Vibraciones cuánticas en proteínas cerebrales, posible origen de la consciencia

La imagen del cerebro como un ordenador va quedando cada vez más obsoleta, pues no logra explicar el origen de la consciencia. 

Como alternativa, en los años 90 del siglo XX, dos científicos, Sir Roger Penrose (Profesor Emérito de Matemáticas en la Universidad de Oxford) y Stuart Hameroff‎ (anestesista y profesor de la Universidad de Arizona) propusieron una hipótesis a la que bautizaron como Reducción Objetiva Orquestada (“Orch OR”).

Esta apasionante teoría señalaba que la consciencia se deriva de la actividad de las neuronas del cerebro en la escala más mínima, la escala cuántica o subatómica.

Más concretamente, la Orch OR apuntaba a que la consciencia dependería de procesos cuánticos biológicamente orquestados que se desarrollan en (y entre) los microtúbulos del citoesqueleto de las neuronas del cerebro. 

En principio, esta hipótesis fue muy criticada, pero en 2014 Penrose y Hameroff la revisaron en la revista Physics of Life Reviews  a partir del descubrimiento de vibraciones cuánticas a temperaturas cálidas en los microtúbulos del interior de las células cerebrales, realizado por el investigador Anirban bandyopadhyay, del Instituto Nacional de Ciencias Materiales del Tsukuba, Japón.  Estas vibraciones eran resonancias autosimilares, que se repetían en rangos de frecuencias determinados y levísimos.

Entonces, Penrose y Hameroff también trajeron a colación los hallazgos de otro científico de la Universidad de Pennsylvania (EEUU), Roderick G. Eckenhoff‎. Estudiando la anestesia, Eckenhoff había descubierto que esta deja inconsciente gracias a que actúa –a nivel cuántico- sobre los microtúbulos de las neuronas del cerebro.

Efecto de la anestesia a nivel cuántico

Tal y como se explica en la revista Newswise, en el siglo XIX, se halló que un grupo de gases con diversas estructuras químicas tenían una acción común: Cuando eran inhalados, hacían que los seres humanos y los animales quedaran inconscientes. Una vez que estos gases eran exhalados, los sujetos volvían a estar conscientes. Pero entonces nadie pensó que la anestesia podría ayudar a entender la consciencia.

En los últimos años, se ha ido comprendiendo por qué la anestesia “desconecta” la mente. Este efecto es posible gracias a que sus moléculas interaccionan con una proteína que se encuentra en los microtúbulos del citoesqueleto de las neuronas y que se llama tubulina. La tubulina es tan pequeña que solo tiene unos cuantos nanómetros de diámetro. Lo que sucede es que esta proteína de los microtúbulos neuronales y la anestesia establecen  interacciones cuánticas débiles con frecuencias de oscilación características, del tipo Fuerzas de Van der Waals.

En 2015, un estudio dirigido por el investigador de la Universidad Nova Southeastern y colaborador de Hameroff, Travis Craddock, arrojó aún más evidencias sobre este punto. Craddock y su equipo hicieron pruebas con ocho gases anestésicos, lo que reveló que la presencia simulada de una molécula de gas anestésico cercana a los microtúbulos podía amortiguar significativamente la frecuencia de oscilación de estos.

En otras palabras, la anestesia haría descender la frecuencia de oscilación de los microtúbulos. Por tanto, bloquearía la consciencia mediante la reducción de la frecuencia de las oscilaciones de la proteína tubulina en los microtúbulos neuronales.

Un nuevo estudio de Craddock y su equipo ha profundizado ahora en las implicaciones de este efecto para el uso de la anestesia en cirugía y para las complicaciones cognitivas que la anestesia puede ocasionar.

Fruto de una orquestación cuántica

Volviendo al tema inicial, Penrose y Hameroff señalan que estos hallazgos implicarían que, para tener consciencia, se debe mantener la frecuencia de oscilación de la tubulina. Y no solo eso, la oscilación individual de cada microtúbulo debe mantenerse dentro de una jerarquía de múltiples escalas, es decir, estar orquestada dentro de una oscilación colectiva con las oscilaciones de la tubulina de otras neuronas.

Según Penrose y Hameroff, ese “trabajo orquestado” está constituido por procesos cuánticos, que son los que, en última instancia, regulan la membrana y la sináptica neuronales –la actividad normal de las neuronas, de la que emerge la consciencia-.

Además, la evolución de dicha orquestación culminaría gracias a la llamada “Reducción Objetiva”, un concepto estrechamente vinculado al colapso de la función de onda‎ de la mecánica cuántica.

Dado que la física cuántica subyace a todos los procesos de la materia, el enfoque de Penrose y Hameroff parece ofrecer  una explicación de cómo de dicha materia puede emerger  la vida consciente e inteligente.

La confluencia de los últimos avances físicos, biológicos y neurológicos está permitiendo profundizar hasta el nivel cuántico en la arquitectura funcional del cerebro, para conocer “la interacción psicofísica de sus constituyentes fundamentales”, como ha explicado en Tendencias21 el físico Manuel Béjar.

Referencias bibliográficas:

Craddock TJA, et. al. Anesthetic Alterations of Collective Terahertz Oscillations in Tubulin Correlate with Clinical Potency: Implications for Anesthetic Action and Post-Operative Cognitive Dysfunction. Science Report (2017). DOI: 10.1038/s41598-017-09992-7.

Kurian P, Dunston G, Lindesay J. How quantum entanglement in DNA synchronizes double strand breakage by type II restriction endonucleases . Journal of Theorical Biology (2016).

Craddock TJA, Hameroff SR, Ayoub AT, Klobukowski M, Tuszynski JA Anesthetics act in quantum channels in brain microtubules to prevent consciousness. Current Topics in Medicinal Chemistry (2015).

Hameroff S, Penrose R Consciousness in the universe: A review of the ‘Orch OR’ theory. Physics of Life Reviews (2014).

Hameroff S, Nip A, Porter M, Tuszynski J. Conduction pathways in microtubules, biological quantum computation, and consciousness. Biosystems (2002).