기 안에만 담아두고 있는지 궁금해짐. 정말 보석 같은 사람임
  • 아마 꽤 많을 듯함. 그는 여러 주제에서 비정통적인 견해를 갖고 있음
    예를 들어 우주의 열적 죽음을 믿지 않는 것 같고, 중력파 등에 관해서도 흥미로운 이론을 갖고 있음
• 왜 논문이나 더 나은 기사 대신 이 블로그 스팸으로 링크했는지 모르겠음
  Hossenfelder는 신경과학 자격이 없고, 종종 자신만만하게 부정확함
• …하지만 광합성을 하는 모든 것도 그렇지 않나?
  • 식물에는 지능이 많이 있음. 예를 들어 수관 기피, 물을 찾아 뻗어가기, 기린이 잎을 먹고 있다고 나무끼리 알려주는 것 등이 있음
• 뇌가 양자 효과를 활용해서 적응도 이득을 조금이라도 얻을 수 있다면 그렇게 할 것임
  하지만 사람들이 이 주제에 관심을 갖는 이유는 뇌의 양자적 성질과 의식 사이에 연결이 있다고 생각하기 때문처럼 보임. 그 논증은 결국 “양자 효과는 신비로워 보인다, 의식도 신비로워 보인다, 그러므로 양자 효과가 의식을 일으키거나 곧 의식이다” 이상으로 보이지 않으며, 꽤 약함