R - Filozofia Umysłu i Kognitywistyka

Wprowadzenie do Filozofii
Umysłu i Kognitywistyki:
wykład 11
Kwantowy model umysłu
Rogera Penrose’a

Kwantowe modele umysłu
• John Eccles, Karl Popper, The Self and its Brain
(1977)
• Henry Stapp, Mind, Metter and Quantum
Mechanics (1993)
• Max Tegmark, The Importence of Quantum
Decoherence in Brain Processes (1999)
• Stuart Hameroff i in., Quantum Computation in
Brain Microtubules? Decoherence and Biological
Feasibility (2000)
• Stuart Kauffman, Reinventing the Sacred (2008)

Kwantowy model umysłu Penrose’a
• Nowy umysł cesarza. O komputerach, umyśle i
prawach fizyki (1990)
• Cienie umysłu. Poszukiwanie naukowej teorii
świadomości (1994)
• Beyond the Doubting of a Shadow. A Reply to
Commentaries on Shadows of the Mind (1996)
• Makroświat, mikroświat i ludzki umysł [z udz.
A. Shimony’ego, N. Cartwright, S. Hawkinga]
(1997)

Trzy światy i trzy tajemnice Penrose’a

Matematyczność
świata
• „ (…) Świat fizyczny wyłania się z („pozaczasowego”)
świata matematyki (…). Jedną z zadziwiających cech
zachowania świata stanowi jego nadzwyczajna zgodność
z prawami matematycznymi. Im lepiej rozumiemy świat
fizyczny, im głębiej poznajemy prawa natury,
tym bardziej wydaje się nam, że świat fizyczny
gdzieś wyparowuje i pozostaje nam tylko
matematyka. Im głębiej rozumiemy prawa
fizyki, tym dalej wkraczamy w świat
matematyki i matematycznych pojęć”.
R. Penrose, Makroświat, mikroświat i ludzki umysł

Schemat argumentacji Penrose’a
1) Zjawiskowa obserwacja niealgorytmiczności umysłu (gra w
szachy, uprawianie matematyki)
2) Formalizacja przy pomocy maszyny Turinga
i twierdzenia Gödla – wgląd matematyczny jest
niealgorytmiczny (założenie platonizmu matematycznego)
3) Ekstrapolacja niealgorytmiczności rozumowań
matematycznych na cały umysł: świadomość, inteligencja,
rozumienie
4) Unifikacja OTW i QM wykaże niealgorytmiczność procedury
redukcji wektora funkcji falowej R
5) Molekularny model mózgu – efekty kwantowe w
mikrotubulach, nielokalność świadomości
6) Wykazanie, że akty świadomości związane są z procedurą OR

Umysł a obliczenia: 4 modele
A. Silna AI (funkcjonalizm komputerowy) – umysł to
algorytm
B. Słaba AI (Searle) – niektóre funkcje mentalne mogą być
przybliżane przy pomocy algorytmów
C. Umysł jest niealgorytmiczny, ale można badać go
naukowo:
▫ Słabe C. znamy już nieobliczalne teorie przy pomocy
których można badać umysł (np. teoria chaosu)
▫ Silne C. trzeba skonstruować nową, niealgorytmiczną
fizykę, która pozwoli skwantować grawitację i wyjaśnić
umysł (pogląd Penrose’a)
A. Umysłu nie można wyjaśnić ani przy pomocy obliczeń,
ani innych metod naukowych (misterializm)

• Argument z twierdzenia Gödla:
człowiek może wskazywać jako prawdziwe
formuły matematyczne, których nie może
wskazać komputer (maszyna Turinga).
Argumenty za niealgorytmicznością
rozumowań matematycznych
• Problem pokrycia płaszczyzny płytkami
• Zabawkowy model wszechświata
z polikwadratów (ewolucja deterministyczna,
ale nie można jej zalgorytmizować)

Platonizm matematyczny i
niealgorytmiczność rozumowań
• „Wyobrażam sobie, że ilekroć umysł postrzega
matematyczne pojęcie, styka się z platońskim światem
idei: Gdy ktoś widzi prawdę matematyczną, jego
świadomość dociera do świata idei i nawiązuje z nim
bezpośredni kontakt – świat ten staje się dlań dostępny za
pośrednictwem intelektu (…). Rozmowa między
matematykami jest możliwa, ponieważ obaj mają
bezpośredni dostęp do prawdy; świadomość każdego z
nich może bezpośrednio postrzegać matematyczne prawdy
dzięki temu procesowi widzenia”.
Roger Penrose, Nowy umysł cesarza

Umysł a fizyka
„Świadomość jest częścią wszechświata, a zatem każda
teoria fizyczna, która nie przewiduje dla niej miejsca,
z fundamentalnych powodów nie może być uznana za
prawdziwy opis świata”.
Penrose Roger, Cienie umysłu

Kwantowe podstawy umysłu
• Ewolucja unitarna U (zgodna z równaniem
Schrödingera): deterministyczna, liniowa,
symetryczna ze względu na czas
• Procedura redukcji wektora falowego R:
indeterministyczna, nieliniowa, niesymetryczna
• Niezgodność procedur U i R: paradoks pomiaru
• Niealgorytmiczna procedura obiektywnej
redukcji wektora falowego OR

Kwantowe podstawy umysłu
• Problem: dlaczego zmieniają się wagi synaps?
• Dlaczego organizmy jednokomórkowe wykazują
„inteligentne” zachowania skoro nie mają układu
nerwowego?
• Kwantowa koherencja: nadciekłość, nadprzewodnictwo
(kondensat Bosego-Einsteina) zachodzić
może także w ludzkim mózgu
• Hipoteza Penrose’a-Hameroffa:
cytoszkielety komórek wyposażone są
we własne „układy nerwowe”,
najważniejszą rolę odgrywają
w nich mikrotubule.

Mikrotubule
• Polimery białkowe występujące w dwóch konformacjach
przestrzennych jako alfa- i beta-tubulina
• Penrose i Hameroff twierdzą, że to właśnie mikrotubule
regulują zmiany wag synaps

Kwantowe podstawy umysłu
• Niealgorytmiczność umysłu powodowana jest istnieniem
koherentnych zjawisk kwantowych w mikrotubulach
komórek nerwowych:
• „Można przypuszczać, że natura postanowiła dobrze
wykorzystać puste rurki cytoszkieletu. Być może rurki
stanowią dobrą izolację, dzięki której kwantowe procesy
zachodzące wewnątrz nie ulegają splątaniu z otoczeniem
przez dłuższy czas”.
R. Penrose, Cienie umysłu
• Dodatkową izolację zapewnia woda bez wolnych jonów
• Ważną rolę odgrywa kwantowa nielokalność (np. EPR).

Nielokalność
„Szczególnie interesująca wydaje się możliwość
stwierdzenia, że wzbudzenia mikrotubuli cechuje taka
nielokalność, z jaką mamy do czynienia w zjawisku EPR
(…), gdyż tego efektu nie można wyjaśnić w żaden
klasyczny (lokalny) sposób. Jeśli na przykład wyobrazimy
sobie, że wykonujemy pomiary w różnych punktach
mikrotubuli – lub w różnych mikrotubulach – to okaże się,
że wyników nie można wyjaśnić za pomocą klasycznie
niezależnych czynników działających w obu punktach”.
Penrose Roger, Cienie umysłu

Kwanty i anestezjologia
• Penrose i Hameroff: dowodem na związek
cytoszkieletu ze świadomością jest odwracalny
zanik świadomości przy zastosowaniu anestezjii
• Anestezja wywołana może być przez chloroform,
eter, tlenek azotu – powodem są siły van der
Waalsa, które przyciągają cząsteczki z momentem
dipolowym:
• „Gazy powodujące znieczulenie ogólne docierają do
pojedynczych neuronów, a wtedy momenty
elektryczne ich cząstek oddziałują z dimerami,
blokując działanie mikrotubuli”.

Zarzuty wobec koncepcji Penrose’a
• (1) zarzuty logiczno-matematyczne
• (2) zarzuty fizyczne
• (3) zarzuty kognitywistyczne
• (4) zarzuty filozoficzne (włączą się z (1)-(3))

Zarzuty logiczno-matematyczne
• Stanisław Krajewski: argument Penrose’a
prowadzi albo do sprzeczności albo do błędnego
koła
• Alan Turing, Hilary Putnam: być może umysł
jest sprzeczny i w zw. z tym nie podpada pod
ograniczenia z twierdzeń Gödla
• Kurt Gödel: nie możemy dowieść własnej
niesprzeczności

Zarzuty fizyczne
• Bernard Korzeniewski: Penrose ma problem z
rozróżnieniem zjawisk kwantowych
odpowiedzialnych za myślenie od innych procesów
kwantowych (kondensat Bosego-Einsteina).
• Korzeniewski nie zauważa jednak, że model
Penrose’a nie bazuje na tak prostych cząstakch jak
fotony czy bozony W lub Z, ale dotyczy cząstek o
masie ok. 50 000.
• Stephen Hawking, Max Tegmark: mikrotubule zbyt
słabo izolują; problem dekoherencji

Zarzuty kognitywistyczne i
filozoficzne
• Nency Cartwright: zjawiska mentalne powinny
stanowić przedmiot badań biologii a nie fizyki.
Poziom biologiczny jest nieredukowalny do
fizykalnego (panują na nim odrębne prawa)
• Większość neurobiologów (np. Gerald Edelman):
nawet jeśli efekty kwantowe odgrywają jakąś rolę w
powstawaniu świadomości, można je pominąć –
wystarczy skupić się na podłożu neuronalnym.
• Alan Chalmers: teoria Penrose’a nie zasługuje na
miano missing science of consciousness bo nie
mówi czym jest świadomość

Zarzut Daniela Dennetta
wobec fizykalizmu
„(…) po raz pierwszy w moim życiu zawodowym
dyscyplina, która wkracza na obszar innej bije
filozofię na głowę, jeśli chodzi o łączenie arogancji
z ignorancją w dziedzinie, na której teren wkracza.
Neuronaukowcy i psychologowie, którzy ze
zdumieniem i osłupieniem patrzyli na filozofów
spierających się o szczegóły superweniencji
i intensjonalności, muszą teraz z podobnym
zdumieniem wsłuchiwać się w arkana splątnia
kwantowego i kondensatów Bosego-Einsteina.
Kusząca wydaje mi się myśl, że im trudniej o postępy
w fizyce, tym chętniej część fizyków poszukuje
atrakcyjniejszych miejsc, gdzie wolno spekulować
z jeszcze mniejszą obawą o krnąbrność faktów
empirycznych czy jawną sprzeczność”.
Daniel Dennett, Słodkie sny

• Czy Penrose ma racje? Gdzie w
jego koncepcji tkwi najsłabszy
punkt?
• Czy krytycy Penrose’a mają rację?
Czy faktycznie model Penrose’a
jest taki zły jak mówią Dennett,
Chalmers
i inni?
• Czy oponenci Penrose’a w ogóle
rozumieją jego teorię?
• Czy w zamian proponują oni coś
lepszego
i konkretniejszego?
• Czy modele kwantowe mogą
jednak pomóc w zrozumieniu
zjawisk mentalnych?