Quantumsleutel voor het bewustzijn

Dirk van Delft

Roger Penrose. Shadows of the Mind: A Search for the Missing Science of Consciousness. GeÔll., 457 blz., Oxford University Press 1994. f. 57,75. ISBN 0 19 853978 9

Een computer heeft geen wiskundig inzicht. Ons bewustzijn is in essentie niet-berekenbaar en dus valt het onder geen beding te imiteren met rekenschema's of algorithmes, zelflerend of niet
. Om de werking van het bewustzijn te verklaren, kunnen we bovendien niet met de bekende natuurwetten toe - die leiden tot berekenbare werelden - maar zijn we aangewezen op iets nieuws, dat we het beste kunnen zoeken op het raakvlak tussen klassieke en quantumfysica.

Dat was de boodschap die Roger Penrose vijf jaar geleden met veel publicitair gerucht verkondigde in The Emperor's New Mind, een complex boek dat de doorzettende lezer veel intellectueel genoegen verschafte, dat door de magie van het woord 'bewustzijn' tot een heuse bestseller uitgroeide, maar tegelijkertijd in vakkringen op scepsis stuitte. Om zijn critici van repliek te dienen, en om nieuw gerezen ideeŽn te ventileren omtrent waar en hoe in onze hersenen niet-berekenbare fysische activiteit bewustzijn zou kunnen genereren, heeft Penrose een vervolg geschreven: Shadows of the Mind. Dat nieuwe boek is al even dik en complex als zijn voorganger, maar het mist het verfrissende van het origineel en bovendien is de voorgestelde uitweg - niet neuronen maar microtubuli (buisjes in het celskelet) vormen de basis van ons brein - in hoge mate speculatief.

Het uitgangspunt van Penrose is gezond: een wetenschappelijk wereldbeeld dat de pretentie heeft volledig te zijn zal het raadsel van het bewustzijn moeten oplossen. 'Bewustzijn,' schrijft de hoogleraar wiskunde te Oxford, 'maakt deel uit van het universum, dus iedere fysische, biologische of rekenkundige theorie die er niet in slaagt dit verschijnsel te incorporeren, faalt. Op het moment is er nog niets dat bewustzijn, en daarmee intelligentie, ook maar in de verte verklaart, maar dat moet ons er natuurlijk niet van weerhouden zo'n theorie te zoeken.'

Shadows of the Mind bestaat uit twee delen. In de eerste helft van het boek wordt, veel krachtiger en gedetailleerder dan dat in The Emperor's New Mind gebeurde, beargumenteerd dat ons vermogen tot 'begrip' niet met rekenen alleen valt te representeren. Centraal in de argumentatie staat de befaamde onvolledigheidsstelling van GŲdel, die Penrose herformuleert als een uitspraak over computers: geen enkel algorithme kan de wiskunde voortbrengen waartoe de menselijke geest zoal in staat is. Daarbij geldt dat determinisme nog geen berekenbaarheid impliceert. Ter illustratie kiest Penrose het bekende probleem van het wiskundig 'betegelen' van het platte vlak met verzamelingen geometrische figuren, een onderwerp waarover hij in het verleden zelf heeft gepubliceerd.

Mier

Kunstmatige intelligentie kan veel, maar mist het inzicht waarmee ons gezonde verstand opereert. Iedere computergestuurde robot, zo stelt Penrose, legt het af tegen de eerste de beste kleuter die een kleurkrijtje op de vloer zoekt, herkent en opraapt. Zelfs een mier kan meer dan de sterkste computer. Schaakcomputers mogen inmiddels ook grootmeesters aan hun zegekar hebben gebonden, maar begrijpen doen ze het spel van geen kant. Ter illustratie komt Penrose met een vermakelijke stelling (zie figuur) waarbij Deep Thought, indertijd de beste schaakcomputer, een eenvoudige remise bij gebrek aan inzicht finaal over het hoofd zag.

Als wiskundig redeneren voor een deel niet-berekenbaar is, en de natuurkunde - om het even of het om Newtoniaanse mechanica, het elektromagnetisme van Maxwell, Einsteins relativiteitstheorie of om niet-deterministische quantumtheorie gaat - is dat wel, dan is dat een probleem. Penrose begint in het tweede deel van Shadows of the Mind daarom een zoektocht langs de puzzels en paradoxen van de quantumtheorie, waaronder de Einstein-Podolski-Rosen paradox en de quantumprocedure om supergevoelige bommen te testen die bij het 'voelen' van ťťn foton exploderen. Veel aandacht is er voor de moeilijkheden rond golffuncties die bij waarneming ineenstorten, en voor de netelige verhouding tussen quantumtheorie en werkelijkheid. Bleef hij in The Emperor's New Mind nog steken in betrekkelijk vage algemeenheden over een nog te ontdekken quantumgravitatie als sleutel tot het bewustzijn, vijf jaar later zet Penrose zijn kaarten op een reŽel macroscopisch effect: quantumcoherentie.

Een bekend voorbeeld van quantumcoherentie is supergeleiding, waarbij de elektronen in een metaal bij voldoende lage temperatuur in paren in dezelfde toestand raken, met als gevolg het verdwijnen van elektrische weerstand. Juist die lage temperatuur heeft het idee om quantumcoherentie op hersenen van lichaamstemperatuur toe te passen, altijd in de weg gestaan. Maar met de komst van de keramische supergeleiders is die temperatuur van enkele graden boven het absolute nulpunt (-273 8C) het afgelopen decennium fors opgelopen en er zijn (discutabele) rapportages van supergeleiding bij temperaturen zo hoog als Siberische koude. Ietwat voorbarig interpreteert Penrose deze ontwikkeling als steun voor de idee dat quantumcoherente effecten in biologische systemen, onontbeerlijk in zijn verklaring van het bewustzijn, wel degelijk relevant zijn.

Celskelet

Blijft over de vraag in welke hersenstructuur de quantumcoherentie fysisch moet worden overgebracht. Niet in de neuronen, want die opereren langs klassieke wetten waarin geen plaats is voor quantumsuperposities van de toestanden 'ja' en 'nee'. Als een duveltje uit een doosje schiet nu het celskelet tevoorschijn. Dat bevat microtubuli, eiwitstructuren in de vorm van buisjes met een binnendiameter van 14 nanometer (een nanometer is een miljoenste millimeter) en een lengte die kan oplopen tot enkele millimeters. Hun eigenschappen, voor zover tenminste bekend, maken ze in de ogen van Penrose tot een goede kandidaat om het denken te dragen. Bovendien zou, zo rekent de Brit voor, de capaciteit van onze hersenen dankzij deze structuur oplopen van 10 tot 10 denkeenheden per seconde, waarmee de computers van de kunstmatige intelligentie het nakijken hebben.

Hier wreekt zich het feit dat Penrose een wiskundige is, gewend om regels op te stellen en daarmee een Platonische wereld in het leven te roepen die hij naar hartelust kan manipuleren. De fysicus heeft te maken met de natuur, en die stelt zijn eigen regels. Speculatieve ideeŽn kunnen vruchtbaar zijn, maar pas als na veel experimenteel zwoegen en ploeteren blijkt dat ook de natuur er aan wil, is het moment daar je stem te verheffen.

Datum:

15-12-1994

Sectie:

Wetenschap en Onderwijs

Pagina:

1

Onderschrift:

Foto: Microtubuli, onderdelen van het celskelet die door hun structuur als 'zenuwstelsel' van de cel zouden fungeren. Als mogelijke zetel van quantumcoherente effecten zijn ze volgens Penrose een goede kandidaat als lokatie van het bewustzijn; Tekening: Wit speelt en maakt remise, eenvoudig voor de mens maar het computerschaakprogramma Deep Thought, dat diverse grootmeesters heeft verslagen, nam de toren om verpletterd te worden onder de zwarte overmacht.

Trefwoord:

Computers en randapparatuur; Wetenschap en Techniek; Technische Wetenschappen; Informatica

Persoon:

Roger Penrose

Op dit artikel rust auteursrecht van NRC Handelsblad BV, respectievelijk van de oorspronkelijke auteur.