La réduction objective orchestrée (Orch OR) est une théorie qui postule que la conscience prend naissance au niveau quantique à l'intérieur des neurones, plutôt que la vision conventionnelle pour laquelle elle est le produit de connexions entre les neurones. Le mécanisme est considéré comme un processus quantique appelé réduction objective qui est orchestré par des structures cellulaires appelées microtubules. Il est proposé que la théorie puisse répondre au problème difficile de la conscience et fournir un mécanisme pour le libre arbitre. L'hypothèse a été avancée pour la première fois au début des années 1990 par le lauréat du prix Nobel de physique, Roger Penrose, et l'anesthésiste et psychologue Stuart Hameroff. L'hypothèse combine des approches issues de la biologie moléculaire, des neurosciences, de la pharmacologie, de la philosophie, de la théorie de l'information quantique et de la gravité quantique.
Alors que les théories dominantes affirment que la conscience émerge à mesure que la complexité des calculs effectués par les neurones cérébraux augmente, Orch OR postule que la conscience est basée sur un traitement quantique non calculable effectué par des qubits formés collectivement sur des microtubules cellulaires, un processus significativement amplifié dans les neurones. Les qubits sont basés sur des dipôles oscillants formant des anneaux de résonance superposés dans des voies hélicoïdales à travers des réseaux de microtubules. Les oscillations sont soit électriques, dues à la séparation de charge des forces de Londres, soit magnétiques, dues au spin des électrons - et peut-être aussi dues aux spins nucléaires (qui peuvent rester isolés pendant de plus longues périodes) qui se produisent dans les gammes de fréquences de l'ordre de gigahertz, mégahertz et kilohertz. L'orchestration fait référence au processus hypothétique par lequel les protéines conjonctives, telles que les protéines associées aux microtubules (MAP), influencent ou orchestrent la réduction de l'état des qubits en modifiant la séparation spatio-temporelle de leurs états superposés. Cette dernière est basée sur la théorie de l'effondrement objectif de Penrose pour interpréter la mécanique quantique, qui postule l'existence d'un seuil objectif régissant l'effondrement des états quantiques, lié à la différence de courbure spatio-temporelle de ces états dans la structure à échelle fine de l'univers.
La réduction objective orchestrée a été critiquée depuis sa création par des mathématiciens, des philosophes et des scientifiques. La critique s'est concentrée sur trois questions : l'interprétation de Penrose du théorème de Gödel ; le raisonnement abductif de Penrose reliant la non-calculabilité aux événements quantiques ; et l'inaptitude du cerveau à héberger les phénomènes quantiques requis par la théorie, puisqu'il est jugé trop « chaud, humide et bruyant » pour éviter la décohérence.
Contexte En 1931, le mathématicien et logicien Kurt Gödel a prouvé que toute théorie effectivement générée capable de prouver l'arithmétique de base ne peut être à la fois cohérente et complète. En d'autres termes, une théorie mathématiquement valable ne peut se prouver elle-même. Une affirmation analogue a été utilisée pour montrer que les humains sont soumis aux mêmes limites que les machines, , under "The Argument from Mathematics" where he writes "although it is established that there are limitations to the powers of any particular machine, it has only been stated, without sort of proof, that no such limitations apply to the human intellect.". Cependant, dans son premier livre sur la conscience, The Emperor's New Mind (1989), Roger Penrose a soutenu que les résultats non prouvables de Gödel sont prouvables par des mathématiciens humains. Il considère cette disparité comme signifiant que les mathématiciens humains ne peuvent pas être décrits comme des systèmes de preuve formels et exécutent donc un algorithme non calculable.
S'il est correct, l'argument de Penrose-Lucas laisse ouverte la question de la base physique du comportement non calculable. La plupart des lois physiques sont calculables, et donc algorithmiques. Cependant, Penrose a déterminé que l'effondrement de la fonction d'onde était un candidat de choix pour un processus non calculable. En mécanique quantique, les particules sont traitées différemment des objets de la mécanique classique. Les particules sont décrites par des fonctions d'onde qui évoluent selon l'équation de Schrödinger. Les fonctions d'onde non stationnaires sont des combinaisons linéaires des états propres du système, un phénomène décrit par le principe de superposition. Lorsqu'un système quantique interagit avec un système classique, c'est-à-dire lorsqu'un observable est mesuré, le système semble s'effondrer à un état propre aléatoire de cet observable d'un point de vue classique.
Si l'effondrement est vraiment aléatoire, alors aucun processus ou algorithme ne peut prédire son résultat de manière déterministe. Cela a fourni à Penrose un candidat pour la base physique du processus non calculable qu'il a supposé exister dans le cerveau. Cependant, il n'aimait pas la nature aléatoire de l'effondrement induit par l'environnement, car le hasard n'était pas une base prometteuse pour la compréhension mathématique. Penrose a proposé que les systèmes isolés puissent encore subir une nouvelle forme d'effondrement de la fonction d'onde, qu'il a appelée réduction objective (OR).
Penrose a cherché à réconcilier la relativité générale et la théorie quantique en utilisant ses propres idées sur la structure possible de l'espace -temps. Il a suggéré qu'à l'échelle de Planck, l'espace-temps courbe n'est pas continu, mais discret. Il a en outre postulé que chaque superposition quantique séparée a son propre morceau de courbure de l'espace -temps, une cloque dans l'espace-temps. Penrose suggère que la gravité exerce une force sur ces bulles d'espace-temps, qui deviennent instables au-dessus de l'échelle de Planck. et s'effondrer à un seul des états possibles. Le seuil approximatif pour OR est donné par le principe d'indétermination de Penrose :
où: est le temps jusqu'à ce que OU se produise, est l'énergie propre gravitationnelle ou le degré de séparation de l'espace-temps donné par la masse superposée, et est la constante de Planck réduite.
Ainsi, plus la masse-énergie de l'objet est grande, plus vite il subira OR et vice versa. Les objets mésoscopiques pourraient s'effondrer sur une échelle de temps pertinente pour le traitement neuronal.
Une caractéristique essentielle de la théorie de Penrose est que le choix des états lorsque la réduction objective se produit n'est sélectionné ni au hasard (comme le sont les choix après l'effondrement de la fonction d'onde) ni de manière algorithmique. Au contraire, les états sont sélectionnés par une influence « non calculable » intégrée dans l'échelle de Planck de la géométrie de l'espace-temps. Penrose a affirmé que de telles informations sont platoniciennes, représentant des vérités mathématiques pures, qui se rapportent aux idées de Penrose concernant les trois mondes : le physique, le mental et le monde mathématique platonicien. Dans Shadows of the Mind (1994), Penrose indique brièvement que ce monde platonicien pourrait également inclure des valeurs esthétiques et éthiques, mais il ne s'engage pas dans cette autre hypothèse.
L'argument de Penrose-Lucas a été critiqué par des mathématiciensLaForte, Geoffrey, Patrick J. Hayes, and Kenneth M. Ford 1998.Why Gödel's Theorem Cannot Refute Computationalism. Artificial Intelligence, 104:265–286., des informaticiens, et des philosophes, et le consensus parmi les experts dans ces domaines champs est que l'argument échoueIn an article at L.J. Landau at the Mathematics Department of King's College London writes that "Penrose's argument, its basis and implications, is rejected by experts in the fields which it touches."Princeton Philosophy professor John Burgess writes in On the Outside Looking In: A Caution about Conservativeness (published in Kurt Gödel: Essays for his Centennial, with the following comments found on pp. 131–132) that "the consensus view of logicians today seems to be that the Lucas–Penrose argument is fallacious, though as I have said elsewhere, there is at least this much to be said for Lucas and Penrose, that logicians are not unanimously agreed as to where precisely the fallacy in their argument lies. There are at least three points at which the argument may be attacked.", avec différents auteurs attaquant différents aspects de l'argumentDershowitz, Nachum 2005. The Four Sons of Penrose, in Proceedings of the Eleventh Conference on Logic for Programming, Artificial Intelligence, and Reasoning (LPAR; Jamaica), G. Sutcliffe and A. Voronkov, eds., Lecture Notes in Computer Science, vol. 3835, Springer-Verlag, Berlin, pp. 125–138.. Minsky a fait valoir que parce que les humains peuvent croire que de fausses idées sont vraies, la compréhension mathématique humaine n'a pas besoin d'être cohérente et la conscience peut facilement avoir une base déterministeMarvin Minsky. "Conscious Machines." Machinery of Consciousness, Proceedings, National Research Council of Canada, 75th Anniversary Symposium on Science in Society, June 1991.. Feferman a soutenu que les mathématiciens ne progressent pas par une recherche mécaniste à travers des preuves, mais par un raisonnement fait d'essais et erreurs, perspicacité et inspiration, et que les machines ne partagent pas cette approche avec les humains.
Orch OR Penrose a décrit un prédécesseur à Orch OR dans The Emperor's New Mind, abordant le problème d'un point de vue mathématique et en particulier par le théorème de Gödel, mais il manquait une proposition détaillée sur la manière dont les processus quantiques pourraient être mis en œuvre dans le cerveau. Stuart Hameroff a travaillé séparément dans la recherche sur le cancer et l'anesthésie, ce qui lui a donné un intérêt pour les processus cérébraux. Hameroff a lu le livre de Penrose et lui a suggéré que les microtubules dans les neurones étaient des sites candidats appropriés pour le traitement quantique et, finalement, pour la conscience. Tout au long des années 1990, les deux ont collaboré sur la théorie Orch OR, que Penrose a publiée dans Shadows of the Mind (1994).
La contribution de Hameroff à la théorie découle de son étude du cytosquelette neural, et en particulier sur les microtubules. Au fur et à mesure que les neurosciences progressaient, le rôle du cytosquelette et des microtubules a pris une plus grande importance. En plus de fournir un support structurel, les fonctions des microtubules comprennent le transport axoplasmique et le contrôle du mouvement, de la croissance et de la forme de la cellule.
Orch OR combine l'argument de Penrose-Lucas avec l'hypothèse de Hameroff sur le traitement quantique dans les microtubules. Il propose que lorsque les condensats dans le cerveau subissent une réduction objective de la fonction d'onde, leur effondrement relie la prise de décision non informatique à des expériences intégrées dans la géométrie fondamentale de l'espace-temps. La théorie propose en outre que les microtubules influencent et sont influencés par l'activité conventionnelle au niveau des synapses entre les neurones.
Calcul par les microtubules