Résumé de l’article « Conscience dans l’univers. Un réexamen de la théorie “RO Orch” » par Stuart Hameroff et Roger Penrose L’ éminent scientifique britanique Roger Penrose, basé à Oxford, et l’anesthésiste américain Stuart Hameroff, professeur à l’Université d’Arizone, ont développé une théorie tentative de la conscience qui a suscité beaucoup d’interêt appelée théorie de la Réduction objective orchestrée (théorie Orch OR). Cet article est le document le plus récent, technique, vaste et detaillé au sujet de leur théorie. La théorie Orch OR étudie l’hypothèse que la conscience surgit des effets quantiques dans certains polymères de protéines appelées « microtubules » situées dans les neurones du cerveau. Ces effets controleraient les décharges neuronales. D’après les idées de Penrose, la réduction quantique de la fonction d’onde est un phénomène réel déclenché par l’interaction gravitationnelle. De maniére générique, la réduction de la fonction d’onde se produit spontanément et de façon désordonnée chaque fois qu’un certain seuil d’énergie gravitationnelle potentielle est atteint. Dans le cerveau, cette réduction peut se produire d’une manière « orchestrée » aux échelles macroscopiques. Autrement dit, le cerveau pourrait contenir une structure capable de controler et faire usage du mécanisme de réduction de la fonction d’onde. On distingue deux aspects remarquables de cette théorie. Le premier est le fait qu’elle explore la possibilité concrète de l’effet de la mécanique quantique dans le cerveau. Le second est plus ample : Hameroff et Penrose présentent cette théorie comme une alternative à l’interprétation de la conscience comme un phénomène à grande échelle qui émerge de la complexité des calculs entre les neurones, des calculs dont la réalisation est seulement vue comme des décharges neuronales (‘spikes’) et des transmissions synaptiques, parfois assimilées par vague analogie aux ‘bits’ binaires du calcul numérique. Au lieu de cela, selon les termes de Hameroff, « La conscience ressemble plutôt à la musique qu’au calcul ». L’ idée sous-jacente, detaillée dans l’article, est que la conscience constitue un phénomène physique, tout en nuançant que la physique comprend des objectives plus amples de ce qu’il ne semblerait dans sa version la plus réductionniste et mécaniste ; en particulier, le monde physique peut inclure une « proto-conscience » diffuse, de laquelle les formes plus complexes de conscience animale et humaine peuvent émerger. Plus précisément, dans leur propres mots : « La conscience résulte d’événements physiques discrets ; ces derniers ont toujours existé dans l’univers sous la forme d’événements de proto-conscience non cognitifs, agissant dans le cadre de lois physiques précises, non encore entièrement comprises ». Penrose et Hameroff présentent cela comme troixième alternative en ce qui concerne l’alternative conventionnelle entre : (A) Science/Matérialisme, avec une conscience qui émerge de la physique connue et n’ayant pas de rôle distinctif. (B) Dualisme/Spiritualité, avec une conscience qui est radicalement distincte du reste du monde naturel, et dehors de la science. L’hypothèse que Penrose et Hameroff explorent en detail dans l’article est que les microtubules du cerveau exploitent une manifestation d’une telle « proto-conscience » afin de fonder la formation de la conscience humaine.

Physics of Life Reviews 11 (2014) 39-78

Conscience dans l’univers

Un réexamen de la théorie « RO Orch »

Stuart Hameroff a, Roger Penrose b

a Anesthésiologie, psychologie et Centre d'études de la conscience, Université de l’Arizona, Tucson, AZ, USA

b Institut de Mathématiques et Wadham College, Université d'Oxford, Oxford, Royaume-Uni

Reçu le 23 juillet 2013; approuvé le 5 août 2013

Disponible en ligne: 20 août 2013

Communiqué par L. Perlovsky

Abrégé

La nature de la conscience, les mécanismes par lesquels elle se produit dans le cerveau et sa place finale dans l'univers nous sontinconnus. Au milieu des années 1990, nous avons soutenu que la conscience dépendait de processus quantiques cohérents etbiologiquement « orchestrés » à l’intérieur d’ensembles de microtubules dans les neurones du cerveau, que ces processus quantiquesétaient en corrélation avec l’activité neuronale membranaire et synaptique et régulaient cette dernière, et, enfin, que l'évolution continuede Schrödinger de chacun de ces processus se terminait conformément au schéma de Diosi-Penrose (DP) de « réduction objective »(« RO ») de l'état quantique. Cette activité de réduction objective orchestrée (« RO Orch ») donne lieu à des moments de prise deconscience et / ou à des choix conscients. La forme DP de la RO est liée aux fondamentaux de la mécanique quantique et de lagéométrie d'espace-temps, la RO Orch suggère donc qu'il existe un lien entre les processus biomoléculaires du cerveau et la structurebasique de l'univers. Nous réexaminons ici la RO Orch à la lumière des critiques et des progrès de la biologie quantique, desneurosciences, de la physique et de la cosmologie. Nous introduisons également une nouvelle suggestion de « fréquences de battement »,de vibrations plus rapides des microtubules comme étant une source possible des corrélats électro-encéphalographiques (« EEG »)observés de la conscience. En conclusion, la conscience jouerait un rôle intrinsèque dans l'univers.

1. Introduction : Conscience dans l'univers

La conscience implique la prise de conscience : une expérience subjective et phénoménale des mondes interne etexterne. La conscience implique aussi la conscience de soi, les sentiments, le libre arbitre, la maîtrise des comportementsvolontaires, la mémoire, la pensée, le langage et (par exemple lorsque nous fermons les yeux ou méditons) des imagesgénérées intérieurement et des motifs géométriques. Cependant, ce que la conscience est vraiment reste inconnu. Notrevision de la réalité, de l’univers, de nous-mêmes, dépend de notre conscience. La conscience définit notre existence.

Trois possibilités générales regardant l'origine de la conscience et sa place dans l'univers ont été communémentavancées.

(A) La conscience n’est pas une entité indépendante mais surgit, en termes de processus physiques conventionnels

comme une conséquence évolutive naturelle de l'adaptation biologique des cerveaux et des systèmes nerveux. Cepoint de vue scientifique répandu considère que la conscience a émergé, tout au long de l’évolution, comme unepropriété de calculs biologiques complexes. Les opinions divergent pour ce qui est de quand, où et comment laconscience est apparue par exemple, seulement récemment chez l'homme ou plus tôt, chez des organismes inférieurs.La conscience en tant qu’adaptation évolutive est généralement considérée comme un épiphénomène (c’est-à-dire uneffet secondaire sans influence indépendante [1–3]), et aussi comme étant illusoire (construisant largement la réalitéplutôt que de la percevoir [4]). Cependant, la conscience est fréquemment connue pour apporter des avantagesbénéfiques à l’espèce [5]. En somme, dans cette vision, la conscience n’est pas une caractéristique intrinsèque del’univers.

(B) La conscience est une entité indépendante, distincte des actions physiques et non soumise aux lois de la physique, qui

a toujours existé dans l’univers. L’approche « dualiste » de Descartes, les points de vue religieux et autres approchesspirituelles considèrent que la conscience existe depuis toujours dans l’univers, par exemple en tant que « fondementde l’être », « créateur » ou partie d’un « Dieu » omniprésent [6]. Dans cette vision la conscience peut influencercausalement la matière physique et le comportement humain, mais n’a pas de fondement ou de descriptions enscience[7]. Dans une autre approche, le panpsychisme attribue une conscience à toute matière, mais sans identitéscientifique ou influence causale. L’idéalisme soutient que la conscience est la seule à exister et que le mondematériel (et la science) est une illusion [8]. Dans toutes ces théories, la conscience se trouve en dehors de la science.

(C) La conscience résulte d’événements physiques discrets ; ces derniers ont toujours existé dans l'univers sous la forme

d’événements de proto-conscience non cognitifs, agissant dans le cadre de lois physiques précises, non encore

entièrement comprises. La biologie a développé un mécanisme capable d’orchestrer ces événements et de les couplerà l'activité neuronale, créant un sens cognitif, des moments conscients, et par là aussi un contrôle causal ducomportement. Spécifiquement, ces événements sont supposés correspondre à des moments de réduction de l'étatquantique (« auto-mesure » intrinsèque quantique). Ceux-ci n’ont pas à être considérés forcément comme faisantpartie des théories actuelles sur les lois de l’univers, mais ils devraient en fin de compte pouvoir être scientifiquementdescriptibles. Ceci est essentiellement le type d’opinions avancées, dans des termes très généraux, par le philosopheA.N. Whitehead [9,10] et également étoffé dans le cadre scientifique de la théorie de Penrose–Hameroff sur « laréduction objective orchestrée » (« RO Orch » [11–16]). Dans la théorie RO Orch, ces événements conscients sont lerésultat de calculs d’opérations quantiques dans les microtubules cérébraux, se réduisant par la « réductionobjective » de Diosi-Penrose (« RO »), et ayant des propriétés expérientielles. Dans cette perspective, la conscienceest une caractéristique intrinsèque de l'action de l'univers.

En résumé nous avons :

(A) Science/Matérialisme, avec une conscience n’ayant pas de rôle distinctif [1–5].

(B) Dualisme/Spiritualité, avec une conscience (etc.) en dehors de la science [6–8].

(C) Science, avec la conscience comme ingrédient essentiel des lois de la physique non entièrement comprises [9–17].

2. Conscience, calcul et activités cérébrales

2.1 Caractères inexpliqués de la conscience

Comment le cerveau produit-il la conscience ? La plupart des scientifiques et philosophes ont considéré la consciencecomme le résultat de calculs complexes au sein de neurones d’« intégration et décharge » qui s’interconnectent etcommutent au niveau des synapses à médiation chimique. Toutefois le mécanisme par lequel ces calculs neuronaux sontsupposés créer l’expérience de la conscience reste inconnu [18,19]. Des caractères spécifiques inexpliqués de la consciencecomprennent ce qui suit :

« Le problème épineux » : quelle est la nature de l'expérience phénoménale et qu’est ce qui distingue la conscience de lanon conscience? La perception et le comportement peuvent être accompagnés ou conduits par une prise de consciencephénoménale, l'expérience ou des sentiments subjectifs, constitués de ce que les philosophes appellent « qualia » [19].Cependant, la perception et le comportement peuvent, à d’autres moments, s’accompagner de conscience. Nous aurionspu évoluer comme des « zombies » dont le comportement complexe est sur « pilote automatique » à plein temps, sansaucune conscience. Comment et pourquoi avons nous une conscience phénoménale, une « vie intérieure » del'expérience subjective ? « Liaisons » : Les entrées sensorielles disparates sont traitées dans différentes régions du cerveau, à des momentslégèrement différents, et sont ensuite liées ensemble dans un contenu conscient unifié (« Liaisons » [20]). Commenttout ce contenu conscient est-il relié ?« Synchronisation » : Les états de polarisation de la membrane neuronale peuvent être synchronisés avec précision surde grandes régions du cerveau [21] et aussi se propager à travers les régions du cerveau en tant que zones synchronisées[22]. Une synchronisation précise nécessite-t-elle des synapses électriques (« jonctions de communication ») et /ou uneintrication quantique ? Est-ce que la synchronisation reflète des moments conscients unifiés et discrets ?« "Non-calculabilité" et actions de causalité »: Comme démontré par le théorème de Gödel, Penrose [23,24] explique

que la qualité mentale de la « compréhension » ne peut pas être cernée par un système de calcul et doit découler d’unfait non-calculable. En outre, l'approche neuronale de calcul de la volition, là où le calcul algorithmique déterminecomplètement tous les processus de la pensée, semble exclure toute possibilité d’une action indépendante de causalitéou de libre arbitre. Quelque chose fait défaut. Quel facteur non calculable peut se produire dans le cerveau ?Comportements cognitifs des organismes unicellulaires : les protozoaires, comme les physarum, peuvent s'échapper deslabyrinthes et résoudre les problèmes ; les paramécies peuvent nager, trouver de la nourriture et des partenaires,apprendre, se souvenir et avoir des relations sexuelles, le tout sans connexions synaptiques [25,26]. Comment font lesorganismes unicellulaires pour faire preuve d’un comportement intelligent ?

2.2 Moments conscients et calcul

La conscience a souvent été considérée comme une succession de moments discrets. William James [27] étudie « leprésent trompeur, la courte durée à laquelle nous sommes immédiatement et sans cesse sensibles » (même si James a étévague à propos de la durée, et a également décrit un « Courant de conscience » continu). La théorie de Stroud sur le« moment perceptuel » [28] décrit la conscience comme une série d’événements discrets, à l’instar des images séquentiellesd’un film (les films modernes et les vidéos présentent 24 à 72 images par seconde, 24 à 72 Hertz, « Hz »). La conscienceest également regardée comme une série d’événements discrets dans le bouddhisme; des méditants qualifiés décrivent un« vacillement » distinct au cours de leur expérience de conscience pure et indifférenciée [29]. Les textes bouddhistesdépeignent la conscience comme un « ensemble momentané de phénomènes mentaux », et comme des « momentsdistincts, déconnectés et éphémères qui s’évanouissent aussitôt qu’ils sont nés ». Les écrits bouddhistes vont même jusqu’àquantifier la fréquence des moments conscients. Par exemple, les Sarvastivadins ont compté 6,480,000 « moments » en 24heures (une moyenne d’un « moment » par 13.3 ms, 75 Hz), et quelques bouddhistes chinois ont rapporté une « pensée »par 20 ms (50 Hz). La meilleure corrélation mesurable de la conscience dans la science moderne est l’électro-encéphalographie de synchronie gamma (EEG) – l'activité neuronale membranaire cohérente de 30 à 90 Hz se produisant àtravers des régions du cerveau synchronisées variées. Des périodes plus lentes, par exemple des fréquences thêta de 4 à 7Hz avec des ondes gamma imbriquées, peuvent correspondre à des saccades et des gestalts visuelles [31,32] (Fig. 11).Ainsi, nous pouvons affirmer que la conscience se compose d’événements discrets à fréquences variables se produisantdans toutes les régions du cerveau, par exemple 40 moments conscients par seconde, qui sont synchronisés dans lesneurones du cortex frontal et pariétal. Quelle est la nature de ces moments conscients?

La présomption tortueuse de la science moderne et de la philosophie est que la conscience émerge de calculssynaptiques complexes dans des réseaux de neurones du cerveau, agissant comme des unités d’information fondamentales.Dans les ordinateurs numériques, des niveaux de tension électrique distincts représentent des unités d'information (exemple: « bits ») au sein de portes logiques de silicium. McCulloch et Pitts [33] présentent ces portes comme des neuronesartificiels d’« intégration et décharge », donnant lieu à des « perceptions » [34] et remarquent d’autres types de « réseauxde neurones artificiels » capables d’apprendre et de comportements auto-organisés. De même, conformément au modèle de« Hodgkin– Huxley » [35], les neurones biologiques sont des dispositifs de seuils logiques d’« intégration et décharge », àl’intérieur desquels plusieurs dendrites ramifiées et le corps cellulaire (le soma) reçoivent et intègrent des entréessynaptiques comme des potentiels de membranes (Fig. 1). Selon Hodgkin et Huxley, le potentiel intégré est alorscomparable à un potentiel de seuil au niveau des cônes d'implantation de l'axone ou des segments initiaux des axones (SIA).Quand le seuil de l’SIA est atteint par le potentiel intégré, (Fig. 2), un potentiel d’action tout-ou-rien de « décharge », ouspike, est déclenché en tant que sortie et transmis le long de l'axone de la prochaine synapse. Les neurones des réseauxcognitifs d’Hodgkin–Huxley, connectés par des synapses de résistances variables, [36] peuvent s’auto-organiser etapprendre, étant donné que leurs sorties de décharges axonales contrôlent l'activité et le comportement en aval.

Comment la conscience émerge-t-elle des calculs neuronaux ? Certains combattent l’idée que la conscience puisse naîtrede la complexité des calculs due aux stimulations et autres activités électriques du cerveau [37,38]. Cependant, ni lesactivités neuronales spécifiques participant à cette complexité, ni aucun seuil de complexité prédit pour l'émergence de laconscience, n’ont pu être avancés. Il n'y a, non plus, aucune explication sur comment la complexité en soi pourrait donnerlieu à des moments conscients discrets. D'autres soutiennent la grande échelle, les sorties d'ensembles de déchargesaxonales, les « salves », ou les « explosions » produisant de la conscience [18,39]. Mais les décharges axonales cohérentessont dans tous les cas précédées et causées par des intégrations dendritiques/somatiques synchronisées. En effet, lasynchronie gamma EEG – le meilleur corrélat de la conscience – est générée, non pas par des décharges axonales, mais pardes potentiels d'intégration dendritique/somatique. Par conséquent, certains suggèrent que la conscience impliqueprincipalement les dendrites neuronales et les corps cellulaires / soma, c’est-à-dire dans les phases d'intégration deséquences d'« intégration et décharge » [40–42]. L'intégration implique la réduction de l'incertitude, en fusionnant etconsolidant plusieurs possibilités en une seule, comme par exemple sélectionner les perceptions et les actions conscientes.

Fig. 1. Un neurone d'« intégration et décharge » du cerveau, et des coupes de ce neurone sont schématisés avec des microtubules internes. Dans les dendriteset le corps du cellule/soma (à gauche) impliqués dans l’intégration, les microtubules sont interrompus et de polarité mixte, ils sont interconnectés grâce à desprotéines associées aux microtubules (MAP) en réseaux récursifs (le cercle en haut, à droite). L’intégration dendritique/somatique (avec la contribution desprocessus des microtubules) peut déclencher des décharges axonales vers les synapses suivants. Les microtubules dans les axones sont unipolaires etcontinus. Les jonctions de communication synchronisent les membranes dendritiques, et peuvent permettre l'intrication et l'intégration collective entre lesmicrotubules dans les neurones adjacents (cercle en bas à droite). En RO Orch, les calculs des microtubules quantiques se produisent durant l'intégrationdendritique / somatique, et les résultats choisis régulent les décharges axonales qui contrôlent le comportement.

2.3 Conscience et intégration dendritique

L’intégration neuronale est communément définie comme une addition linéaire de potentiels de membranes somatiques-dendritiques (Fig. 2a). Cependant, l’intégration réelle n’est pas passive, puisqu’elle implique activement des traitementscomplexes [44–46]. Les membranes somatiques-dendritiques génèrent des potentiels locaux de champs (local field

potentials) qui créent l'électroencéphalogramme (EEG) incluant des synchronies gamma cohérentes : la corrélationneuronale de la conscience la plus mesurable (‘CNC’ [47,48]). Les molécules anesthésiantes effacent la conscience d’unemanière sélective, en agissant sur les dendrites post-synaptiques et le soma, avec très peu ou pas d’effets sur la capacité dedécharges axonales. On peut dire que l'intégration dendritique/somatique est plus étroitement liée à la conscience, avec desdécharges axonales servant à transmettre des sorties de processus conscients (ou non-conscients) de contrôle ducomportement. Mais même une intégration active et complexe au niveau des neurones de Hodgkin–Huxley serait – àl’exception d’une entrée totalement probabiliste (aléatoire) – entièrement algorithmique et déterministe, et ne laisseraitaucune place au libre arbitre, qui constitue une part de la conscience.

Toutefois, les neurones impliqués dans le processus du cerveau conscient s’écartent apparemment du modèle deHodgkin–Huxley. Naundorf et al. [43] ont montré que, dans les neurones corticaux de cerveaux d’animaux réveillés(comparés à des neurones in vitro), le seuil de décharge au niveau des SIA (segments d’initiation des axones) variait d’unemanière significative d’un pic à l’autre (spike-to-spike) (Fig. 2b). En plus des entrées, des forces synaptiques et du potentielde membrane intégré SIA, d’autres facteurs contribueraient à l’intégration effective qui contrôle les décharges et,finalement, influenceraient le comportement. Ce facteur inconnu de fin d’intégration et de pré-décharge est parfaitementplacé pour les perceptions et actes conscients. Qu’est ce que cela implique ?

Un facteur possible de modulation de décharge vient des connections latérales entre les neurones, via les jonctions decommunication, ou les synapses électriques (Fig. 1). Les jonctions de communication sont des complexes de protéines quifusionnent les neurones adjacents et synchronisent leurs états de polarisation des membranes, comme par exemple avec lasynchronie gamma EEG [49–54]. Les cellules de jonctions de communication connectées possèdent des membranessynchronisées fusionnées ainsi que des volumes intercellulaires continus, de même que des jonctions de communicationouvertes entre les cellules agissent à l’instar d’une porte entre deux chambres adjacentes. Les neurones connectés par desjonctions dendritiques lacunaires ont des potentiels locaux de champs synchronisés en phases d'intégration, mais pasnécessairement de sorties de décharges axonales synchronisées. Les réseaux dendritiques de jonctions de communication

Fig. 2. Comportements neuronaux d’« intégration et décharge » (a). Le modèle de Hodgkin-Huxley prédit que l'intégration par le potentiel demembrane dans les dendrites et le soma atteint un potentiel de seuil étroit spécifique, au niveau de l'axone proximal, et décharge avec unevariabilité temporelle très limitée (petit tb − ta) pour des entrées données. (b) Des enregistrements de neurones corticaux chez des animaux éveillés[43] montrent une grande variabilité des seuils de décharge effective et de chronologies. Un certain « facteur x » inconnu (lié à la conscience ?) amodulé l’intégration afin d’exercer une influence causale sur les décharges et le comportement général.

synchronisées peuvent ainsi intégrer des sorties collectivement, renforçant les capacités de calcul [22]. Cependant, lesmodulations à bases membranaire via les connections des jonctions de communication seraient prises en compte dans lepotentiel de membrane intégré, et ne permettent pas d’expliquer la variabilité des seuils observée par Naundorf et al. [43].Un processus à plus petite échelle de l'intérieur des neurones (transmis de l'intérieur des neurones adjacents via desjonctions de communication ouvertes) modifierait le seuil de décharge sans pour autant altérer le potentiel de membrane, etpourrait servir de site de potentiel et de mécanisme pour la conscience.

De plus petites échelles pour le traitement intra-cellulaire, par exemple dérivées des structures du cytosquelette,montrent le moyen par lequel des organismes unicellulaires exécutent des fonctions cognitives en l’absence d’entréessynaptiques. En observant des actions intelligentes d’êtres unicellulaires, le célèbre neuroscientifique Charles Sherrington[55] a dit en 1957 : « il n’y a aucune trace de nerf, mais peut-être que le cytosquelette pourrait en faire office ». Lesneurones ont un cytosquelette riche et organisé d’une manière unique, la majorité de ses composants étant des microtubulesbien placés et arrangés de façon unique pour abriter la conscience et réguler les décharges.

3. Une plus petite échelle pour le traitement de l'information neuronale

3.1 Microtubules

L’intérieur des cellules eucaryotes est organisé et façonné par leur cytosquelette, un réseau de protéines semblable à un

échafaudage de microtubules et de protéines associées aux microtubules (PAM), d’actine et de filaments intermédiaires[57].

Les microtubules (« MT », Fig. 3) sont des polymères cylindriques de 25 nanomètres de diamètre (nm = 10 -9m), et de

longueur variable, pouvant aller de quelques centaines de nanomètres à plusieurs mètres, dans les axones des longs nerfs. Les

MT s’ auto-assemblent grâce à des protéines nommées « tubulines », ayant la forme d'une cacahuète – chaque tubuline étant

un dimère composé de monomères alpha et beta, avec un dipôle qui donne aux MT des propriétés ferroélectriques. Chez les

MT, les tubulines sont généralement disposées en 13 protofilaments longitudinaux dont les connections latérales forment

deux types de réseaux hexagonaux (réseau -A et réseau -B [58]). C’est parce que les protofilaments sont décalés par rapport à

leurs voisins, très légèrement dans chaque direction, de manière à créer des rapports différents entre chaque tubuline et ses

six voisines les plus proches. Les voies hélicoïdales suivant la longueur des tubulines dimères voisines dans le réseau-A se

renouvellent chaque 5 et 8 tubulines, respectivement, sous n’importe quel protofilament. En revanche, suivant la longueur

des tubulines monomères, les voies hélicoïdales se renouvellent chaque 3 monomères, après s’être enroulées deux fois autour

du MT (concernant les protofilaments 13, selon la suite de Fibonacci 3, 5, 8, 13).

En plus de l'actine et d'autres structures du cytosquelette, les MT s’auto-assemblent pour créer la forme de la cellule,

régler la croissance et organiser des fonctions dont celles des neurones du cerveau. Toutes sortes de PAM s’accrochent à des

sites spécifiques de réseaux et créent des ponts vers d’autres MT, définissant une architecture cellulaire à l’instar de poutres et

poutrelles dans un bâtiment. Un autre genre de PAM est la protéine tau, dont un mauvais déplacement des MT donne lieu à

des intrications neurofibrillaires et au dysfonctionnement cognitif de la maladie d’ Alzheimer [59–61]. D’autres protéines

PAM comportent des protéines motrices (dynein, kinesin) qui se déplacent rapidement le long des MT, transportant des

« molécules-cargo » vers les synapses et des endroits spécifiques. Les protéines tau liées aux MT servent apparemment de

signaux de circulation, en déterminant où les protéines motrices doivent livrer leur cargaison. Ainsi, un positionnement

spécifique des protéines tau au sein des réseaux de MT semble refléter des informations codées régissant la plasticité

synaptique.

Figue. 3. Trois étapes (par exemple à 10 mégahertz d'intervalle) d'un automate de microtubules. Les états dipolaires de sous-ensembles de tubulines(jaune, bleu) représentent les informations. (a) Les spins courants interagissent et font des calculs le long de réseaux de voies en spirale. Par exemple(en haut, au milieu de chaque microtubule) deux ondes de spins bleus voyageant vers le haut et se croisent, générant une nouvelle onde de spinverticale (un « glider gun » dans les automates cellulaires). (b) Processus général d’automates de microtubules [56].

Les MT sont particulièrement répandues dans les neurones (109 tubulines / neurone), et sont exceptionnellementstables. Les cellules non neuronales subissent des cycles répétés de divisions cellulaires ou mitoses. Pour celles-ci, lesMT montent et démontent des fuseaux mitotiques avec des chromosomes séparés, établissent la polarité etl’architecture des cellules pour se dépolymériser ensuite en tubulines et MT afin d’être réutilisées dans différentesfonctions cellulaires. Toutefois, les neurones, une fois formés, ne se divisent plus, et les MT neuronaux peuvent dèslors rester assemblés indéfiniment.

Les MT somatiques-dendritiques sont uniques pour d’autres raisons. Les MT dans les axones (et cellules non

neuronales) sont disposés radialement, se développant en s’étendent continuellement (avec la même polarité) du

centrosome près du noyau vers l'extérieur (vers la membrane cellulaire). Les MT dans les dendrites et les corps

cellulaires sont en revanche interrompus et de polarité mixte (Fig. 1), et disposés en réseaux récursifs locaux adaptés

pour l’apprentissage et le traitement d’informations [56]. Enfin, dans d’autres cellules, les MT peuvent s’assembler à l'une

extrémité et se désassembler à l'autre (treadmilling ou « phénomène du tapis roulant »), ou se développer pour ensuite se

démonter (« instabilité dynamique », ou « MT catastrophes » [62]). Les MT somatiques-dendritiques sont plafonnés par des

PAM spéciaux qui empêchent la dépolymérisation [63], ils sont donc stables et adaptés pour un codage de

l'information et de la mémoire à long terme (Fig. 4 [64]).

3.2 Traitement de l'information des Microtubules

Après l’observation générale de Sherrington en 1957 qui présente le cytosquelette comme système nerveux cellulaire,

Atema [65] a suggéré que les changements conformationnels de la tubuline se propageaient comme un signal le long des

microtubules. Hameroff et Watt [66] ont avancé par ailleurs que les dipôles de tubuline distincts des états conformationnels

(changements mécaniques dans la forme des protéines) pourraient représenter l’information, avec les réseaux MT agissant

comme un booléen bidimensionnel commutant les matrices avec un calcul entrée/sortie (input/output) qui se produit via

les PAM. Le traitement d’information MT a été également étudié dans le cadre des automates (« microtubules automates »)

cellulaires (« moléculaires »), où les dipôles des tubulines et les états conformationnels interagissent avec des états de

tubulines voisins au sein de réseaux MT hexagonaux, en couplant les dipôles synchronisés par une cohérence

biomoléculaire, comme proposé par Fröhlich [67–71].

Les changements conformationnels des protéines se produisent à différentes échelles de transition [72], par exemple

de 10-6 à 10-11 s. Les mouvements coordonnés des noyaux atomiques de la protéine, largement plus massifs que ceux des

électrons, demandent de l’énergie et génèrent de la chaleur. Les premières versions de RO Orch dépeignent l’état des

tubulines comme des conformations mécaniques alternées, couplées à – ou conduites par – des dipôles de la force de

London à l’intérieur de poches hydrophobes non-polaires [13–17]. Cependant, tous les calculs étaient basés sur les

couplages dipolaires, et les recherches récentes sur la RO Orch ne font pas cas des changements conformationnels, se

fondant plutôt uniquement sur les états dipolaires des tubulines pour représenter l’information (Sec. 3.3 ci-dessous).

Parmi les MT, chaque tubuline peut différer de ses voisins en raison de la variabilité génétique, des modifications post-

translationnelles [73,74], des états de phosphorylation, des liaisons des ligands et PAM et des transitions

conformationnelles et /ou des transitions des états dipolaires. Les sorties synaptiques peuvent enregistrer l’information dans

les MT somatiques-dendritiques dans les neurones du cerveau, au moyen de récepteurs métabotropiques PAM2 et CaMKII.

Il s’agit d’une holoenzyme hexagonale capable de transporter l'influx des ions de calcium vers les réseaux MT par

phosphorylation (Fig. 4 [64]). Ainsi, les tubulines dans les MT peuvent exister sous différents états, probablement une

douzaine sinon plus. Cependant, par souci de simplicité, les modèles d’automates MT se contentent de deux états de

tubulines alternatifs, c’est-à-dire des « bits » binaires.

Un autre facteur potentiel émerge de la géométrie spécifique des réseaux MT, dans laquelle des voies sinueuseshélicoïdales (dans le réseau-A) renouvellent, selon Fibonacci, la séquence (3, 5, 8.. .), et peuvent corréler avec desvoies de conduction [75]. Les dipôles alignés le long de telles voies peuvent être favorisés (et couplés par desvibrations MT mécaniques), influant ainsi sur les opérations des automates MT.

Les automates MT fixés sur des dipôles de tubuline en réseaux hexagonaux montrent une forte capacitéd’intégration et d’apprentissage [61]. Assumant que 109 tubulines binaires par neurone, commutant à 10 mégahertz(107), donnent une capacité potentielle de MT de 1016 opérations par seconde et par neurone, les approchesconventionnelles sur le niveau des neurones – fondées sur les décharges axonales et les transmissions synaptiques (1011

neurone/cerveau, 103 synapse/neurone, 102 transmission/synapse) – donnent un même chiffre de 1016 opérations parseconde pour le cerveau dans sa totalité! Le traitement de l'information MT permet de révéler une énorme augmentationde la capacité potentielle du cerveau [74].

Comment les processus micro-tubulaires (processus MT) peuvent-ils être déchiffrés de manière à influencer les

activités des réseaux neuronaux dans le cerveau? Premièrement, et comme nous l’avons déjà mentionné, durant

l’intégration dendritique/somatique , les processus processus MT peuvent influencer les décharges axonales pour

exécuter un comportement donné. Deuxièmement, les processus MT peuvent directement donner lieu à une prise de

conscience. Troisièmement, les processus MT peuvent réguler la plasticité synaptique, par exemple en tant que pistes et

guides pour les protéines motrices (dynein et kinesin) qui transportent les précurseurs synaptiques des corps de la

cellule aux synapses distales. Le mécanisme de guidance pour le choix du chemin approprié est inconnu, mais semble

impliquer le placement des PAM tau en des endroits spécifiques sur les réseaux MT. Dans la maladie d’ Alzheimer, la

protéine tau est hyper-phosphorylée et délogée de MT déstabilisés, formant des intrications neurofibrillaires qui ont un

lien avec la perte de mémoire [58–60]. Quatrièmement, les états des tubulines peuvent encoder des sites de liaisons, non

seulement des protéines tau, mais également des MAP structurelles qui déterminent l’échafaudage des cytosquelette et

donc régulent directement la structure neuronale, la différenciation et la formation synaptique. Enfin, on peut

directement rapporter le traitement d’informations micro-tubulaires à des activités à un niveau de plus large échelle de

neurones et de réseaux neuronaux, grâce à quelque chose de l’ordre de la dynamique à invariance d’échelle. En ce qui

concerne la dynamique du cerveau et de la structure, plusieurs sources de données pointent vers une auto-similarité

quasi-fractale (1/f), et ce sur différentes échelles spatio-temporelles [76,77]. Celles-ci sont généralement considérées

au niveau d'échelle des neurones et au niveau des réseaux neuronaux à plus grande échelle, mais peuvent aller plus bas

en taille (et plus haut en fréquence) vers une dynamique de MT intra-neuronale, couvrant 4 ou 5 niveaux d'échelle de

plusieurs ordres de grandeur.

Le traitement d’informations micro-tubulaires dépend des états dipolaires interactifs de protéines de tubuline

individuelles. Quels sont ces états et comment sont-ils contrôlés?

3.3 Tubuline dipolaire et anesthésie

La tubuline, comme d'autres protéines, est composée d'un groupe hétérogène de résidus d'acides aminés reliés à dessquelettes peptidiques. Les résidus comprennent aussi bien des groupes polaires solubles dans l’eau que des groupes non-polaires insolubles dans l’eau – ces derniers comprenant des acides aminés « aromatiques » (phénylalanine, tyrosine ettryptophane) avec des nuages à résonance orbitale électronique « π » dans des cycles de phényle et indole. Les nuagesorbitaux π sont composés d'électrons capables de se délocaliser à travers une région de l'espace. A l’image de l’huile qui sesépare de l’eau, les nuages à électrons non-polaires fusionnent durant le repliement des protéines pour former des « régions

hydrophobes » d’où l’eau est exclue, au sein de protéines à solubilité particulière (« grasses », « comme les lipides »). Lesdipôles conduisant le repliement sont non-polaires, mais ce sont des dipôles de nuage d'électrons orbitaux π hautementpolarisables, qui se couplent au moyen de la force de van der Waals London (dipôle instantané - attractions de dipôle induitentre les nuages d'électrons) [78].

Fig. 4. Kinases de calcium-calmoduline II (« CaMKII »), une holoenzyme hexagonale activée par l'afflux de calcium synaptique étend six « jambes »

de domaines de kinases au-dessus et au-dessous d'un domaine d’associations. Les 6 domaines de kinases correspondent précisément à la taille et

géométrie hexagonales dans les deux types de réseaux de microtubules, A et B ([64], avec la permission de Travis Craddock).

Fig. 5. La modélisation moléculaire de dimères de tubulines montre un tryptophane d’acides aminés aromatiques (bleu), de la phénylalanine(violet) et de la tyrosine (vert) dans des régions hydrophobes non-polaires. Les sphères rouges sont des sites de liaisons anesthésiques (avec lapermission de Craddock et al.[79]). Les lignes courbes joignent les cycles selon une orientation particulière alignée le long de 5- et 8- départs decanaux hélicoïdaux, comportant des sites de liaisons anesthésiques.

Dans les régions intra-protéinaires hydrophobes, les molécules de gaz anesthésique se sont liées par des couplagesdipolaires de la force de London, et ainsi (en quelque sorte) exercent leurs effets sur la conscience [79–83].Historiquement, les différents points de vue sur l'action anesthésique se sont focalisés sur les protéines de la membraneneuronale, mais des preuves concrètes (par exemple en génomique et en protéomique) [84,85] penchent vers uneaction anesthésique sur les microtubules. Dans l'expérience anesthésique la plus décisive de toutes celles réalisées,Emerson et al. [86] utilisèrent de l’anthracène fluorescent comme anesthésiant sur des têtards et ont montré que lacessation des comportements de ces derniers survenait spécialement dès la fixation de l’anthracène anesthésique surleurs microtubules cérébraux. Malgré les hypothèses actuelles, les preuves confirment l'action anesthésique sur lesmicrotubules.

La tubuline (Fig. 5) contient 32 cycles d’acides aminés aromatiques (phényle et indole) avec des nuagesd’électrons à résonance π, le plus souvent dans une distance de transfert de résonance Forster de 1 à 2 nanomètres[79]. Les cycles de résonance s’alignent le long des rainures qui traversent la tubuline, et semblent rencontrer ceuxdes tubulines voisines le long de voies de réseaux hélicoïdaux (Fig. 6a). La simulation de molécules anesthésiques(Fig. 5, sphères rouges) montre des liaisons dans un canal hydrophobe aligné avec les premiers 5 ème et 8ème sinueuxdes voies hélicoïdales dans le microtubule du réseau-A.

Fig. 6. Dipôles dans des « canaux quantiques » du réseau-A de tubuline et de microtubules. (a) Sept voisinages de réseau-A de microtubules de

tubuline avec une disposition schématisée de cycles aromatiques le long de voies hélicoïdales de 3, 5 et 8 départs. (b) 5 départs (gauche) et 8 départs

(droite) de dipôles hélicoïdaux en cycles alignés de dipôles « bits » (bleu, jaune) et superposition des deux (gris – bits quantiques « qubits »). Bas

(les deux voies de dipôles): molécules (A) de gaz anesthésique forment leur propre couplages de dipôles ( force de van der Waals London), en

dispersant des dipôles collectifs et perturbant les calculs classiques et quantiques.

La Fig.6b montre des couplages collectifs de dipôles sous la forme de cycles continus. La superposition quantique

de deux états est représentée en gris. Les anesthésiques (en bas à droite) semblent disperser des dipôles nécessaires à

la conscience, produisant une anesthésie [80–83]. Les dipôles de nuages d’électrons peuvent aussi bien découler de la

séparation des charges (électriques) que de la rotation des électrons (magnétiques). Les dipôles de tubuline dans la RO

Orch ont été initialement définis comme des dipôles électriques de la force de London, impliquant la séparation des

charges. Cependant, nous suggérons à présent comme alternative, des dipôles magnétiques, qui seraient liés au

tournoiement des électrons et probablement également aux spins nucléaires (qui peuvent rester isolés de leur

environnement pendant de longues périodes). Les 'spin-flips' (changement de 'spin up' à 'spin down' et vice-versa)

pourraient se rapporter à des courants alternatifs dans les MT. Le spin est intrinsèquement quantique dans la nature, et

le transfert de ce dernier par le moyen de cycles aromatiques est intensifié par les hautes températures [87]. Dans les

Figs. 6 et 7, le jaune peut être considéré comme 'spin up', et le bleu comme 'spin down'.

Il convient de préciser, toutefois, que les notions de « haut » (up) et de « bas » (down) mentionnées ici sontseulement figuratives. Il y a, en effet, la question de la direction dans la notion de spin ; en principe, la direction duspin est celle de l'axe de rotation, où l’on considère conventionnellement que le sens de rotation est droitier parrapport à la direction qui lui a été notifiée: le « haut » ferait référence à une direction spatiale choisie arbitrairement,

le « bas » indiquerait la direction opposée. Si la particule possède un moment magnétique (par exemple électrons,protons ou neutrons), celui-ci est aligné (ou anti-aligné, selon le type de particule) avec son tournoiement ou spin.Dans un microtubule, on suppose que le « haut » et le « bas » sont choisis pour désigner les deux directions opposéesle long de l'axe du tube lui-même, ou bien encore un autre choix d'alignement peut être approprié. Toutefois, commeindiqué plus haut, le spin est une quantité typiquement mécanique quantique, et pour un objet à mi-rotation, commeun électron ou un nucléon (neutron ou proton), toutes les directions possibles pour l'axe de rotation se posent commedes superpositions quantiques d’une paire de directions choisie arbitrairement. En effet, les caractéristiquesdirectionnelles du spin quantique sont fondamentalement dépendantes du principe de superposition quantique.

Ici, nous pouvons imaginer que les chaînes de spins corrélés (« haut-haut-haut », « bas-bas-bas ») ou noncorrélés (« bas-haut-bas », « haut-bas-haut ») le long des voies des réseaux microtubulaires – ou peut-être quelquechose de plus subtil – pourraient fournir des moyens biologiquement plausibles à la propagation de couples de bitsquantiques (qubits) tout au long des voies en question. Si ces chaînes de spins corrélés ont une significationphysique, on peut supposer que des processus périodiques de spin-flip ou tournoiement de précession (électrique oumagnétique) peuvent se produire et pourraient être corrélés avec des courants alternatifs dans les microtubules à desfréquences spécifiques. Les dipôles des nuages d’électrons peuvent résulter d'une séparation de charges (électrique) ou du spin de l'électron (magnétique). Les dipôles de tubuline en RO Orch ont été initialement présentés comme desdipôles électriques de la force de London, des écarts entre les charges électriques. Cependant, nous privilégions àprésent les dipôles magnétiques, par exemple liés au spin de l'électron, permettant probablement des « spin-flip » decourants alternatifs dans les MT.

Fig. 7. Dipôle qubit dans microtubule, avec les états d'information de dipôle classiques et quantiques pour les 5 départs de voies hélicoïdales dansles tubulines et les microtubules. A gauche: les 5 départs d’hélices dans le réseau-A de microtubules est aligné avec les dipôles dans des cyclesaromatiques d’intra-tubuline. Haut: dipôle « vers le haut » (jaune), bas: dipôle « vers le bas » (bleu). A droite: superposition quantique de deuxtrajectoires hélicoïdales ascendantes et descendantes, couplées à des orientations de dipôles, soit, « qubits ». Les dipôles peuvent être des dipôlesélectriques dus à des séparations de charges, ou dipôles magnétiques, par exemple reliés à un spin électronique (et/ou nucléaire). Des voies qubitsimilaires peuvent se produire le long de voies à 8 départs ou autres voies.

Le groupe Anirban Bandyopadhyay de l'Institut national des sciences des matériaux à Tsukuba au Japon, a eneffet découvert des résonances conductrices dans de simples microtubules que l'on observe quand il y a un courantalternatif appliqué à des fréquences spécifiques en gammes de gigahertz, mégahertz et kilohertz [88,89]. Voir laSection 4.5.

Les décalages d’électrons dipolaires ont un effet négligeable sur les positions nucléaires via les mouvements descharges et de recul de Mössbauer [90,91]. Le décalage de seulement un nanomètre dans la position d’un électronpeut déplacer un noyau de carbone à proximité de quelques femtomètres (longueurs de Fermi ~ 10-15m), cet-à-direapproximativement son diamètre. L'effet du spin des électrons et des dipôles magnétiques sur l’emplacementnucléaire est moins connu. Des publications RO Orch récentes ont présenté les bits de tubuline (et les bitsquantiques, ou qubits) comme des états dipolaires intriqués cohérents agissant collectivement au sein de cycles denuages d'électrons d'acides aminés aromatiques, avec un changement conformationnel de seulement un femtomètre,

dû à un déplacement nucléaire [17,42]. Il s’avère que le décalage d’un femtomètre pourrait être suffisant pour la ROOrch (Section 5.2).

Une plus petite échelle de traitement de l'information intra-neuronale basée sur les MT pourrait expliquer l'écartdu comportement de Hodgkin-Huxley et, nous l’espérons, les capacités de calcul renforcées. Cependant, commeavec les modèles neuronaux, les approches fondées sur le traitement de l'information des MT par la physiqueclassique – par exemple, celles développées par Hameroff et ses collègues dans les années 1980 – font face à uneimpasse réductionniste dans le traitement de la conscience. Le calcul amélioré en soi ne tient pas compte de certainsaspects de la conscience (Section 2.1). Il manquait quelque chose. Est-ce une caractéristique subtile de la mécaniquequantique ?

4. La physique quantique et la conscience

4.1 Non calculabilité et réduction objective (RO)

En 1989 Penrose publie The Emperor’s New Mind [23], suivi de Shadows of the Mind en 1994 [24]. Les deuxouvrages, critiques sur le point de vue de l’« intelligence artificielle forte » (« forte AI ») – selon laquelle tous lesprocessus mentaux seraient entièrement computationnels – ont fait valoir, en faisant appel au théorème de Gödel et àd'autres considérations, que certains aspects de la conscience humaine, comme la compréhension, devaient se trouverau-delà de la portée de tout système computationnel, c’est-à-dire « non calculables ». La non-calculabilité est unconcept mathématique parfaitement défini, mais elle n'avait pas encore été considérée jusque là comme pouvantsérieusement être le fait d’actions physiques. L'ingrédient non calculable nécessaire pour la conscience humaine et lacompréhension, suggère Penrose, devrait se situer dans une région où nos théories physiques actuelles sontfondamentalement incomplètes, mais qui est toutefois d’une grande importance pour les échelles adaptées aufonctionnement de notre cerveau. La seule possibilité sérieuse était l'incomplétude de la théorie quantique – uneincomplétude qu’Einstein et Schrödinger (et aussi Dirac) avaient reconnue, en dépit du fait que la théorie quantiquefût souvent présentée comme le summum de la réussite scientifique du 20ème siècle. Cette incomplétude réside dans laquestion non résolue dénommée le « problème de la mesure », que nous examinons plus en détail ci-dessous, à laSection 4.3. Une manière de la résoudre serait de fournir une extension du cadre standard de la mécanique quantique,en introduisant une forme objective de la réduction de l'état quantique – appelée « RO » ( réduction objective ), uneidée que nous développons ci-dessous, à la Section 4.3 [92–95].

Chez Penrose [23], la proposition RO suggérée provisoirement aurait vu son origine se déterminer par unecondition dite le critère « one-graviton ». Cependant, chez Penrose [93,95], un critère beaucoup plus fondé a étéutilisé, aujourd’hui fréquemment désigné par la proposition Diosi-Penrose (« DP » ; voir le travail antérieur de Diosi[96,97], qui était un schéma gravitationnel similaire, bien que non motivé par les principes relativistes générauxspécifiques). La proposition DP donne un seuil physique objectif, fournissant une durée de vie plausible aux étatsquantiques superposés. D’autres propositions gravitationnelles RO ont été avancées de temps à autre ([98–101], cf.[102–104]) comme solutions au problème de la mesure, en proposant des modifications de la mécanique quantiquestandard, mais toutes diffèrent de la DP à bien des égards. Parmi celles-ci, seule la proposition DP (dans le cadre deson rôle au sein de la RO Orch) a été suggérée comme ayant un rapport avec la question de la conscience. Laproposition DP est parfois désignée comme un schéma de « gravité quantique », mais elle ne fait pas partie des idéeshabituellement retrouvées dans la gravité quantique, comme on le verra ci-dessous (Section 4.4). En outre, laconnexion proposée entre la conscience et la mesure quantique est presque opposée, dans le schéma RO Orch, augenre d'idées qui a souvent été mis en avant dans les débuts de la mécanique quantique (voir, par exemple Wigner[105]) – qui suggère qu'une « mesure quantique » est une chose qui se produit uniquement à la suite de l'interventionconsciente d'un observateur. La proposition DP soutient plutôt que chaque événement RO , qui est un processuspurement physique, est lui-même une sorte d’« observation » primitive, un moment d’« expérience de proto-conscience ». Cette question sera également développée plus bas.

4.2 La nature de la mécanique quantique

Le terme « quantum » se rapporte à un élément discret d'énergie dans un système, tel que l'énergie E d'une particule

ou d'un autre sous-système – cette énergie étant liée à la fréquence fondamentale ν de son oscillation, selon la fameuse

formule de Max Planck (où h est la constante de Planck) : E=hν.

Cette relation profonde entre les niveaux d’énergie discrets et les fréquences d'oscillation est à la base de la dualité

particule/onde inhérente au phénomène quantique. Ni le mot « particule » ni le mot « onde » ne reflètent la véritable

nature d'une entité quantique basique, mais tous deux fournissent des images partielles utiles.

Les lois régissant ces entités quantiques sous-microscopiques diffèrent de celles régissant notre monde classique de

tous les jours. Par exemple, les particules quantiques peuvent exister sous la forme de deux ou plusieurs états ou

emplacements simultanément, là où une telle superposition multiple et simultanée d’alternatives (chaque alternative

étant pondérée par un nombre complexe) serait décrite mathématiquement par une fonction d'onde quantique. Le

problème de la mesure (mentionné plus haut) concerne justement la question de savoir pourquoi nous ne voyons pas

de telles superpositions dans le monde macroscopique consciemment perçu ; nous voyons les objets et les particules

comme de la matière, des objets classiques dans des emplacements et états spécifiques.

Une autre propriété quantique est l’« intrication non-locale », dans laquelle des composants séparés d'un système

deviennent unifiés – l’ensemble des composants étant régi par une fonction d'onde quantique commune. Les

différentes parties restent en quelque sorte connectées, même lorsqu’elles sont spatialement séparées par de très

importantes distances (le record expérimental actuel étant de 143 kilomètres [106]). Les superpositions quantiques

d'états binaires (bits quantiques ou qubits) peuvent être interconnectées entre elles à travers l’intrication dans les

ordinateurs quantiques. En revanche, les intrications quantiques, en soi, ne peuvent pas être utilisées pour envoyer un

message d'une partie d'un système intriqué à un autre ; cependant l'intrication peut être utilisée en conjonction avec

une signalisation classique pour obtenir des effets étranges – comme le phénomène désigné par téléportation-

quantique – que la transmission classique ne peut pas réaliser par elle-même [107–109].

4.3 Le problème de la mesure et la réduction objective (RO )

La question de savoir pourquoi nous ne percevons pas directement les superpositions quantiques est unemanifestation du problème de la mesure signalé plus haut. Plus précisément le problème de la mesure est le conflitentre les deux procédures fondamentales de la mécanique quantique. L’une de ces deux procédures, nomméel'évolution unitaire, notée ici U, est l'évolution déterministe et continue de l'état quantique (c’est-à-dire de lafonction d'onde de l'ensemble du système) selon l'équation fondamentale de Schrödinger. La seconde est laprocédure adoptée quand une mesure du système – ou observation – est supposée avoir eu lieu, où l'état quantiqueest remplacé d’une façon discontinue et probabiliste par un autre état quantique (considéré, techniquement, commeun état propre d'un opérateur mathématique choisi pour décrire la mesure). Ce saut discontinu de l'état est désignépar réduction d'état (ou l’« réduction de la fonction d'onde »), et sera noté ici R. C’est ce conflit entre U et R qui estrésumé par le terme « problème de la mesure » (mais peut-être avec plus de précision, il peut être désigné par « leparadoxe de la mesure »), et sa nature problématique devient manifeste dès que l'on considère le dispositif demesure lui-même comme une entité quantique faisant partie de l’ensemble du système quantique, constitué dusystème original sous observation et de son équipement de mesure. Après tout, le dispositif de mesure est construit àpartir du même type de composants quantiques (électrons, photons, protons, neutrons etc., ou quarks et gluons etc.),de même que le système sous observation, et devrait alors être soumis également aux mêmes lois quantiques, celles-ci étant décrites en termes de l’évolution continue et déterministe U. Comment alors, est-ce que R, discontinue etprobabiliste, peut résulter de l'interaction (mesure) entre deux parties du système quantique ? Tel est le paradoxerencontré par le problème de la mesure.

Les physiciens quantiques ont tenté de résoudre ce conflit de plusieurs façons [110–114]. Au début du 20ème

siècle, le physicien danois Niels Bohr, avec Werner Heisenberg, a proposé la pragmatique « interprétation deCopenhague », selon laquelle la fonction d'onde d'un système quantique évoluant conformément à U n’est attribuéeà aucune « réalité » physique, mais considérée comme fournissant essentiellement la « comptabilité » nécessaire, desorte que d’éventuelles valeurs de probabilité puissent être affectées aux différents résultats possibles d'une mesurequantique. Le dispositif de mesure lui-même est explicitement supposé se comporter de façon classique sans quel’on tienne compte du fait que le dispositif soit finalement construit à partir de composants de niveau quantique. Unefois la nature du dispositif de mesure définie, les probabilités sont calculées en partant de l'état où la fonction d'ondea U-évolué, à l’instant de la mesure. Le « saut » discontinu que la fonction d'onde fait sur les mesures selon R estattribué au changement dans la « connaissance » que le résultat de la mesure provoque chez l'observateur. Depuis, lafonction d'onde n’est pas attribuée à une réalité physique, mais considérée comme se référant tout simplement à laconnaissance de l'observateur du système quantique, le saut est simplement supposé refléter le bond dans l'état deconnaissance de l'observateur, plutôt que dans le système quantique étudié.

Beaucoup de physiciens ne peuvent, cependant, se suffire à ce point de vue et le considèrent largement comme un« bouche-trou », de sorte que du progrès puisse être fait en appliquant le formalisme quantique, sans que ce progrèsne soit freiné par un manque d’ontologie quantique sérieuse – ce qui pourrait fournir une image plus complète de cequi se passe réellement. On peut se demander, en particulier, ce qu’il en est d’un dispositif de mesure dont on peut

ignorer le fait qu'il soit lui-même fabriqué à partir de composants quantiques, et qu’il est permis de le traiter demanière entièrement classique. Un bon nombre de partisans de la perspective de Copenhague seraient d’avis que sil’on considérait que le dispositif de mesure physique devait être traité, en fait, comme un système quantique, et donccomme faisant partie d'une fonction d'onde générale évoluant selon U, ce serait l'observateur conscient qui, enexaminant les lectures sur ce dispositif, réduirait effectivement l'état selon R, attribuant ainsi une réalité physique àl'alternative observée particulière résultant de la mesure. Par conséquent, avant l'intervention de la conscience del'observateur, les alternatives variées du résultat de la mesure incluant les différents états du dispositif de mesure,auraient en effet encore à être traitées comme étant coexistantes en une superposition, conformément à ce que seraitune évolution habituelle selon U. De cette manière, le point de vue de Copenhague met la conscience en dehors de lascience et ne traite pas sérieusement, ni la nature ontologique ou le rôle physique de la superposition elle-même, ni laquestion de savoir à quel point les superpositions quantiques – comme la vie et la mort superposées du chat deSchrödinger (voir ci-dessous) – pourraient réellement devenir une chose ou une autre.

Une variante plus extrême de cette approche est « l’hypothèse des mondes multiples » d'Everett [115], dans laquellechaque possibilité dans une superposition évolue pour former son propre univers, donnant lieu à une multitude infiniede mondes « parallèles » coexistants. Le flux de la conscience de l'observateur est censé, en quelque sorte, se« scinder » de manière qu'il y en ait un dans chacun des mondes, au moins dans les mondes pour lesquels l'observateurreste vivant et conscient. Chaque instance de la conscience de l'observateur fait l’expérience d’un monde séparé etindépendant, et n’est directement consciente d’aucun des autres mondes.

Une approche plus « terre-à-terre » est la décohérence environnementale, dans laquelle l'interaction d'unesuperposition avec son environnement « érode » les états quantiques, de sorte qu'au lieu d'une seule fonction d'onde,une entité plus complexe, désignée par matrice densité (ou opérateur densité), est utilisée pour décrire l'état. Cependant,la décohérence ne fournit pas une ontologie consistante à la réalité du monde dans son rapport avec la matrice densité(voir, par exemple, Penrose [24], Sections 29.3 à 29.6), elle fournit seulement une procédure pragmatique. En outre,cette approche ne traite pas de la façon dont R peut survenir dans les systèmes isolés, ni de la nature de l'isolation où un« environnement » extérieur ne serait pas impliqué ; elle ne nous dit pas non plus quelle partie d'un système doit êtreregardée comme la partie de l’« environnement », et elle ne fournit pas de limite à la taille de cette partie, qui peutrester sujette à une superposition quantique.

D'autres approches évoquent divers types de réductions objectives (RO ), dans lesquelles un seuil objectifspécifique est supposé provoquer une réduction de l'état quantique [116–118]. Le schéma spécifique de réductionobjective utilisé dans la RO Orch sera décrit plus bas.

Le pionnier de la physique quantique, Erwin Schrödinger, a pris soin de souligner les difficultés que rencontrel'évolution U d'un système quantique, avec sa célèbre expérience de la pensée dite « le chat de Schrödinger » [119].Ici, le sort d'un chat dans une boîte est déterminé en grossissant un événement quantique (c’est-à-dire ladésintégration d'un atome radioactif en une période de temps spécifique, qui donnerait une probabilité dedésintégration de 50%), en une action macroscopique qui tuerait le chat, de telle sorte que, selon la propre évolutionU de Schrödinger, le chat se trouverait dans une superposition quantique où il serait mort et vivant à la fois. Selon cepoint de vue dans l'interprétation de Copenhague, si cette évolution U est maintenue jusqu'à ce que la boite soitouverte et le chat observé, alors ce devrait être l’homme conscient observant le chat qui serait la cause du chatcomme devenant mort ou vivant (à moins bien sûr, que la propre conscience du chat ne soit considérée comme ayantdéjà servi à cette fin). Schrödinger a voulu illustrer l'absurdité de l'applicabilité directe des règles de la mécaniquequantique (en incluant sa propre évolution U) lorsqu'elle est appliquée au niveau d'un chat. Comme Einstein, ilconsidérait la mécanique quantique comme une théorie incomplète, et son « chat » a fourni un excellent exemplepour souligner cette incomplétude. Il y a besoin de faire quelque chose à propos de la mécanique quantique,indépendamment de la question de sa pertinence par rapport à la conscience.

4.4 RO et la gravité quantique

La réduction objective de Diosi-Penrose (DP) est une proposition particulière pour une extension de la mécaniquequantique actuelle, faisant le pont entre des niveaux de physique quantique et physique classique, en tant quephénomène de « gravité quantique ». Ceci contraste avec les différents points de vue conventionnels (voir la Section4.3), où ce pont est censé résulter, en quelque sorte – d’une « décohérence environnementale » ou de « l'observationpar un observateur conscient » ou d'un « choix entre des mondes alternatifs », ou bien d’une autre interprétation quitente à expliquer comment le monde classique d'une seule alternative réelle est supposé émerger, fondamentalement, àpartir d'ingrédients qui sont en superposition quantique.

La version DP de RO implique une interprétation originale du terme « gravité quantique ». Les idées actuelles degravité quantique (voir par exemple Smolin [120]) se réfèrent habituellement plutôt à une sorte de schéma physiquequi doit être formulé dans les limites de la théorie standard quantique des champs ; pourtant aucune théorie parmi

celles jusque là mises en avant, n’a pu jouir d’une acceptation universelle, et ni aucune d'entre elles n’a trouvé uneformulation satisfaisante et consistante. « RO » se réfère ici au point de vue alternatif qui dit que la théorie quantiquestandard (théorie quantique des champs) n’est pas la réponse définitive, et que la réduction R de l'état quantique (« laréduction de la fonction d'onde ») adoptée dans la mécanique quantique standard est réellement un processus physiquequi ne fait pas partie du formalisme unitaire conventionnel U de la théorie quantique (ou la théorie quantique deschamps). Dans la version DP de RO , la réduction R de l'état quantique ne se pose pas comme une sorte de commoditéou comme une conséquence effective de la décohérence environnementale, etc. – comme semble le demander leformalisme standard U – mais est plutôt considérée comme l'une des conséquences du mélange de l’ensemble desprincipes de la relativité générale d'Einstein avec ceux du formalisme unitaire quantique U conventionnel, ce qui exigeune dérogation aux règles strictes de U. Selon ce point de vue de la RO , n’importe quelle mesure quantique – parlaquelle les alternatives de superposition quantique produites selon le formalisme U se réduisent à une seule occurrenceréelle – est un processus physique objectif réel considéré comme découlant du fait que le déplacement de masse entreles alternatives soit suffisant, en termes gravitationnels, pour que la superposition devienne instable.

Dans la proposition DP de RO , la superposition se réduit à l'une des alternatives à une échelle de temps τ qui peutêtre estimée selon la formule (pour une superposition de deux états, chacun d’entre eux est supposé êtrestationnaire par lui-même).

Fig. 8. Géométries d’espace-temps schématisées comme une dimension spatiale et une dimension temporelle dans lesquelles l’emplacement des

particules est représenté comme une courbure. A gauche : le haut et le bas montrent des histoires spatio-temporelles de deux emplacements

alternatifs de particules. A droite : superposition quantique des deux emplacements de particules en une bifurcation d’espace-temps dépeinte comme

l’union (« version collés ensemble ») des deux histoires alternatives (adapté de Penrose [24], p. 338).

Cependant, un point important à faire sur τ : il représente une sorte de temps moyen pour la réduction de l'état qui doitavoir lieu. C’est beaucoup comme une demi-vie dans une désintégration radioactive. Le temps réel de désintégrationdans chaque événement isolé de réduction d’état, est considéré selon la DP (dans sa forme actuelle) comme unprocessus aléatoire. Un tel événement impliquerait la totalité de l’état (en principe intriqué), et s’étendrait à traverstout le matériel superposé impliqué dans le calcul de EG. Selon la DP (dans sa forme actuelle), le moment réel dedésintégration dans un événement particulier de réduction d’état se produit simultanément (en effet) sur la totalité del'état qui décrit la superposition, et il suit en moyenne la formule (d'une manière similaire à ladésintégration radioactive). Ici est la constante de Planck h en forme de Dirac, et EG est l'auto-énergie

gravitationnelle de la différence entre les deux distributions de masse (stationnaires) de la superposition. (Pour unesuperposition où chacune des distributions de masse est une translation rigide de l’autre, EG est l'énergie nécessairepour déplacer un composant de la superposition dans le champ gravitationnel de l’autre, en le déplaçant de lacoïncidence vers l'emplacement du déplacement quantique [121]).

Il serait utile d'avoir une image conceptuelle de la superposition quantique dans un contexte gravitationnel. Selonles théories physiques modernes reconnues, la réalité est enracinée dans un espace à 3 dimensions et un temps à 1dimension, combinés dans un espace-temps à 4 dimensions. Cet espace-temps est légèrement courbé, conformémentà la théorie générale de la relativité d'Einstein, d'une manière qui encode les champs gravitationnels de toutes lesdistributions de densité de masse. Chaque choix différent de densité de masse effectue une courbure d'espace-tempsde manière différente, quoique très légèrement. Ceci est l'image standard selon la physique classique. D'autre part,lorsque les systèmes quantiques ont été étudiés par les physiciens, cette légère courbure de la structure de l'espace-temps induit par la masse a presque toujours été ignorée, les effets gravitationnels ayant été considérés commecomplètement insignifiants par rapport à des problèmes normaux qui font appel à la théorie quantique. Aussisurprenant que cela puisse paraître cependant, ces divergences minuscules dans la structure espace-temps peuvent

avoir des effets importants, car elles entraînent des influences subtiles mais fondamentales sur les règles mêmes dela mécanique quantique [92–95].

Dans le contexte actuel, les états quantiques superposés – pour lesquels les distributions de masse respectives

diffèrent considérablement les unes des autres – auront des géométries d’espace-temps qui, aussi, diffèrent enconséquence. À titre d'illustration, voir Fig. 8 : nous considérons une feuille d’espace-temps à 2 dimensions (unedimension d’espace et une dimension de temps). Dans la Fig. 8 à gauche, les courbures alternatives en haut et en basindiquent une masse à deux emplacements distincts. Si cette masse était en superposition de ces deux emplacements,on peut s’attendre à voir les deux courbures, à savoir la bifurcation d’espace-temps représentée à droite de la Fig. 8 –ceci étant l'union (« version collées ensemble ») des deux histoires d’espace-temps alternatives, représentées àgauche. La partie initiale de chaque espace-temps est en haut à gauche de chaque diagramme individuel d'espace-temps, et donc, le diagramme d'espace-temps bifurquant à droite, se déplaçant vers le bas et vers la droite, illustredeux distributions de masse alternatives évoluant dans le temps, la séparation de la courbure d’espace-temps qu'ilsdécrivent étant croissante.

Du point de vue de la mécanique quantique (avant que la RO ait lieu), la « réalité physique » de cette situation –comme le prévoit la fonction d'onde en évolution – est illustrée par une superposition réelle de ces deux variétésd'espace-temps légèrement différentes, comme représenté à droite de la Fig. 8. Bien sûr, il y a une liberté artistiquedans le choix de représenter les feuilles d’espace-temps en 2 dimensions, puisque les véritables constituants del’espace-temps sont à 4 dimensions. D’autre part, il n'y a pas de sens à être attaché à l'« espace à 3 dimensions »imagé, à l'intérieur duquel des feuilles d'espace-temps semblent résider. Il n'y a pas d’espace « réel » de dimensionsupérieure – la « géométrie intrinsèque » de l’espace-temps en bifurcation étant tout ce qui a une significationphysique. Lorsque la « séparation » des deux feuilles d'espace-temps atteint une valeur critique, une des deuxfeuilles « meurt » – conformément aux critères de la RO – l'autre étant celle qui persiste dans la réalité physique.Ainsi, l'état quantique se réduit (RO ), en choisissant soit l'espace-temps plat ou celui courbé dans chacune des deuxséparations dans la Fig. 8

Fig. 9. Quand la courbure de superposition E atteint le seuil (par ), RO se produit et un emplacement/courbure de particule estsélectionné(e), et devient classique. L’autre cesse d’exister.

Il convient de préciser que cette mesure de séparation des états de la superposition n’est que trèsschématiquement illustrée, sous la forme de la « distance » entre les deux feuilles dans la Fig. 8. Comme remarquéplus haut, il n'y a pas d’« espace dimensionnel supérieur ambiant » existant physiquement, à l'intérieur duquelrésideraient les deux feuilles. Le degré de séparation entre les feuilles spatio-temporelles est un objet mathématiqueplus abstrait ; il serait mieux décrit en termes d'une mesure symplectique d' un espace de métriquesquadridimensionnelles (cf. [92,121]), mais ces détails (et ces difficultés) ne seront pas importants pour nous ici. Onpeut noter, cependant, que cette séparation est une séparation d'espace-temps, et pas seulement une séparationspatiale. Ainsi, le temps de séparation est autant mis à contribution que le déplacement spatial. C’est le produit de laséparation temporelle T avec la séparation spatiale S qui mesure le degré global de séparation, et la RO a lieulorsque cette séparation globale atteint la valeur critique.

En l'absence d'une théorie cohérente de la gravité quantique, il n'existe pas de moyen reconnu pour traiter unetelle superposition comme une séparation (ou bifurcation) de géométrie d'espace-temps, ni aucun autre moyen. Eneffet, les principes basiques de la relativité générale d'Einstein commencent à entrer en profonde contradiction avecceux de la mécanique quantique [93,95]. Une certaine forme de RO est nécessaire.

Le processus RO est censé se produire quand des superpositions quantiques entre ces espaces-temps légèrementdifférents ont lieu (Fig. 9), se distinguant l’une de l’autre par une mesure intégrée d'espace-temps comparable àl'échelle fondamentale de Planck (4-volume) de la géométrie d'espace-temps, qui est extrêmement minuscule. Commenoté plus haut, il s’agit d’une mesure de volume quadridimensionnelle de Planck, impliquant à la fois le temps etl'espace, nous trouvons alors que la mesure du temps est particulièrement minuscule lorsque la mesure de ladifférence spatiale est relativement grande (comme avec l’hypothétique chat de Schrödinger), mais pour des mesuresde différences spatiales extrêmement minuscules, la mesure du temps peut être assez longue. Par exemple, un électronseul isolé dans un état superposé (EG très basse) pourrait atteindre le seuil RO seulement après des milliers d'annéesou plus, tandis que si le chat de Schrödinger (~ 10 kg) pouvait être mis dans une superposition de vie et de mort, ceseuil pourrait être atteint en moins de même l’unité de temps de Planck, de 10-43 s.

Comme indiqué précédemment, le degré de séparation entre les feuilles d'espace-temps est techniquement une

mesure symplectique dans l'espace de 4-métriques qui est une séparation d'espace-temps, et pas seulement uneséparation spatiale, le temps de séparation étant mis à contribution autant que le déplacement spatial. En gros, c’est leproduit de la séparation temporelle T et de la séparation spatiale S qui mesure le degré global de séparation, et la (DP)RO se produit quand cette séparation globale atteint une valeur critique. Cette valeur critique serait de l'ordre del'unité, en unités absolues, pour laquelle la constante de Planck-Dirac ћ, la constante gravitationnelle G, et la vitessede la lumière c, toutes sont égaux à l'unité, cf. [24], pp. 337-339. Pour de petits S, la durée de vie τ ≈ T de l'étatsuperposé sera grande ; de l’autre côté, si S est grand, alors τ sera petit.

Pour estimer S, nous calculons (dans la limite newtonienne des faibles champs gravitationnels) l’auto-énergiegravitationnelle EG de la différence entre les distributions de masse des deux états superposés. (Autrement dit, unedistribution de masse compte positivement et l'autre négativement ; voir [92,114,121]). La quantité S est alors donnéepar : S ≈ EG et T ≈ τ, d’où τ ≈ ћ /EG , et à dire, EG ≈ ћ /τ. Ainsi, la prévision de la DP est que la RO se produit avec lechoix spontané d’une géométrie spatio-temporelle particulière à partir de la superposition précédente quand, enmoyenne, τ ≈ ћ / EG .

Le schéma Orch-RO a adopté la DP comme une proposition physique, mais il va plus loin en tentant de reliercette version particulière de la RO au phénomène de la conscience. En conséquence, le « choix » impliqué dansn’importe quel processus de réduction d’état quantique serait accompagné par un (minuscule) proto-élémentd'expérience auquel nous faisons référence par « moment de proto-conscience », mais nous ne nous référons pasnécessairement à ceci en tant que conscience réelle pour des raisons à détailler.

4.5. RO et RO Orch

Pour que la RO Orch et la conscience aient lieu, des superpositions quantiques d’auto-énergie gravitationnelle EG

devraient éviter la décohérence environnementale assez longtemps pour atteindre un temps τ par τ ≈ ћ/ EG. En effet, il

est essentiel pour la RO Orch que certains degrés de liberté dans le système soient maintenus isolés de la décohérence

environnementale, de sorte que RO puisse être utilisée par le système de façon contrôlée. Il convient de préciser que

dans le schéma DP, la décohérence environnementale ne doit pas nécessairement jouer un rôle important dans un

exemple donné de réduction d'état, bien que, dans des situations incontrôlées, l'environnement pourrait bien fournir la

contribution majeure à EG. Ce que la DP requiert est que, lorsque la réduction d'état R a lieu, cela se produit toujours

spontanément, par ce critère gravitationnel. Dans presque toutes les situations physiques, il y aurait beaucoup de

matière provenant de l'environnement qui serait intriqué avec un état de superposition quantique, et il se pourrait bien

que le déplacement majeur de la masse – et donc la contribution majeure à EG – se produise dans l'environnement

plutôt que dans le système en cause. Étant donné que l'environnement sera en intrication quantique avec le système, la

réduction d'état dans l'environnement affectera une réduction simultanée dans le système. Cela pourrait rendre le

temps d’occurrence de la réduction d'état R dans un système superposé considérablement plus court que ce qu'il aurait

été en l’absence de l’influence environnementale. L'environnement introduirait également un élément aléatoire

incontrôlable dans le résultat de la réduction, de sorte que tout élément non-aléatoire (bien que non-calculable)

influençant le choix particulier de l'état, qui est en fait résolu à partir de la superposition, soit complètement masqué

par ce caractère aléatoire. Dans ces circonstances, le processus RO pourrait ne pas se distinguer du processus R

standard de la mécanique quantique conventionnelle, que l’on pourrait considérer comme étant affecté par la

décohérence environnementale standard.

Si, toutefois, une superposition quantique est (1) « orchestrée », c’est-à-dire organisée de manière adéquate,

imprégnée d'informations cognitives, et capable d'intégration et de calcul, et (2) isolée d’un environnement aléatoire

non-orchestré assez longtemps pour que la superposition de EG évolue par le formalisme U afin d’atteindre le temps

τ par τ ≈ ћ/ EG, alors la RO Orch aura lieu et il en résultera, selon le schéma, un moment de conscience. Ainsi, si les

effets non calculables suggérés de cette proposition RO devaient être mis à nu – où DP est adopté et utilisé dans

l'évolution biologique, et finalement orchestré pendant des moments de conscience réelle – nous avons en effet

besoin d’une isolation significative de l'environnement.

Jusqu’à présent, aucune expérience n'a été suffisamment affinée pour déterminer si la proposition (DP) RO est

en fait respectée par la Nature, mais les essais expérimentaux du schéma sont assez proches de la limite de ce qui

peut être réalisé avec la technologie actuelle (voir [122]). Par exemple, on devrait commencer à voir les effets de ce

schéma RO si un petit objet, tel qu’un cube de 10 µm de matière cristalline, peut être tenu à une superposition

cohérente de deux endroits, qui se separent environ d'un diamètre d'un noyau atomique, pendant quelques secondes,

ou peut-être quelques minutes, afin d' atteindre le seuil donné par τ ≈ ћ/ EG.

Un point important dans ces expériences proposées et dans l'estimation des besoins pour la RO Orch, est que, afin

de calculer EG, il ne suffit pas de baser le calcul sur la densité moyenne de la matière de la superposition, étant

donné que la masse va être concentrée dans les noyaux atomiques, et pour un déplacement de l'ordre du diamètre

d'un noyau, cette non-homogénéité de la densité du matériau peut être cruciale, et peut bien fournir une valeur

beaucoup plus grande pour EG que ce qui serait obtenu si le matériau était supposé homogène. L'équation de

Schrödinger (plus précisément, dans l'approximation à température nulle, l'équation de Schrödinger-Newton, voir

[102, 117]) pour le matériau non superposé statique devrait être résolue, au moins approximativement, afin de

dériver la valeur attendue de la distribution de la masse dans chacun des deux composants distincts de la

superposition. Dans la fonction d'onde stationnaire de chaque composant, il y aurait un étalement quantique dans les

emplacements des particules constituant les noyaux (c’est-à-dire chaque fonction d'onde du composant ne devrait

normalement pas être très fortement au sommet à ces emplacements de particules, comme les emplacements seraient

considérablement étalés dans la plupart des matériaux).

Dans les situations considérées ici, où l’on s’attend à ce qu’un cerveau conscient soit à une température éloignée

d’une température nulle, et parce que les ordinateurs quantiques technologiques requièrent une température nulle, il

est très raisonnable de remettre en cause les activités cérébrales quantiques. Néanmoins, il est à présent bien connu

que la supraconductivité et d'autres effets quantiques à grande échelle peuvent en fait se produire à des températures

très éloignées du zéro absolu. En effet, la biologie semble avoir développé des mécanismes thermiques pour

favoriser la cohérence quantique. En 2003, Ouyang et Awschalom [87] ont montré que le transfert du spin quantique

à travers les nuages à résonance orbitale π dans le cycle phényle (les mêmes que ceux des régions hydrophobes de la

protéine, comme illustré dans les Figs. 5 à 7) est renforcé à des températures de plus en plus chaudes. (Des courants

'spin-flip' à travers les voies de microtubules, comme suggéré dans la Section 3.3 ci-dessus, peuvent être directement

analogues.)

Au cours des 6 dernières années, il est devenu manifeste que les plantes utilisent régulièrement le transport

d’électrons quantiques cohérents à des températures ambiantes dans la photosynthèse [123, 124]. Les photons sont

absorbés dans une région d'un complexe de protéine photosynthétique, et leur énergie est véhiculée par des

stimulations électroniques à travers la protéine vers une autre région, pour être convertie en énergie chimique afin de

fabriquer des nutriments. Dans ce transfert, les électrons utilisent plusieurs voies simultanément, à travers les nuages

d'électrons π dans une série de nanomètres chromophores isolés (analogues aux régions hydrophobes), optimisant

l'efficacité (par exemple, via ce que l'on appelle « saut d’exciton »). Les chromophores dans les protéines de

photosynthèse semblent permettre la conductance quantique des électrons, précisément de la même manière que les

cycles aromatiques sont supposés fonctionner dans la tubuline et les microtubules dans la RO Orch (Figs. 5-7) [125].

La conductance quantique à travers la protéine de photosynthèse est renforcée par des vibrations mécaniques

[126], et les microtubules semblent avoir leur propre ensemble de vibrations mécaniques (par exemple en mégahertz

comme suggéré par Sahu et al. [88, 89]). Les vibrations mécaniques en mégahertz sont ultrasonores, et des ultrasons

brefs, de faible intensité (sous-thermique) administrés au cerveau à travers le crâne modulent l'électrophysiologie, le

comportement et affectent, par exemple, l’amélioration de l'humeur chez les patients souffrant de douleurs

chroniques, peut-être par excitation directe des microtubules du cerveau [127].

D'autres recherches ont montré des effets quantiques chauds dans le système de navigation des cerveaux des

oiseaux [128], les canaux ioniques [129], le sens de l'odorat [130], l'ADN [131], le repliement des protéines [132], et

l'eau biologique [133]. Qu’en est-il pour les effets quantiques dans les microtubules? Dans les années 1980 et 1990,

des modèles théoriques ont prédit la cohérence gigahertz « Fröhlich » et les effets ferroélectriques dans les

microtubules [61, 66, 70]. En 2001 et 2004, les émissions cohérentes en mégahertz ont été détectées à partir de

cellules vivantes et attribuées à la dynamique des microtubules (alimentée par des champs électromagnétiques

mitochondriaux) par le groupe de Jiri Pokorný à Prague [134, 135].

À partir de 2009, Anirban Bandyopadhyay et confrères de l'Institut National des Sciences des Matériaux à

Tsukuba, au Japon, ont été en mesure d'utiliser les nanotechnologies pour répondre aux propriétés électroniques et

optiques des microtubules individuels [88, 89]. Le groupe a fait une série de découvertes remarquables suggérant

que les effets quantiques se produisent dans les microtubules à des températures biologiques. Tout d'abord, ils ont

découvert que la conductance électronique le long des microtubules, normalement de très bons isolants, devient

extrêmement élevée, approchant la conductance quantique, à certaines fréquences de résonance spécifiques de

stimulation de courant alternatif appliquée (AC). Ces résonances se produisent dans les plages gigahertz, mégahertz

et kilohertz, et sont particulièrement importantes à faibles mégahertz (par exemple '8,9 MHz'). Les conductances

induites par des fréquences AC spécifiques (par exemple mégahertz) semblent suivre plusieurs types de voies à

travers le microtubule - hélicoïdal, linéaire le long de l'axe des microtubules, et « en forme couverture » le

long/autour de toute la surface des microtubules. Ensuite, en utilisant différentes techniques, le groupe

Bandyopadhyay a également déterminé que la conductance AC à travers des microtubules à 25nm de largeur est

supérieure à la conductance à travers une seule tubuline à 4nm de largeur, indiquant des effets cohérents de

coopération, éventuellement quantiques tout au long du microtubule, et que les propriétés électroniques des

microtubules sont programmées à l'intérieur de chaque tubuline. Leurs résultats ont également montré que la

conductance a augmenté avec la longueur des microtubules, ce qui est indicatif des mécanismes quantiques.

La conductance de résonance (« cohérence de Bandyopadhyay » - « BC ») à travers les tubulines et les

microtubules est conforme avec les voies des cycles aromatiques intra-tubuline (Section 3.3, Figs. 5 à 7) qui peuvent

supporter des dipôles quantiques RO Orch, et où les liaisons anesthétiques se lient, apparemment pour effacer

sélectivement la conscience. Les expériences de Bandyopadhyay semblent fournir une preuve claire des états

quantiques cohérents des microtubules à température du cerveau.

4.6 Fréquences de battement

Le comportement cohérent quantique semble effectivement être pertinent, d'une manière qui s’applique même à des

systèmes biologiques, aux températures étonnamment chaudes. Par conséquent, il semble que nous ayons besoin d'un

prolongement de la proposition DP qui puisse être utilisé dans ces situations plus « chaudes ». Bien qu'une telle théorie

ne soit pas encore accessible, il s’avère important d’indiquer ici certains des problèmes clés, afin que nous puissions

connaître le rôle exigé par les idées relatives à la DP dans les propositions avancées aux sections ci-dessous.

En premier lieu, il convient de souligner que dans les traitements quantiques standards de systèmes à température

non nulle, la description serait en termes de matrice densité plutôt que d’une simple fonction d'onde. Une telle

description, en utilisant une matrice densité, peut être considérée comme un mélange de probabilités de différentes

fonctions d'onde – bien qu'une telle ontologie ne révèle pas toutes les subtilités impliquées, du moment où une matrice

densité unique peut être interprétée de différentes façons comme un tel mélange de probabilités (voir par exemple

[114], articles 29.4, 29.5). Pour l'instant, une généralisation entièrement appropriée du schéma DP et une description en

termes d'une matrice densité n'ont pas encore été apportées. Mais dans tous les cas il est peu probable que ce soit une

bonne chose à faire dans le contexte actuel, et ici nous devrions explorer une voie alternative pour la compréhension

des effets quantiques sur des systèmes de température chaude.

Il est important de garder à l'esprit que les systèmes biologiques sont très loin d'être en équilibre thermique, de sorte

qu'une affectation brute d'une « température » globale dans de tels systèmes est peu susceptible d'être vraiment

révélatrice. Chaque fois que nous demandons la manifestation d’effets quantiques à grande échelle dans un système

chaud, nous ne nous attendons pas à ce que tous les degrés de liberté soient simultanément impliqués dans ces effets et

donc uniformément thermalisés. Ce qu'il nous faut vraiment, c’est que certains de ces degrés de liberté puissent être

stimulés de manière à rester isolés de la plupart des autres, et que ces degrés stimulés puissent être maintenus dans une

certaine forme d'oscillation quantique qui peut préserver sa nature quantique pour un temps appréciable, sans se

dissiper ; ce temps assez long pour permettre au système d'atteindre le seuil RO Orch, est donné par .

Dans de précédentes publications par rapport à RO Orch, le temps τ pertinent pour des moments conscients (voir

Fig. 11) a été supposé corréler avec les paramètres physiologiques EEG, à savoir de 10 à plusieurs centaines de

millisecondes, ce qui est relativement long pour des systèmes quantiques isolés. Cependant ici, nous suggérons une

autre façon par laquelle ces fréquences d'oscillation pourraient se produire, notamment les fréquences de battement,

apparaissant quand RO est appliquée à des superpositions d'états quantiques d’énergies légèrement différentes. Cela

rend la tâche de trouver une origine à ces fréquences observées beaucoup plus simple et plus plausible.

Afin de définir comment les idées de la DP peuvent avoir un lien avec de telles situations, examinons tout d'abord

l'hypothèse de stationnarité impliquée dans la proposition DP, où, afin d'appliquer strictement la DP, nous devons

considérer que chacun des états en superposition doit être regardé comme étant stationnaire si pris isolément. Dans la

mécanique quantique standard, un état stationnaire est un état propre d’énergie, c’est-à-dire un état d'énergie définie E

– ce qui nous dit que cet état quantique a une nature oscillatoire (complexe) avec une dépendance au temps

proportionnelle à (voir, par exemple, [114], chapitre 21) de façon qu'il oscille avec la fréquence E/h (où

nous rappelons que ). Si nous avons un état Ψ qui est une superposition de deux états légèrement différents Ψ1

et Ψ2 , dont chacun serait stationnaire en tant que tel, mais avec deux énergies respectives très légèrement différentes E1

et E2, alors la superposition ne serait pas tout à fait stationnaire. Sa fréquence de base serait la moyenne (E1+ E1)/2h

des deux états, correspondant à l'énergie moyenne (E1 + E2)/2, mais serait modulée par une fréquence classique

beaucoup plus basse (« battements ») qui est la différence entre les énergies des deux états, à savoir |E1 − E2|/h,

conformément, très grossièrement, à l'identité mathématique suivante (où l'on peut prendre

et pour représenter les fonctions d'onde quantiques pour les deux énergies) :

Si nous imaginons le terme complexe oscillatoire pour représenter un état quantique Ψ1 et pour représenterl’autre état, alors nous voyons que leur superposition a une oscillation quantique complexe , qui a unefréquence qui est la moyenne des deux, mais ceci est modulé par une oscillation classique comme donné par le termecosinus, avec une fréquence bien plus basse déterminée par la différence entre les fréquences mécaniques quantiques E1

et E2 des deux états individuels Ψ1 et Ψ2. Cette fréquence de « battements » classique est en effet |E1 − E2|/h plûtot que |E1 − E2|/2h parce que quand nous passons d’une amplitude quantique à une probabilité classique nous avons besoin deprendre les modules au carré de l’amplitude, et dans ce cas cela revient à prendre les modules au carré de la moitié ducôté droit de l’expression ci-dessus, à savoir pour trouver un composant de lasuperposition et pour l’autre. (Ce phénomène est étroitement lié à ce qui a été trouvé dans lesoscillations de neutrinos, voir [136]).

Pour être plus explicite sur la façon dont cela se produit, il est nécessaire de comprendre, d’abord, que les étatspropres d’énergie, Ψ1 et Ψ2, dans la superposition – c’est-à-dire les deux états stationnaires desquels l’étatquantique est composé, en superposition – vont, dans la situation étudiée, être différents des deux étatsd’emplacement distinguables Λ et Π (considérés comme normalisés et mutuellement orthogonaux, et sans aucunedépendance au temps) ; qui pourraient être les états d’un emplacement apparaissant comme le résultat du schéma ROdans la proposition DP originale (qui est concernée par le cas dégénéré des valeurs propres égales d'énergie), oucomme les deux états entre lesquels (comme nous le verrons) des oscillations classiques ont lieu (dans le cas desvaleurs propres inégales d'énergie). Nous regardons ici le cas des valeurs propres inégales d'énergie, donc les étatspropres Ψ1 et Ψ2 doivent être distinctes et orthogonales l’une par rapport à l’autre, et nous pouvons supposer quechacune d’entre elles est normalisé. En conséquence, nous pouvons choisir des phases pour les états qui constituent la« base d’emplacements » Λ, Π, de sorte que Ψ1 et Ψ2, quand formulés en termes de ces états d’emplacements,prennent la forme :

,

pour quelque angle θ (mesurant l’« angle » entre la base d’énergie et la base des emplacements), où la dépendance au tempsde ces états est maintenant fournie par a = −E1 t / et b = −E2t / , comme ci-haut. L’état quantique initial estconsidéré comme une superposition

où α et β sont des complexes constants réalisant : |α|2+ |β|2 = 1. En termes des états des emplacements Λ et Π, nous

trouvons :

Pour trouver l’oscillation classique vers laquelle ceci devrait se réduire, selon notre proposition DP étendue, nouscalculons (selon la mécanique quantique standard) les probabilités de dépendance temporelle qu’une mesure nousdonnerait pour distinguer les deux états d’emplacements, ceci étant obtenu en prenant les modules carrés des coefficientsde Λ et Π, à savoir respectivement :

2

Ces deux probabilités sont supposées se résumer à 1, comme elles le devraient, et nous fournir une valeur deprobabilité qui oscille entre les deux emplacements (mais peut-être de manière préférentielle par rapport à l'un oul'autre, en fonction des paramètres) avec une fréquence déterminée par |a − b|, cet à dire une fréquence de« battement » |E1 − E2|/h, comme affirmé plus haut. Il existe également une fréquence beaucoup plus hauted'oscillation quantique, que dans des cas particuliers (par exemple |α| = |β| et θ = π/4), nous pouvons identifiercomme étant la moyenne (E1 + E2)/2h des deux fréquences quantiques composantes, mais où cette fréquence est passi précisément définie en général, quoique pouvant être considérée comme étant une valeur de cet ordre de grandeur.

Selon une application (brute) directe de DP, on pourrait imaginer que cette « mesure » (c’est-à-dire l'action RO )soit une réduction spontanée de l'un ou l'autre de ces deux emplacements sur une échelle de temps de l'ordre général de

(où EG est l'auto-énergie gravitationnelle de la différence entre les espérances mathématiques des valeurs dedistributions de masse des deux états), mais avec un caractère aléatoire plus apparent, en ce qui concerne lequel de cesdeux emplacements soit repris lors de la réduction. Cependant, pour un système oscillant comme celui-ci, où l'étatquantique d'origine est une superposition de deux états stationnaires d’énergies légèrement différentes E1 et E2, et quise comporte comme un état subissant effectivement une oscillation quantique avec une fréquence autour de (E1 +

E2)/2h et une oscillation classique de « battements » de fréquence |E1 − E2|/h, il semble approprié que nous adoptionscette extension suggérée de la proposition DP originale, par laquelle les oscillations quantiques intervenantes seréduisent spontanément à une oscillation classique dont la fréquence est la fréquence de battement, plutôt que desimplement se réduire à un emplacement ou un autre de façon apparemment aléatoire qui ne manifesterait pas alorsclairement cette fréquence de battement. Nous prenons le temps de l'oscillation quantique combinée de l'état à réduirepour étant (en moyenne), tout comme dans la proposition DP originale, mais considérons maintenant laréduction comme une oscillation classique (avec cette fréquence de battement), plutôt que l'une ou l'autre de la paired’états originales. C’est cette phase d’oscillation qui devient définitive lors de la réduction (RO ), plutôt que l'un oul'autre des deux emplacements signalés. Nous notons que dans la limite où nous prenons E1 et E2 comme étantidentiques, la période de battement deviendrait infinie, de sorte que dans une telle situation, la réduction emmenesimplement l'état à un emplacement ou l'autre, dans un temps moyen de l’ordre de τ ≈ /E1 = /E2, tout comme dansla proposition DP originale.

Nous avons pris τ comme étant beaucoup plus grand que la période d'oscillation quantique ∼2h/(E1 + E2), mais ilpourrait probablement être beaucoup plus petit que la période de « battements » h/|E1 − E2|. Nous devons garder àl'esprit qu'il y aura un écart considérable entre les temps réels auxquels la réduction aura lieu (puisque, comme nous lerappelons, le rôle de τ est vraiment que une sorte de demi-vie pour la réduction), mais cela affecte ici uniquement laphase de l'oscillation, la fréquence elle-même étant tout simplement la fréquence de battement bien définie |E1 − E2|/h.En conséquence, si l'on considère que notre système se compose d'un grand nombre de superpositions quantiquesidentiques du même genre, alors cette fréquence de battement deviendrait évidente à travers le système dans son ensemble (comme dans un orchestre avec de nombreux violonistes jouant la même note, mais pasen phase cohérente). Ainsi, selon cette proposition DP étendue, nous devons voir l’évidence de cette différence defréquence |E1 − E2|/h, comme un résultat du processus RO , ce qui serait beaucoup plus bas que les fréquencesindividuelles extrêmement élevés E1 et E2, et la période d'oscillation h/|E1 − E2| pourrait être significativement pluslongue que τ.

Ainsi, nous pouvons considérer les moments conscients comme des événements RO Orch ayant lieu avec desfréquences de battement |E1 − E2|/h, plutôt que les fréquences primaires E1/h et E2/h. Cela rend la tâche beaucoup plussimple et plus plausible qu'elle ne l'avait été dans notre schéma précédent. Les superpositions quantiques doivent éviterla décohérence de l'environnement, seulement pour un temps qui, tout en étant beaucoup plus long que les périodes desfréquences primaires E1 et E2, pourrait néanmoins être court, comparé à la période de temps h/|E1 − E2| de la fréquencede battement |E1 − E2|/h. Selon les conclusions de Bandyopadhyay, ces fréquences primaires peuvent être autour de 10mégahertz, avec des périodes de temps de 10∼ -8s. La décohérence pourrait avoir besoin d’être évitée pour un simpledix-millionième de seconde, avec la conscience se produisant à des fréquences de battement beaucoup plus lentes. Parexemple, si E1 et E2 sont à 10,000000 mégahertz et 10,000040 mégahertz respectivement, une fréquence de battementde 40 Hz (par |E1 − E2|/h) peut corréler avec des moments conscients discrets.

Ces considérations n’ont pas pris en compte dans notre précédent point de vue plus simplifié le fait que lesfréquences d'oscillation, qui semblent être associées à des processus conscients, étaient le résultat d'occurrences

répétées de RO , et que les périodes d'oscillation devaient donc être identifiées avec la valeur de tau elle-même, parexemple, 25 millisecondes pour des synchronies gamma de 40 Hz (Fig. 11). Il faut garder à l'esprit, par rapport à cetteprécédente proposition, que τ est seulement une sorte de temps moyen de réduction (comme la demi-vie d'unedésintégration radioactive). Sur cette base, les événements RO Orch se produiraient à intervalles irréguliers et distincts,et ne pourraient être que très grossièrement liés aux bandes globales requises, telles que la synchronie gamma (30 à 90Hz) ou d'autres bandes de fréquences EEG. Il est un peu difficile de voir comment ce précédent point de vue provisoirepourrait donner lieu à une fréquence caractéristique assez précise de l'oscillation, comme la synchronie gamma 40 HzEEG.

Néanmoins, dans un souci de continuité avec nos débats antérieurs, nous allons également faire référence à ceschéma plus ancien en parallèle avec notre actuel point de vue sur la « fréquence de battement », mais même cettenouvelle perspective doit être considérée comme provisoire, à divers égards. Il faut s’attendre à ce que lesmécanismes réels qui sous-tendent la production de la conscience dans un cerveau humain soient bien plussophistiqués que tout ce que nous pouvons mettre en avant à l'heure actuelle, et seraient susceptibles de différer à biendes égards de ceux que nous serions en mesure d’anticiper dans nos propositions actuelles. Néanmoins, nous estimonsque les suggestions que nous mettons en avant ici représentent une tentative sérieuse aux prises avec les questionsfondamentales soulevées par le phénomène de la conscience, c’est dans cet esprit que nous les présentons ici.

5. RO Orch et la biologie quantique du cerveau

5.1 Calcul quantique dans le cerveau

Penrose [23,24] suggère que la conscience dépend d'une certaine manière de processus de la nature générale descalculs quantiques qui se produisent dans le cerveau, ceux-ci se terminant par une certaine forme de RO . Ici, le terme« calcul quantique » est utilisé dans un sens large, dans lequel l'information est encodée sous une certaine formephysique discrète (pas nécessairement binaire), et où l'évolution est déterminée selon le processus U (équation deSchrödinger). Dans l’image standard des ordinateurs quantiques [137-139], les informations sont représentées, nonseulement sous la forme de bits de valeur 1 ou 0, mais aussi, au cours du processus U, comme une superpositionquantique de 1 et 0 à la fois (bits quantiques ou « qubits ») où, d'ailleurs, les intrications de grande échelle entreplusieurs qubits seraient également impliquées. Ces qubits intriqués se calculeraient, conformément à l'équation deSchrödinger, afin de permettre un traitement en calcul parallèle et potentiellement de façon très efficace. Comme ayantété conçus à l'origine, les ordinateurs quantiques agiraient en effet en stricte conformité avec U, mais à un momentdonné une mesure est effectuée, provoquant une réduction de l'état quantique R (généralement, avec un caractèrealéatoire introduit). En conséquence, la sortie est sous la forme d'un état bien défini en termes de bits classiques.

Une proposition faite par Penrose [23] dit que quelque chose d'analogue au calcul quantique, procédant parl'équation de Schrödinger sans décohérence, pourrait bien agir dans le cerveau, mais où, pour les processus conscients,cela devrait se terminer, conformément à un certain seuil d'auto-réduction, par une forme de RO non-calculable. Uncalcul quantique se terminant par RO pourrait ainsi être associé à la conscience. Toutefois, aucun candidat plausible enbiologie pour le calcul quantique dans le cerveau n'a pu être trouvé, puisqu'on connaissait mal alors les microtubules.Penrose et Hameroff s'associèrent au début des années 1990 lorsque, heureusement, la forme DP du mécanisme ROétait alors devenue accessible pour être appliquée dans l'extension des modèles d'automates de microtubules pour laconscience comme cela avait été développé par Hameroff et ses confrères.

Comme décrit dans la Section 2.3, le site le plus stratégique et le plus logique pour des microtubules RO Orchcohérents et pour la conscience se trouve dans les dendrites post-synaptiques et le soma (dans lesquels lesmicrotubules sont seulement acheminés et stabilisés) pendant les phases d’intégration dans les neuronesd'« intégration et décharge » du cerveau. Les entrées synaptiques pourraient « orchestrer » les états de tubuline régispar des dipôles quantiques, menant à une superposition des tubulines dans un grand nombre de microtubules, tousimpliqués ensemble de manière cohérente quantique dans un état quantique à grande échelle, où l'intrication et lecalcul quantique se produisent durant l'intégration. La terminaison, par RO , de ce calcul quantique à la fin des phasesde l'intégration, devrait sélectionner des états de microtubules qui pourraient alors influencer et réguler les déchargesaxonales, contrôlant ainsi le comportement conscient. Les états quantiques d'un neurone en particulier, dans lesdendrites et le soma, pourraient s'intriquer avec des microtubules dans l'arbre dendritique de ce neurone, et égalementdans des neurones voisins via des jonctions de communication dendritiques-dendritiques (ou dendritiques-neurone-dendritiques), permettant l'intrication quantique de tubulines de microtubules superposées parmi plusieurs neurones(Fig. 1). Ceci permet l'unité et la liaison du contenu conscient, et un grand EG, qui atteint le seuil rapidement (par τ ≈

/EG ), comme dans la fin d'intégration dans les périodes de temps EEG pertinentes, cet à dire de τ = 0.5s à τ = 10-

2s. Dans la proposition RO Orch dans la sens de « fréquence de battement », nous envisageons que τ pourrait êtrebeaucoup plus court – par exemple environ 10-8s – intervalle de temps déjà pendant le quelle, comme a été démontre

par le groupe de Bandyopadhyay, l'apparente cohérence quantique dans les microtubules peut être soutenu. Danschaque cas, ou dans un mélange des deux, RO Orch fournit un moyen de rendre compte de moments fréquents deprise de conscience et de choix qui régissent le comportement conscient.

Nous avons décrit (Section 3) les automates de microtubules, dans lesquels les tubulines représentent des étatsd'information distincts, interagissant avec des états voisins, conformément à des règles basées sur les couplages dedipôles qui peuvent s'appliquer soit aux dipôles électriques de la force de London, soit aux dipôles magnétiques despin d'électrons. Ces dipôles déplacent légèrement (femtomètres) les noyaux atomiques, se mettent en superpositionquantique, deviennent intriqués et effectuent des calculs quantiques dans un processus U. Dans les dendrites et lesoma des neurones du cerveau, les entrées synaptiques pourraient encoder la mémoire en alternant des phasesclassiques, évitant ainsi la décohérence environnementale aléatoire pour « orchestrer » le processus quantique U, leurpermettant d'atteindre le seuil à l'instant τ pour une réduction objective RO Orch orchestrée par τ ≈ / EG. A cemoment, selon cette proposition, un moment de l'expérience consciente se produit, et les états de tubuline sontsélectionnés, ce qui influence les décharges axonales et la mémoire d'encodage, et régule la plasticité synaptique.

Un moment RO Orch est schématisé sur la Figure 10. Le panneau supérieur montre des automates demicrotubules avec une superposition (en gris) EG croissant sur une période jusqu'à l'instant τ, évoluant d'une manièredéterministe et algorithmique par l'équation de Schrödinger (U) jusqu'à ce que le seuil pour une RO soit atteint, par τ

≈ / EG, temps auquel RO Orch se produit, s'accompagnant d'un moment d'expérience consciente. Dans lamodification de la « fréquence de battement » de cette proposition, ces événements RO Orch pourraient se produiresur une échelle de temps plus rapide, par exemple en mégahertz. Leurs fréquences de battement beaucoup plus lentespourraient alors constituer des moments conscients. La sélection particulière de perceptions conscientes et des choiximpliquerait, selon la théorie quantique standard, un processus tout à fait aléatoire, mais selon RO Orch, la réduction(objective) pourrait agir de manière à sélectionner des états spécifiques en conformité avec un genre de nouvellephysique non-calculable (en ligne avec de suggestions faites par Penrose [23,24]).

Fig. 10 (au milieu) représente des courbures d'espace-temps alternatifs superposés (Figs. 8 et 9) correspondantaux superpositions montrées dans les MT en haut de la figure, atteignant le seuil à l'instant de RO sélectionnant unespace-temps. Fig. 10 (en bas) montre un schéma du même processus, par exemple, un moment conscient dans uneséquence de tels moments (Fig. 11).

L'idée est que la conscience est associée à ce processus RO (gravitationnel), mais (voir Section 4.5) se produitd'une manière significative uniquement lorsque (1) les alternatives font partie d'une structure cognitive hautementorganisée capable de traiter l'information, de sorte que RO se produise dans une forme extrêmement orchestrée, avecun grand nombre de microtubules agissant d'une manière cohérente, afin qu'il y ait un déplacement de massesuffisant, dans l'ensemble, pour que le critère τ ≈ / EG soit satisfaite ; (2) l'interaction avec l'environnement doit êtreévitée pendant assez longtemps durant l'évolution du processus U afin que les composants de la superposition sistrictement orchestrés atteignent le seuil RO sans que ce ne soit trop aléatoire, et afin qu'ils reflètent une influencenon calculable significative. C'est seulement là qu'un événement RO Orch conscient d'une manière reconnaissable alieu. D'autre part, on peut considérer que toute éventualité individuelle de RO sans orchestration serait un moment deproto-conscience aléatoire manquant de cognition et de contenu significatif.

Nous verrons la RO orchestrée plus en détail sous peu, de même que son signifiance bien-fondé pour lesmicrotubules. Dans tous les cas, nous reconnaissons que les éléments expérientiels de la proto-conscience seraientintimement liés aux ingrédients les plus primitifs de géométrie d'espace-temps à l’échelle de Planck, ces« ingrédients » présumés étant considérés comme se trouvant au niveau ridiculement minuscule de 10-35m et 10-43s,une distance et un temps dont les ordres de grandeur sont 20 fois plus petits que ceux des échelles normales de laphysique des particules et leurs processus les plus rapides, et ils sont, de loin, plus petits que les échelles biologiquesdes processus. Ces échelles concernent seulement les différences normalement extrêmement minuscules dans lagéométrie spatio-temporelle entre différents états en superposition, les états séparés eux-mêmes étant énormémentplus grands. RO a lieu forcément quand de ces minuscules différences d'espace-temps atteignent le niveau de Planck(à peu près). En raison de l'extrême faiblesse des forces gravitationnelles par rapport à celles des forces chimiques etélectriques de la biologie, l'énergie EG est susceptible d'être beaucoup plus petite que toute l'énergie qui provientdirectement de processus biologiques.

RO agit effectivement instantanément comme un choix entre des alternatives dynamiques (un choix qui est unepart intégrale des dynamiques quantiques pertinents) et EG ne doit pas être pensée comme étant en concurrencedirecte avec aucune des énergies biologiques habituelles, puisqu'elle joue un rôle complètement différent, enfournissant l'énergie dont on a besoin d'une manière incertaine qui permet alors de faire un choix entre les géométriesd'espace-temps séparées, plutôt que de fournir une énergie réelle qui entrerait dans des considérations de balancesd'énergie, qui auraient une pertinence directe pour les processus chimiques ou physiques normaux. Cette incertitude

Fig. 10. En haut : Image provisoire d’un événement conscient par calcul quantique parmi un grand nombre de microtubules, agissant tous de manièrecohérente, de sorte qu’il y ait un déplacement suffisant de masse pour permettre à la RO Orch d’avoir lieu. Les tubulines sont dans des étatsdipolaires classiques (jaune et bleu), ou dans une superposition quantique de deux états bipolaires. Un calcul /superposition quantique se développedurant les phases d’intégration (1-3) dans les neurones d'« intégration et décharge » du cerveau, augmentant la superposition quantique EG (tubulinesgrises) jusqu’à atteindre le seuil au temps τ ≈ / EG, auquel temps le moment conscient survient et les états de tubulines sont sélectionnés – ce quirégule les décharges et contrôle le comportement conscient. Au milieu : deux courbures d’espace-temps superposées alternatives, étant encorrespondant, atteignant le seuil au moment RO et sélectionnant une courbure d’espace-temps. En bas : schéma d’un événement RO conscientmontrant une évolution selon U de superposition quantique et augmentant EG jusqu’à atteindre le seuil RO , et un moment conscient se produit par τ≈ / EG.

d'énergie est l'ingrédient clé du calcul de la réduction de temps τ et il est normale que cette incertitude d'énergie soiten effet beaucoup plus petite que les énergies qui sont normalement étudiées en ce qui concerne la balance del'énergie chimique. S'il n’en n’avait pas été ainsi, il y aurait eu alors un danger de conflit avec des considérationshabituelles de balance d'énergie.

Cependant la faiblesse extrême de la gravité nous dit qu'il doit y avoir une quantité considérable de matièreimpliquée dans le déplacement de masse cohérent entre les structures superposées, afin que τ puisse être assez petitpour jouer son rôle nécessaire dans le processus RO pertinent dans le cerveau. Ces structures superposées devraientégalement traiter l'information et réguler la physiologie neuronale. Selon la RO Orch, les microtubules sont au centrede ces structures, et une sorte de calcul biologique quantique dans les microtubules (peut-être dans les microtubulesde réseau-A les plus symétriques) pourrait avoir évolué pour fournir une connexion subtile directe à la géométried'échelle de Planck menant éventuellement à des moments discrets d'une expérience consciente réelle et de choix.Comme décrit plus haut, ces derniers sont supposés se produire principalement dans des microtubules somatiques-dendritiques durant les phases d'intégration dans des neurones du cerveau d'« intégration-décharge », ayant pourrésultat des séquences de moments conscients de RO Orch se produisant dans la biologie du cerveau, et permettent de

réguler les décharges neuronales et le comportement.

5.2. Qubits de tubuline et moments conscients RO Orch :

Pour que la RO Orch soit opérationnelle dans le cerveau, nous aurions besoin de superpositions cohérentes dequantités suffisantes de matière qui correspondra à EG (par exemple un microtubule), non perturbés par desintrications environnementales, où cette réduction se produit conformément au schéma RO présenté ci-dessus, à uneéchelle de temps de l'ordre général d'une expérience consciente. Pour un type ordinaire d'expériences, ceci pourraitêtre autour de τ = 0,5s à τ = 10-2s, qui correspond aux corrélats neuronaux de la conscience, comme les fréquencesparticulières d'électroencéphalogrammes (EEG), les gestalts visuels et les moments conscients rapportés.

Pour examiner si la RO Orch peut être mise en œuvre pour un temps de réduction particulier choisi, déterminéconformément à τ ≈ / EG, l'auto-énergie EG doit être calculée pour ce τ, qui est censé correspondre à la durée desmoments conscients ou peut-être les intervalles entre ces derniers. Nous pourrions calculer EG à partir de la différenceentre les distributions de masse entre deux états de tubuline en superposition, mais, comme précédemment mentionné,l'utilisation simplement d'une densité moyenne ne peut pas être adéquate (vu que la masse est concentrée dans lesnoyaux). Il y a, cependant, une grande incertitude sur la façon dont ces noyaux sont supposés être « étalés » commeindiqué plus haut – ce qui est relié à la façon dont les microtubules sont supposés être « cristallins ». En conséquencenous avons calculé EG pour la tubuline séparée d'elle-même en trois niveaux de séparation possibles : (1) l'entièreprotéine lissée (séparation partielle), (2) ses noyaux atomiques et (3) ses nucléons (protons et neutrons). Dans notreimage l'effet dominant est susceptible d'être une séparation au niveau des noyaux atomiques (2), par exemple lalongueur de Fermi pour les noyaux de carbone (2,5 femtomètres). Ce changement est le même que ce qui est préditcomme étant causé par les séparations de charges d'électrons de 1 nanomètre, par exemple les dipôles de la force deLondon dans des cycles d'acides aminés aromatiques.

En utilisant τ ≈ / EG, où nous pouvons choisir t comme 25ms pour des synchronies gamma de 40Hz de momentsconscients, nous avons calculé le nombre de tubulines nécessaires dans la superposition, séparées par le diamètre deleur noyau atomique (carbone). Parce que le déplacement du noyau carbone est plus grand que son rayon, l'auto-énergie gravitationnelle EG pour la séparation de superpositions d'un atome de carbone est grossièrement donnée par :EG = Gm² / ac où G est la constante gravitationnelle, m la masse nucléaire du carbone, et ac le rayon de la sphère dunoyau égale à une distance de 2,5 Fermi. Nous avons calculé que, à peu près 1010 tubulines déplacées dessuperpositions cohérentes pour 25 ms vont, sur ces bases, s'auto-réduire dans cette période de temps et obtenir la ROOrch. Pour un τ de 500 ms, = 109 tubulines seraient nécessaires.

Les neurones contiennent chacun environ 109 tubulines, mais seulement une fraction par neurone est susceptibled'être impliquée dans la conscience (par exemple une fraction de ceux-ci dans les dendrites et le soma). Des étatsmacroscopiques globaux, comme la supraconductivité, découlent de la cohérence quantique parmi seulement de trèspetites fractions de composants. Si 0,1 % des tubulines parmi un ensemble donné de neurones était cohérent pour25ms, alors 20000 pareils neurones seraient nécessaires pour obtenir RO . Dans le cerveau humain, cognition etconscience sont, à un moment donné, supposées impliquer des dizaines de milliers de neurones. On estime que les« ensembles de cellules » de Hebb [140] , les « modules » de Eccles [141] et les « ensembles de neurones cohérents »de Crick et Koch [48] contiennent chacun quelque 10000 à 100000 neurones pouvant être distribués au hasard àtravers tout le cerveau [37]. Dans l'approche de fréquence de battements, un temps plus petit τ = 10-8s pourrait peut-être suffire, mais demande une superposition EG de microtubules plus large, à peu près 109 neurones, ou 1 % ducerveau.

Des mouvements d'électrons peuvent décaler les noyaux atomiques sur une distance de l'ordre d'un diamètre denoyau, on suppose que des séparations de superpositions d'électrons d'environ 1 nanomètre pourraient avoir pourrésultat des séparations de superpositions nucléaires atomiques (exemple carbone) de quelques femtomètres(longueur Fermi) [85], qu'on estime à environ la longueur d'un diamètre nucléaire, semblant ainsi rejoindre l'exigenceDP pour la RO .

En supposant que les états quantiques des microtubules ont lieu dans des neurones spécifiques du cerveau,comment cela pourrait-il impliquer des microtubules dans d'autres neurones à travers le cerveau ? La RO Orch dit queles états quantiques peuvent s'étendre par intrication entre des neurones adjacents à travers les jonctions decommunication, des connections électriques primitives entre des cellules adjacentes (Fig. 1) Structurellement lesjonctions de communication sont des fenêtres qui peuvent être ouvertes ou fermées. Quand elles sont ouvertes, lesjonctions de communication synchronisent des états de polarisation de membranes cellulaires, mais égalementpermettent le passage des molécules entre les compartiments cytoplasmiques de deux cellules. Alors, les membranes,ainsi que les intérieurs cytoplasmiques de neurones connectés par jonctions de communication sont continus, seformant essentiellement en un complexe « hyper-neurone » ou syncytium. (Ironiquement, avant que Ramon-y-cajalne montre que les neurones étaient des cellules discrètes, le modèle répandu pour la structure du cerveau était unsyncytium entrelacé continu proposé par Camille Golgi.) Les états quantiques dans les microtubules dans un neuronepeuvent, nous proposons, s'étendre par intrication et par l'effet tunnel à travers les jonctions de communication vers

des microtubules dans des neurones adjacents (incluant des inter-neurones), potentiellement s'étendant auxsyncytiums. A partir de 1998, des données ont commencé à apparaître démontrant que la synchronie gamma, lemeilleur corrélat mesurable de la conscience, dépendait des jonctions de communication, en particulier les jonctionsdendritiques-dendritiques [49-54]. Pour tenir compte de la distinction entre les activités conscientes et les activitésnon conscientes d'« auto-pilotage », ainsi que du fait que la conscience puisse se produire dans différentes régions ducerveau, Hameroff [22] a développé le modèle de « pilote conscient » dans lequel les zones syncytiales desynchronies gamma dendritiques se déplacent autour du cerveau, et sont régulées par des ouvertures et des fermeturesde jonctions de communication, à leur tour régulées par les microtubules. Ce modèle suggère que la conscience sedéplace littéralement autour du cerveau dans une zone synchronisée mobile à l'intérieur de laquelle des microtubulesintriqués isolés effectuent des calculs quantiques et RO Orch. Pris ensemble, la RO Orch et le pilote conscientdistinguent les processus conscients des processus non conscients dans le cerveau. Alternativement, des microtubulesspatialement séparés peuvent éventuellement s'intriquer entre différents neurones [142], de façon à ce que lesjonctions de communication soient nécessaires pour la RO Orch ou les modes pilotes conscients.

En appliquant τ ≈ / EG à un grand nombre de neurones du cerveau, nous trouvons que, avec ce point de vuetenant compte de la RO Orch, un spectre de différents types possibles d'événements conscient pourrait se produire,incluant ceux de plus hautes fréquences et intensités. On peut noter que l'on a trouvé que les médiateurs de singestibétains avaient des synchronies gamma 80 HZ, et peut-être une expérience plus intense [143]. Ainsi, selon le pointde vue proposé plus haut, où nous avons interprété cette fréquence comme étant associée à une succession demoments RO Orch, EG ≈ / τ semble signifier qu'il y a deux fois autant d'implication du cerveau exigée quand à 80Hz que pour une conscience se produisant à 40 Hz (spécifiquement, cela pourrait corresponde à de autant detemps, puisque pour le calcul de EG, le déplacement devrait être entièrement cohérent et la masse est entrée alorsquadratiquement en EG). Conformément à ce schéma, des états étendus et plus élevés (par rapport à la fréquence) dela conscience devraient aussi être attendus, impliquant une plus grande activité neuronale du cerveau. Dans l'approchede la « fréquence de battement », on considère que des fréquences mégahertz ou plus hautes pourraient êtredirectement pertinentes pour la RO Orch pour qui τ est très bas, environ 10-8s, tandis que EG est grand, à peu près109s, soit 1 % du cerveau.

Il y a aussi la possibilité que des moments discernables de conscience soient des moments qui normalement seproduisent à un rythme plus soutenu que celui suggéré dans les considérations ci-haut, et que ces derniers arriventseulement à des intervalles grossiers de l'ordre de disons, plusieurs centaines de millisecondes, plutôt que à peu près25ms. On pourrait en effet penser que les influences conscientes sont peut-être plutôt lentes, par contraste avec lesvaleurs très élevées des calculs inconscients largement plus rapides, qui pourraient être une forme de calculsquantiques, mais sans RO . Une autre possibilité est que les moments conscients comme les gestalts visuelspourraient être des événements plus lents, par exemple corrélant avec des fréquences de 4 à 7 theta, avec des ondesgamma imbriquées [31, 32] (Fig. 11). Une autre possibilité encore, en accord avec les nouveaux résultats deprocessus invariants d'échelle dans les fonctions du cerveau, dit que la conscience, conformément à la version τ ≈ /

EG de la RO Orch peut avoir lieu à des fréquences variables, se déplaçant vers le haut et vers le bas à des échellesd'événements de hautes fréquences, poussant la plus grande partie du cerveau à avoir une plus importante intensitéexpérimentale. Au stade actuel d'incertitude sur ces questions, il est peut-être préférable de ne pas être dogmatique surla façon dont les idées de la RO Orch seront appliquées. Dans tous les cas, les affectations numériques fournies plushaut doivent être considérées comme étant extrêmement grossières et comme venant à un moment où nous sommesloin d'être en position d'être définitifs à propos des moyens précis par lesquels agit la RO Orch, même selon la versionparticulière de la RO Orch qui est décrite ici. Nous aurons besoin d'examiner des possibilités alternatives avec unesprit ouvert.

5.3 Microtubules et décohérence environnementale

Les ordinateurs quantiques technologiques, par exemple ceux qui utilisent des pièges à ions comme qubits, sont en

proie à une distribution d'états quantiques apparemment fragiles, par le moyen d'interactions environnementales

incluant des vibrations thermiques. Une telle technologie demande des températures extrêmement froides et du vide

pour pouvoir fonctionner. Le rôle de la décohérence environnementale, selon les schémas de la RO, est que R est

effectué dans un système à travers ses intrications avec son environnement effectivement aléatoire, mais bien plus

large, de sorte que quand la RO se produit dans cet environnement, le système lui-même est entraîné avec lui et donc se

réduit, apparemment de manière aléatoire, conformément au processus R conventionnel. Ainsi, si nous exigeons des

aspects non aléatoires de RO pour jouer un rôle dans une fonction (consciente) du cerveau, comme c'est nécessaire

pour la RO Orch, nous avons besoin d'éviter des intrications prématurées avec l'environnement aléatoire, car cela

conduirait à une réduction d'état sans aspects non calculables ou cognition. Pour la RO Orch, les interactions

environnementales doivent être évitées durant l'évolution vers le temps τ ≈ / EG, de sorte que les aspects non

aléatoires (non calculables) de la RO puissent jouer leur rôle. Comment est-ce que le calcul quantique évite les

interactions environnementales (décohérence) dans le cerveau « bruyant et encore chaud » ?

Il a été suggéré [13] que les états quantiques des microtubules évitaient la décohérence en étant pompés, comme du

laser, par la résonance de Frölich, et en étant protégés par de l'eau ordonnée, des couches de Debye de terminaisons C,

des gels d'actine et des champs électriques mitochondriaux forts. En outre, on pense que les états quantiques en RO

Orch sont créés dans des canaux hydropiques à l'intérieur des tubulines, isolés des interactions polaires, et ils

impliquent les superpositions des séparations des noyaux atomiques uniquement.

L'analogie avec les supraconducteurs à haute température peut cependant être pertinente. Jusqu'à présent, il n'y a

pas de théorie vraiment reconnue sur la façon dont les supraconducteurs agissent, évitant la perte de la cohérence

quantique, à partir du processus habituel de la décohérence environnementale. Et là encore, ce sont des matériaux qui

semblent supporter la supraconductivité à des températures à peu près à mi-chemin entre la température ambiante et le

zéro absolu [144]. Cela reste encore assez loin de la température du corps bien sûr, mais de plus en plus de preuves

suggèrent que des effets quantiques opérationnelles opèrent en biologie.

Comme décrit dans la Section 4.5, la recherche des 10 dernières années a clairement mis en évidence la cohérence

quantique dans des systèmes biologiques chauds. Des effets quantiques électroniques ont lieu à des températures

ambiantes dans des protéines impliquées dans la photosynthèse [123,124], ces dernières étant supposées être médiées

par des vibrations mécaniques de protéines cohérentes [125], très similaires à un mécanisme proposé par Frölich il y a

40 ans, et au mécanisme que nous proposons ici pour la tubuline. Des preuves de conductance quantique à résonance

améliorée le long de voies hélicoïdales dans les tubulines et microtubules découvertes par le groupe de Bandyopadhyay

semblent être très favorables pour la RO Orch. Des systèmes synthétiques qui soutiennent la cohérence quantique sont

chimiquement proches de voies de cycles aromatiques dans les tubulines (Sections 3.2, Figs. 5 et 7) [126]. Des effets

quantiques chauds ont également été découverts dans les systèmes de navigation de cerveaux d'oiseaux [128], les

canaux d'ions [129], le sens de l'odorat [130], l'ADN [131], le repliement des protéines [132] et l'eau biologique [133].

Puisqu'il s'est déjà trouvé que la nature a été en mesure d'utiliser la cohérence quantique à des températures biologiques

dans beaucoup de systèmes biologiques qui ont été examinés de près, la cohérence quantique aurait très bien pu être un

facteur quasi-ubiquiste dans des systèmes vivants.

Si les calculs quantiques des microtubules sont isolés de l'environnement, comment interagissent-ils avec cet

environnement pour recevoir des entrées et emmètre des sorties ? La RO Orch suggère des phases de calculs

quantiques isolés alternés avec des phases d'interactions environnementales classiques, par exemple, dans la

synchronie gamma, environ 40 fois par seconde (le pionnier du calcul Paul Benioff a suggéré un tel schéma

d'alternances de phases classiques et quantiques chez des robots à calcul quantique [145]). Strictement, selon la RO (la

version DP ou autre), c'est, dans tous les cas, précisément la procédure RO qui donne naissance au « monde

classique » que nous trouvons dans les systèmes macroscopiques. Tous les ingrédients basiques sont, après tout, des

particules quantiques d'un genre ou un autre, et c'est le processus de réduction (ici DP RO ) qui fournit l'image que

nous avons du monde classique. Selon le point de vue DP, le monde classique en réalité résulte d'actions RO

continues.

5.4. La non-localité temporelle et le libre arbitre

L'activité cérébrale mesurable corrélée avec une perception consciente d'un stimulus se produit généralement

plusieurs centaines de millisecondes après ce stimulus. Pourtant, dans des activités allant de la conversation rapide à

l'athlétisme de compétition, nous répondons à un stimulus (apparemment consciemment) avant que l'activité

susmentionnée, qui serait corrélée à ce stimulus, ne se produise dans le cerveau. Ceci est interprété en neurosciences

conventionnelles et en philosophie [1-3] en affirmant que dans de tels cas, nous répondons non-consciemment, sous

pilote automatique, et que nous avons seulement l'illusion d'une réponse consciente par la suite. L'idée dominante est

que la conscience est une illusion épiphénomène, survenant après-coup, comme une fausse impression de contrôle

conscient du comportement. En conséquence, nous ne sommes que des « spectateurs impuissants » [146].

En effet, cela pourrait être le cas. Cependant, les processus quantiques dans le cerveau offrent ce qui semble être

des échappatoires à ces implications, où la progression temporelle apparente de l'expérience consciente et des actions

volontaires n'a pas besoin de corréler de façon claire avec les horaires précis d'une horloge externe. Dans les années

1970, le neurophysiologiste Benjamin Libet a effectué des expériences sur des patients en train de subir une chirurgie

du cerveau soit en état d'éveil soit sous anesthésie locale [147]. Capable d'effectuer des stimulations, de faire des

enregistrements à partir de cerveaux humains conscients et de recueillir les rapports subjectifs des patients avec une

chronologie précise, Libet a déterminé que la perception consciente d'un stimulus nécessitait jusqu'à 500 ms de

l'activité du cerveau post-stimulus, mais que la conscience avait lieu à 30 ms post-stimulus. Le cerveau à 30 ms

"savait" que l'activité se poursuivrait, ou ne se poursuivrait pas, pour plusieurs centaines de millisecondes en plus,

c'est-à-dire que l'expérience subjective a été renvoyée « en arrière dans le temps ». De nombreuses autres expériences

ont également fourni de fortes indications d'anomalies temporelles dans la perception et le choix volontaire [148-150].

Ayant ces anomalies à l'esprit, Penrose a présenté une suggestion provisoire [23] qui dit que les effets comme le

renvoi en arrière du temps de Libet pourraient être liés au fait que la médiation des intrications quantiques ne soit pas

assurée de manière causale habituelle, de sorte qu'il serait possible pour l'expérience consciente de ne pas suivre les

règles normales de la progression séquentielle du temps, tant que cela ne crée pas de contradictions avec la causalité

externe. Dans la Section 4.2, il a été souligné que le phénomène (confirmé expérimentalement) de « téléportation

quantique » [107,109] ne pouvait pas être expliqué en termes de traitement d'information classique et ordinaire, mais

comme une combinaison de ces influences causales classiques et des effets non causals de l'intrication quantique. Il est

en effet apparu que les effets de l'intrication quantique – résumés dans des termes tels que « l'information quantique »

ou « quanglement » (Penrose [114,116]) – semblent avoir été pensés comme étant en mesure de se propager dans

chacun des deux sens dans le temps (vers le passé ou vers le futur). De tels effets, toutefois, ne peuvent pas par eux-

mêmes être utilisés pour communiquer des informations ordinaires au passé. Néanmoins, en conjonction avec une

signalisation à propagation vers le future classique et standard (à savoir « causale »), ces influences à téléportation

quantique peuvent accomplir certains types de « signalisation » qui ne peuvent pas l'être simplement par des moyens

classiques à direction allant vers le futur.

La question est subtile, mais si l'expérience consciente est en effet enracinée dans le processus RO , où nous

prenons la RO pour relier les mondes classique et quantique, alors les anomalies apparentes dans les aspects

séquentiels de la conscience sont peut-être à prévoir. Le schéma RO Orch permet à l'expérience consciente d'être

temporairement non locale à un degré où cette non-localité temporelle se propagerait sur un type d'échelle de temps qui

serait impliquée dans le processus RO Orch pertinent – ce qui permettrait en effet à cette non-localité temporelle de se

propager à un temps de 500 millisecondes de Libet ou plus. Lorsque le « moment » d'une expérience consciente interne

est chronométré à l'extérieur, on pourrait bien trouver que cette chronologie externe ne correspond pas exactement à

une progression de temps qui pourrait sembler s'appliquer à une expérience consciente interne, en raison de cette non-

localité temporelle intrinsèque à la RO Orch. Le renvoi en arrière du temps quantique effectif inhérent à la non-localité

temporelle résultant des aspects de « quanglement » de la RO Orch, comme suggéré ci-dessus, permet effectivement à

l'expérience consciente d'être temporellement non-locale, avec des effets de retour en arrière vus comme une variabilité

temporelle des seuils de décharges axonales (Fig. 2b), régulant le comportement consciemment et fournissant un

moyen possible de soustraire la conscience à sa malheureuse caractérisation comme étant une illusion épi-

phénoménale. Par conséquent, la RO Orch pourrait bien permettre à la conscience d'avoir une efficacité causale, en

dépit de sa relation apparemment anormale avec une chronologie qui lui est attribuée par rapport à une horloge externe,

permettant ainsi à une action consciente de fournir un semblant de libre arbitre [42]. (Voir Fig. 2 – le renvoi en arrière

du temps quantique peut tenir compte de la variabilité temporelle.)

Figure 11. Selon un schéma proposé précédemment (Fig. 10, en bas), séquences de moments RO Orch conscients survenant par τ ≈ /Eg avecune intensité d'expérience en corrélation avec EG orchestrée. (a) Moments conscients RO Orch « normaux », toutes les 25ms correspondant à unsynchronie gamma à 40 Hz. (b) Accrus, des moments conscients améliorés se produisant toutes les 12,5ms en synchronie gamma « élevée » à 80 Hz.(c) Moments conscients de faible intensité survenant toutes les 250ms (onde delta EEG de 4 Hz). (d) Moments conscients à onde gamma, imbriquésdans des ondes delta dans des gestalts visuels. Ces ondes peuvent être de « fréquences de battement » de vibrations plus rapides de microtubules.

5.5 RO Orch et évolution

Dans les points de vue conventionnels, les qualités expérientielles de la conscience sont supposées avoir émergé de

calculs neuronaux complexes à un moment donné de l'évolution, que ce soit récemment dans le cerveau humain, ou

que ce soit à un niveau de développement antérieur, mais non spécifié. Dans ces conceptions, la conscience est une

propriété émergente de l'activité complexe de calcul. D'autre part, la RO Orch suit l'idée que les événements RO, avec

des qualités « expérientielles » primitives, se produisent dans l'univers depuis toujours, sous la forme de réductions R

de superpositions quantiques à une réalité classique. De petites superpositions manquant d'isolation s'intriqueraient

directement avec l'environnement aléatoire, atteignant rapidement le seuil de RO par τ ≈ /EG, ayant pour résultat des

événements RO non orchestrés. Chacun de ces événements manquerait de cognition ou de toute influence non-

calculable, mais serait associé à une expérience indifférenciée de « proto-conscience », sans informations ou

signification. De telles expériences indifférenciées sont considérées, dans le schéma RO Orch, comme étant

irréductibles – les caractéristiques fondamentales de « la géométrie de l'échelle de Planck », ayant peut-être, en fin de

compte, un rôle physique aussi important pour la physique basique que ceux de la masse, du spin ou de la charge.

Le scénario suivant semble plausible. Comme les biomolécules organiques sont apparues dans la biologie primitive,

des collections non-polaires de cycles de résonance d'électrons – par exemple, en lipides, nucléotides, et poches de

protéines hydrophobes – ont offert une isolation protectrice pour les superpositions quantiques (comme décrit à la

Section 5.3). Comme les biomolécules sont devenues plus grandes et plus fonctionnelles, les états quantiques dans des

régions non-polaires ont persisté, retardant les interactions environnementales qui servent à augmenter EG et ainsi

provoquer une RO. Comme les biomolécules se sont auto-organisées en ensembles tels que les microtubules, des états

de superpositions quantiques, plus vastes et plus organisés, sont devenus disponibles, ce qui pouvait mieux maintenir

l'isolation de l'environnement aléatoire, et pouvait donc interagir conjointement par intrication, de façon à traiter

l'information sous une forme primitive de calcul quantique. Initialement, un tel calcul quantique n'aurait pas réussi à

être assez isolant, et les différents « EG » n'auraient pas suffi à atteindre le seuil de la RO sans le caractère aléatoire de

l'intrication environnementale ; cependant, il reste possible que ces processus puissent obtenir des effets qui ne sont pas

facilement accessibles par le calcul classique, et fournir des traitements de l'information non-conscients, mais qui

restent utiles. C'est seulement avec davantage de développement de l'évolution, une meilleure isolation et

l'« orchestration » que la RO a pu être atteinte sans décohérence environnementale, permettant à la RO Orch de jouer

son rôle vital.

Cette dernière possibilité est fortement suggérée par des considérations de sélection naturelle, à partir du moment

où une infrastructure de MT relativement primitive – pouvant encore soutenir le calcul quantique – aurait eu à précéder

le genre le plus sophistiqué que l'on trouve aujourd'hui chez les animaux conscients. La sélection naturelle procède par

étapes, après tout, et l'on ne s'attend pas à ce que la capacité du niveau substantiel de la cohérence du cerveau – qui

serait nécessaire à la RO Orch non-calculable de la compréhension humaine consciente – soit atteinte sans que quelque

chose de plus primitif ne l'ait précédée. Le calcul quantique des microtubules par l'évolution U, qui retarde les effets de

l'interaction environnementale, pourrait bien être avantageux pour les processus biologiques sans jamais atteindre le

seuil pour une RO Orch et une influence non-calculable. En effet, ce type de traitement non-conscient mais efficace,

est susceptible de se produire dans les MT en à travers la biologie.

Les microtubules sont apparus dans des cellules eucaryotes il y a 1,3 milliards années, peut-être en raison de la

symbiose entre les procaryotes, les mitochondries et les spirochètes – ces dernières étant apparemment à l'origine des

microtubules qui ont fourni le mouvement et l'organisation interne à des cellules auparavant immobiles [151]. Comme

les événements RO des microtubules sont devenus plus orchestrés au cours de l'évolution, le contenu de l'expérience

consciente est devenu plus utile cognitivement, par exemple, représentatif du monde extérieur, et agréable : la

nourriture, le sexe... Poursuivre des expériences conscientes positives favoriserait la survie. L'optimisation de la RO

Orch dans l'expérience consciente et les effets non-calculables associés peut être, en soi, un moteur de l'évolution.

Comme les systèmes nerveux simples et les structures des MT sont devenues plus grandes et ont développé des

mécanismes d'isolation, les systèmes cognitifs quantiques gagneraient un avantage sélectif en évitant une RO

prématurée par une décohérence environnementale, et ce assez longtemps pour être entièrement orchestrés et atteindre

le seuil de la RO sans impliquer l'environnement aléatoire. Ces moments RO Orch peuvent se produire à travers un

spectre défini par τ ≈ /EG. Pour les petites superpositions EG, τ sera grand, ce qui nécessite une isolation prolongée.

Des systèmes plus larges avec des moments conscients plus fréquents seraient de plus en plus utiles, mais plus

difficiles à isoler. Au cours de l'évolution, des moments RO Orch conscients (conformément à τ ≈ /EG) sont apparus

dans des organismes simples impliquant un plus petit EG, mais nécessitant de plus longues durées τ au cours desquelles

la décohérence de l'environnement est évitée. L'échelle de EG semble également être liée à l'intensité de l'expérience, et

donc nous pouvons anticiper le fait qu'une faible EG, avec de longs moments τ, puisse être un peu terne par rapport à

des moments plus intenses de grandes EG et petits τ. Si tel est le cas, alors ces moments conscients de basses

fréquences devraient être également lents et en phase avec les activités du monde réel. Comme les systèmes se sont

développés pour permettre à EG de devenir plus grande, la fréquence des moments conscients, selon τ ≈ /EG, pourrait

approcher les échelles de temps biologiques actuelles.

Les systèmes nerveux centraux composés d'environ 300 neurones – tels que ceux présents chez les vers et les

oursins minuscules au début de l'explosion évolutive Cambrienne il y a 540.000.000 d'années – disposaient

théoriquement de microtubules suffisants pour atteindre τ en moins d'une minute, et il devait être donc à peine possible

pour eux d'accomplir la RO Orch [152]. Par conséquent, on peut supposer que l'apparition de la RO Orch et de la

conscience primitive – toutefois extrêmement lente et simple, mais, au demeurant, avec des moments conscients utiles

– a précipité l'évolution accélérée de l'explosion cambrienne.

Seulement un stade beaucoup plus avancé de l'évolution aurait vu survenir des avantages sélectifs d'une capacité de

compréhension authentique, exigeant la non-calculabilité de la RO Orch qui va au-delà du simple calcul quantique, et

dépendant d'une infrastructure de MT à plus grande échelle fonctionnant efficacement, capables d'exploiter des

processus de calcul quantique. L'évolution ultérieure – fournissant des ensembles plus importants de MT (donc plus

grande EG) pouvant être isolés de la décohérence – permettrait, par τ ≈ /EG, des moments d'expériences conscientes

plus fréquents et plus intenses, par exemple, éventuellement dans le cerveau humain, toutes les 25ms de synchronies

gamma EEG à 40 Hz, ou plus rapides. L'évolution future pourrait permettre au cerveau d'accueillir des valeurs de EG

encore même plus grandes, et des valeurs de τ plus courtes. Du moins est-ce une possibilité. Une autre amélioration de

l'évolution serait d'augmenter l'intensité des traitements parallèles de la RO Orch, sans qu'il ne soit nécessaire de

raccourcir τ.

5.6. RO Orch, critiques et réponses

La RO Orch a été critiquée à plusieurs reprises depuis sa création. Ici, nous passons en revue et résumons les

principales critiques et réponses.

Grush et Churchland [153] ont contesté l'argument du théorème de Gödel, de même que plusieurs facteurs

biologiques. Une objection concerne la substance qui rend les MT inertes, la colchicine qui traite les maladies telles

que la goutte en paralysant les cellules neutrophiles qui causent une inflammation douloureuse des articulations. La

mobilité des neutrophiles nécessite des cycles d'assemblage/désassemblage de MT et la colchicine empêche le ré-

assemblage, compromettant la mobilité des neutrophiles et réduisant l'inflammation. Grush et Churchland ont souligné

que les patients ayant reçu de la colchicine ne perdaient pas connaissance, et concluent que les microtubules ne peuvent

pas être essentiels pour la conscience. Penrose et Hameroff [12] ont répondu point par point à toutes ces objections, en

expliquant par exemple que la colchicine ne traversait pas la barrière hémato-encéphalique, et donc n'atteignait pas le

cerveau, et que de toute façon, les neurones du cerveau ne se désassemblaient et ne ré-assemblaient pas. La colchicine

injectée directement dans le cerveau des animaux provoque de graves déficits cognitifs et une apparente perte de

connaissance [154].

Microtubules de réseau-A vs réseau-B. Les MT ont deux types de réseau hexagonaux, A et B. La tubuline est un

dimère en forme de cacahuète avec des monomères alpha et bêta. Dans un protofilament à 13 MT en réseau-A,

l'interaction côté tubuline-tubuline se produit entre les monomères alpha sur une tubuline et les dimères bêta sur l'autre

(alpha-bêta, et bêta-alpha) [155]. Cela donne un réseau homogène et une géométrie de Fibonacci, qui sont optimaux

pour le calcul quantique, et privilégiés en RO Orch. Dans le réseau-B, les côtés des interactions sont alpha-alpha et

beta-beta, à l'exception d'un joint vertical (réseau -A) alpha-beta et beta-alpha. La RO Orch avait prédit le réseau-A des

MT, mais les critiques ont pointé des analyses de MT de neurones – par exemple à partir de cerveaux de souris entiers,

qui sont censés avoir principalement des MT de réseau-A. Cependant, ces MT du cerveau en « réseau-B » [156,157]

ont de multiples joints impliquant 4 protofilaments ou plus, et donc la configuration réseau-A se produit dans le tiers de

ces prétendus MT en réseau-B. D'autres travaux montrent des réseau A et B mixtes de microtubules [158].

La RO Orch est censée se produire dans seulement une fraction des MT somatiques-dendritiques pertinents, et

peut-être seulement de manière transitoire et partiellement. Bandyopadhyay [142] a des preuves préliminaires qui

indiqueraient que les MT peuvent commuter entre les configurations de réseau A et B. La configuration de réseau-A de

MT peut être rare, elles peuvent exister autrement, de façon transitoire, en tant que raccords sur des réseau-B de MT, et

elles peuvent être spécifiquement impliquées dans la cohérence quantique, la RO Orch et la conscience.

Georgiev [159] s'est interrogé sur la RO Orch du point de vue du « pas assez » de tubulines. Par τ ≈ /EG, la

superposition (EG) requise pour des événements RO Orch de 25ms est d'environ 2 × 1010 tubulines. En fonction du

nombre de tubulines par neurone et du pourcentage de l'implication de la tubuline, des prédictions peuvent être faites

sur le nombre de neurones et le pourcentage de l'implication du cerveau, pour des événements RO Orch conscients. Ce

pourcentage peut être petit, comme par exemple avec les supraconducteurs qui ont seulement un petit pourcentage de

composants dans les états quantiques. En outre, les réseaux-A de MT (ou des portions de réseau-A dans des MT de

réseau-B) peuvent être relativement rares, et sont répartis sur de nombreux neurones. Dans tous les cas, il se pourrait

que beaucoup plus de tubulines soient impliquées (comme dans certaines versions de l'approche de fréquence de

battement), par exemple, 1018 tubulines, 109 neurones, 1 % du cerveau. Il est à noter que la RO Orch est la seule théorie

capable d'alimenter significativement une telle spéculation quantitative.

Tuszynski et al. [160] se sont demandés comment l'énergie gravitationnelle extrêmement faible de la version DP de

la RO pouvait influencer les états des protéines de tubuline. Avec 2 × 1010 tubulines pour 25ms de RO Orch, EG serait

à peu près de 10-10 eV (10-29 joules), apparemment insignifiante par rapport à l'énergie ambiante kT à 10-4eV. Tout ceci

illustre le fait que l'énergie EG ne joue pas réellement un rôle dans les processus physiques en tant qu'énergie en

concurrence avec d'autres énergies qui régissent les processus physiques (chimiques et électroniques) de pertinence.

Comme indiqué à la Section 5.1, EG est plutôt une incertitude d'énergie – et c'est cette incertitude qui permet à la

réduction de l'état quantique d'avoir lieu sans la violation de la conservation d'énergie. Le fait que EG soit beaucoup

plus faible que les autres énergies impliquées dans les processus physiques pertinents est un caractéristique nécessaire

à la logique du schéma RO, en particulier en ce qui concerne la conservation d'énergie. Celle-ci n'apporte pas une

énergie qui régit les processus physiques impliqués, mais fournit de l'incertitude qui donne aux processus la liberté

d'avoir pratiquement la même énergie les uns que les autres pour pouvoir agir comme des actions alternatives. Dans la

pratique, tout EG est nécessaire seulement pour le calcule de la durée de vie τ de la superposition. EG entrerait dans des

questions de balance d'énergie uniquement si les interactions gravitationnelles entre les parties du système étaient

importants dans les processus impliqués (le champ gravitationnel de la Terre ne joue aucun rôle dans tout ceci non plus,

car il s'annule dans le calcul de EG.) Il n'y a pas d'autres forces de la nature qui contribuent directement à EG, ce qui est

tout aussi bien, parce que si c'était le cas, il y aurait de grandes contradictions avec des observations physiques.

Tegmark [161] a publié une critique de la RO Orch basée sur son temps de décohérence, calculé pour les

microtubules à 10-13 secondes à la température biologique, trop court pour des effets physiologiques. Toutefois,

Tegmark n'avait pas inclus les stipulations de la RO Orch et, en réalité, avait créé puis réfuté son propre modèle

quantique de microtubules. Il a supposé que des superpositions de solitons se séparaient d'elles-mêmes d'une distance

de 24nm sur toute la longueur du microtubule. Comme décrit précédemment, la séparation des superpositions en RO

Orch se fait au niveau de la longueur de Fermi des noyaux atomiques, soit 7 ordres de grandeur plus petits que la

valeur de séparation de Tegmark, qui sous-estime ainsi le temps de décohérence par 7 ordres de grandeur, c'est-à-dire

de 10-13s au lieu de '10-6s'. Hagan et al. [162] ont utilisé la même formule que Tegmark et recalculé les temps de

décohérence des microtubules en tenant compte des stipulations de la RO Orch, trouvant environ 10-4 à 10-3 secondes

ou plus. Dans tous les cas, expérimentalement, le groupe de Bandyopadhyay a trouvé une résonance de 10 kHz, soit

des temps de cohérence de 10-4s. De même, comme indiqué précédemment, il existe des versions de schémas de

« fréquences de battements » qui exigeraient des temps de décohérence beaucoup plus courts, mais au prix de corps

correspondants plus importants en taille, de la matière concernée par les états de cohérence quantique.

Koch et Hepp [163] ont contesté la RO Orch avec une expérience sur la pensée, décrivant une personne observant

une superposition d'un chat à la fois mort et vivant avec un seul œil, l'autre œil étant distrait par une série d'images («

rivalité binoculaire »). Sans expliquer comment une superposition observable de ce genre pourrait être préparée

(puisque selon la RO , par τ ≈ /EG, le chat serait déjà mort ou vivant longtemps avant d'être observé), ces derniers se

sont demandés « A quel niveau du cerveau de l'observateur la réduction se produirait-elle? » – supposant apparemment

que la RO Orch avait suivi la version de l'interprétation de Copenhague où l'observation consciente provoque, en effet,

une réduction de l'état quantique (en plaçant la conscience en dehors de la science). Ceci vient exactement à l'opposé

de la RO Orch, dans laquelle la conscience est la réduction de l'état quantique orchestrée donnée par la RO . Mais dans

le simple cas de l'observation consciente d'un chat déjà mort ou vivant, la réduction (RO Orch) et la conscience seraient

plus susceptibles de se produire dans les microtubules somatiques-dendritiques dans les neurones, au niveau du cortex

visuel et associatif et d'autres zones du cerveau, anatomiquement de la même façon que dans les théories sur les

neurones, à l'exception d' une « ordre plus profond » supplémentaire.

La RO Orch peut (du moins en principe) passer pour une question liée aux perceptions bistables (par exemple la

fameuse illusion visage/vase, ou le cube de Necker). Les superpositions non-conscientes des deux possibilités (visage

et vase), au cours de superpositions quantique pré-conscientes, se réduisent alors par RO au temps τ ≈ /EG à une

perception consciente de l'une ou l'autre, visage ou vase. On peut supposer que la réduction se produit dans les

microtubules au niveau des neurones dans diverses régions du cortex visuel et pré-frontal et d'autres régions du

cerveau, encore une fois de la même façon que dans les théories sur les neurones, mais à un niveau plus profond

quantique à l'intérieur des neurones.

Reimers et al. [164] ont décrit trois types de condensations de Fröhlich (faible, forte et cohérente – la première

classique et les deux dernières quantiques). Ils ont validé la cohérence de 8 MHz mesurée dans les microtubules par

Pokorný [134,135] comme étant une faible condensation. En se basant sur une simulation d'une chaîne linéaire de

dimension 1 de dimères de tubuline représentant un microtubule, Reimers et al. ont conclu que seule une faible

condensation de Fröhlich se produit dans les microtubules. Affirmant que la RO Orch nécessite des condensations de

Fröhlich fortes et cohérentes, ils ont conclu que la RO Orch était invalide. Cependant, Samsonovich et al. [165] ont

simulé un des microtubules sous la forme d'un plan de réseau bi-dimensionnel, avec des conditions de limites

toroïdales, et ont trouvé le maxima de résonance de Fröhlich à des emplacements discrets dans des motifs de super-

réseau sur la surface du microtubule simulé, qui, précisément, correspondent aux sites de fixation fonctionnels,

expérimentalement observés sur des protéines associées aux microtubules (PAM). Dans tous les cas, ces simulations

sont remplacées par des preuves expérimentales de résonances en gigahertz, mégahertz et kilohertz, découvertes dans

un seul MT par le groupe Bandyopadhyay (« la cohérence de Bandyopadhyay », « CB »).

McKemmish et al. [166] ont contesté l'affirmation de la RO Orch qui dit que la commutation de la tubuline est

médiée par les forces de London, soulignant que les électrons π mobiles dans un noyau benzénique (par exemple un

cycle de phényle sans fixations) sont complètement délocalisés, et ne peuvent donc ni basculer d'un état à l'autre, ni

exister en superposition des deux états. Il est vrai qu'un seul benzène ne peut pas s'engager dans la commutation. Les

forces de London se produisent entre deux ou plusieurs structures de cycles de nuages d'électrons π, ou autres groupes

non-polaires. Un noyau benzénique unique ne peut pas supporter les forces de London. Il faut être deux (ou plus) pour

danser le tango. La RO Orch a toujours soutenu que deux ou plusieurs groupes non-polaires étaient nécessaires, et fait

appel aujourd'hui aux déploiements contigus de ces groupes dans des canaux quantiques à travers la tubuline et les

microtubules. De plus, nous ajoutons maintenant la possibilité que des dipôles de spins magnétiques interviennent en

RO Orch.

McKemmish et al. affirment en outre que la commutation de la tubuline en RO Orch nécessite un changement

structurel conformationnel important, et que le seul mécanisme pour une telle commutation conformationnelle est dû à

l'hydrolyse du GTP, soit la conversion de guanosine triphosphate (GTP) en guanosine diphosphate (GDP) avec la

libération d'énergie du groupe phosphate, et la flexion de tubuline conformationnelle. McKemmish et al. soulignent à

juste titre que conduire des oscillations de MT synchronisés par hydrolyse de GTP en GDP et des changements de

conformation serait prohibitif en termes de besoins en énergie et de chaleur produite. Ceci est entendu. Toutefois, nous

précisons que la commutation de tubuline en RO Orch n'a pas besoin, en fait, d'impliquer d'importants changements

conformationnels, que les dipôles de nuages d'électrons (forces de London) ou les dipôles de spins magnétiques sont

suffisants pour la commutation, la superposition et la fonction de qubit (Figs. 5 à 7). Nous reconnaissons que la

commutation conformationnelle de la tubuline, comme indiqué dans les premières publications et illustrations de la RO

Orch, montre d'importants changements conformationnels. Ces derniers sont, certainement quoique involontairement,

trompeurs. La découverte du gigahertz, mégahertz et kilohertz CB en microtubules seuls soutient les états dipolaires,

créant ainsi un signal favorable en ce qui concerne les idées sous-jacentes de la RO Orch.

Le seul facteur de tubuline conformationnelle requis dans la RO Orch est la séparation de la superposition au

niveau des noyaux atomiques, par exemple, 2.5 longueurs de Fermi pour les noyaux de carbone (2,5 femtomètres ; 2,5

× 10-15 mètres). Ce changement peut être représenté par des dipôles de nuages électroniques avec le recul nucléaire de

Mössbauer et des effets de charge [90,91]. La commutation de tubuline en RO Orch ne nécessite ni l'hydrolyse du GTP,

ni des changements conformationnels importants, dépendant de dipôles collectifs de la force London, ou des dipôles de

spins magnétiques dans les canaux quantiques de cycles aromatiques (Figs. 5 à 7).

5.7. Prédictions testables de la RO Orch – état actuel

La RO Orch suppose de nombreuses hypothèses assez spécifiques et essentiellement falsifiables. En 1998, vingt prédictions testables de la RO Orch dans 9 catégories générales ont été publiées [15]. Elles sont réexaminées ici avec nos commentaires sur leur état actuel en italique.

Des microtubules neuronaux sont directement nécessaires à la cognition et à la conscience

• La plasticité synaptique est en corrélation avec les activités/l'architecture du cytosquelette. L'état actuel de

cela n’est pas clair, bien que des réseau de microtubules semblent définir et réguler les synapses.

• Les actions des médicaments psycho-actifs, incluant les antidépresseurs, impliquent les microtubulesneuronaux. Cela semble en effet être le cas. La fluoxétine (Prozac) agit à travers des microtubules [167]; les

anesthésiques agissent également à travers les MT [86].• Les médicaments protecteurs/stabilisants des microtubules neuronaux peuvent s’avérer utiles dans la maladie

d'Alzheimer. Il existe à présent des preuves que cela peut être le cas ; par exemple, l’épothilone, qui est un

stabilisateur MT, est testée de cette manière [168].

Les microtubules communiquent par la dynamique de coopération

• Des excitations gigahertz cohérentes vont se trouver dans les microtubules. En effet ; dans une nouvelle

recherche remarquable, le groupe de Anirban Bandyopadhyay a découvert des excitations gigahertz,

mégahertz et kilohertz cohérentes dans des MT simples [88, 89]. • Des vibrations dynamiques des microtubules sont en corrélation avec l'activité cellulaire. Les preuves sur

cette question ne sont pas encore évidentes, bien que les vibrations mécaniques mégahertz (ultrasons)

semblent stimuler les neurones et améliorer l'humeur [127].• Des formes stables de microtubules sont en corrélation avec la mémoire. Les preuves concernant l'encodage

de la mémoire dans les MT restent obscures, même si des messagers synaptiques CaMKII et PkMz agissent à

travers les MT. Chaque CaMKII peut coder (par phosphorylation) 6 bits d'information à 6 tubulines dans un

treillis de microtubules.• La corrélation non-locale de type « EPR » entre les microtubules séparés. Cela n’est pas du tout clair, mais

ces propos sont très difficiles à établir (ou réfuter) expérimentalement. Le groupe Bandyopadhyay est en train

de tester le transfert de résonance ‘sans fil’ entre MT séparés [142].

La cohérence quantique se produit dans les microtubules

• Les phases de cohérence quantique seront détectées dans les microtubules. Il semble y avoir une preuve

évidente des effets de cette nature générale dans les résultats récents de Bandyopadhyay [88, 89],énormément différents de leurs attentes classiques, où la résistance électrique diminue fortement, à certaines

fréquences très spécifiques, en grande partie indépendamment de la température et indépendamment de la

longueur.

• Les dendrites corticales contiennent en grande partie des microtubules de « réseau-A », comparé au réseau-B.Bien qu'il existe des preuves contraires à cette affirmation, la situation actuelle reste floue. La RO Orch a été

critiquée parce que les microtubules du cerveau de la souris sont principalement des MT de treillis B.

Cependant, ces mêmes MT de cerveau de souris présentent partiellement une configuration en treillis A, et

d'autres recherches montrent des MT de treillis A et B mélangés [156-158]. Bandyopadhyay a la preuve

préliminaire que les MT peuvent passer de la configuration en réseau A à la configuration en réseau B, et

inversement [142], et les réseaux A peuvent être spécifiques pour les processus quantiques. La RO Orch

pourrait également utiliser le réseau B, bien qu’il ne soit apparemment pas aussi efficace que le réseau A.

Dans tous les cas, les MT de réseau A pourraient bien être assez rares, spécifiques pour les effets quantiques,

et suffisants pour la RO Orch étant donné que le réseau A peut être requis uniquement dans une fraction de

MT dans les dendrites et le soma, et peut-être seulement transitoirement.• Des photons cohérents seront détectés à partir des microtubules. Un élément positif de preuve dans ce sens est

la détection d’excitations gigahertz dans les MT par le groupe Bandyopadhyay, qui peut être interprété

comme photons cohérents [88, 89].

La cohérence quantique des microtubules est protégée par la gélification d’actine

• Les microtubules somatiques-dendritiques sont entourés de manière intermittente de gel d'actine étanche. Ceci

est peut-être un point controversé, actuellement, en vue de résultats récents par le groupe Bandyopadhyay,

comme il semble actuellement que la cohérence se produit à température chaude sans gel d'actine.• Des cycles de gélification de l'actine et une solution sont en corrélation avec l'électrophysiologie, par

exemple, la synchronie gamma EEG. Encore une fois, cela semble actuellement être un point controversé,

pour la même raison que celle invoquée ci-dessus.• Des cycles sol-gel sont médiés par un flux d'ions de calcium à partir d’entrées synaptiques. Aucune preuve

claire, mais encore une fois un point controversé.

La cohérence quantique macroscopique se produit parmi des centaines de milliers de neurones et cellules gliales

interconnectés par des jonctions de communication

Les jonctions communicantes entre cellules gliales et neurones n’ont pas été trouvées, mais les inter-neurones de la

jonction de communication s’entrelacent avec l'ensemble du cortex.

• Les jonctions de communication électro-toniques synchronisent les neurones. Les inter-neurones de jonctions

de communication semblent médier la synchronie gamma EEG [49-54].• L’effet tunnel quantique se produit à travers des jonctions de communication. Non testé jusqu'à présent.

• Des corrélations quantiques entre les microtubules dans les différents neurones se produisent via les jonctionsde communication Non testé jusqu'à présent. Cependant Bandyopadhyay a des preuves préliminaires que les

MT spatialement séparés, peut-être même dans différents neurones, deviennent intriqués en termes de leurs

résonances BC [142], de sorte que les jonctions de communication puissent être inutiles pour RO Orch.

La quantité de tissu neuronal impliquée dans un événement conscient est inversement reliée à la durée de

l'événement à τ ≈ /EG

• L'imagerie fonctionnelle et l'électrophysiologie vont montrer une plus courte perception et un temps deréponse plus court avec plus de masse neurale impliquée. Tout comme une « prédiction » de la RO Orch,

l’état de cela n’est pas très clair ; de plus, il est très difficile de fournir une estimation précise de la masse

neurale qui est impliquée dans une ‘perception’. Comme question connexe, il semble y avoir des preuves pour

une sorte d’invariance d'échelle dans les processus neurophysiologiques (Section 3.2 [76,77]).

L ’état quantique isolé imperturbable s’auto-réduit (RO ) selon τ ≈ /EG

• Il sera démontré que des superpositions quantiques technologiques subissent RO à τ ≈ /EG. Diverses

expériences sont en cours de développement, ce qui devrait fournir une réponse à cette question

fondamentale [108], mais il semble que plusieurs années vont s’écouler avant que les expériences ne soient

en mesure de parvenir à des conclusions fermes.

Les centrioles/cils à base de microtubules sont des dispositifs optiques quantiques

• Les cils à base de microtubules dans les cellules en bâtonnets et en cônes rétiniens détectent les informationsquantiques des photons. Cela semble être non testé jusqu'à présent.

Un degré critique de l'activité des microtubules a activé la conscience au cours de l'évolution

• Les fossiles montreront des organismes du début du Cambrien (il y a 540 millions d’années) qui avaient unecapacité suffisante de microtubules pour RO à τ ≈ /EG de moins d'une minute, se traduisant peut-être parune RO Orch rudimentaire, une conscience et l’ « explosion évolutionnaire du Cambrien ». Il est clairement

difficile d’en connaître une réponse, en particulier parce que le niveau de conscience chez les créatures

disparues serait presque impossible à déterminer. Cependant les organismes actuels ressemblant

remarquablement à des créatures du début du Cambrien (actinosphaerium, nématodes) sont connus pour

avoir plus de 109 tubulines [56].

Il semblerait que les attentes de la RO Orch ont été plutôt concluantes jusqu'ici, et cela nous donne une propositionscientifique viable visant à fournir une compréhension du phénomène de conscience. Nous croyons que le schémasous-jacent de la RO Orch a de bonnes chances d'être foncièrement correct dans ses conceptions fondamentales.

6. Discussion - conscience dans l'univers

La Section 1 décrit trois possibilités quant à l'origine et le lieu de la conscience dans l'univers: (A) comme unepropriété émergente de calcul neuronal complexe du cerveau, (B) comme une qualité spirituelle de l'univers, distinctedes actions purement physiques, et (C) comme composée d'événements discrets « proto-conscients » agissant enconformité avec les lois physiques qui ne sont pas encore pleinement comprises. La théorie RO Orch (C) suit et inclutles aspects de (A) et (B). RO Orch suggère une conscience qui se compose de moments discrets, chaque processus àcalcul quantique « orchestré » est terminé par la version DP de RO, une action ancrée dans les aspects quantiques de lastructure fine de la géométrie de l'espace-temps, cela étant couplé aux processus neuronaux du cerveau via desmicrotubules.

Dans la mécanique quantique standard, la procédure R est adoptée pour l'action d'une mesure sur un systèmequantique, grâce à quoi une superposition quantique de deux états – ces derniers pouvant être distingués par cettemesure – est remplacée de façon probabiliste par l'un ou l'autre de ces états (« réduction de l'état quantique » ou« réduction de la fonction d'onde »). Mais cette action est normalement considérée comme illusoire dans un certain

sens, n’étant pas une action physique réelle, mais en quelque sorte le résultat d'une sorte d’approximation, ou peut-êtrejuste comme une commodité, ou un changement de point de vue de l'observateur, ou même comme une « lacune » dansla connaissance de l'observateur. L'hypothèse de RO (réduction objective), d'autre part, affirme que R est unphénomène physique objectif réel, indépendant de tout observateur. En outre, ce serait RO qui fournirait le « pont »entre les mondes quantique et classique. Ceci nécessite toutefois une certaine forme de modification de l'évolution Ustandard (c’est-à-dire de l'équation de Schrödinger) pour des systèmes suffisamment massifs. La version DP de RO estun tel schéma particulier, selon lequel un corps physique massif, placé dans une superposition quantique de deuxemplacements fixes différents, se serait spontanément trouvé situé dans l'un ou l'autre de ces emplacements dans uneéchelle de temps de l'ordre de τ ≈ ћ/ EG, où EG est l'auto-énergie gravitationnelle de la différence entre les (valeursd’attente) des deux distributions de masse dans des états stationnaires constitutifs. Par conséquent, nous pourrions direque la séparation quantique-théorique d'un objet matériel « de lui-même » (comme le chat hypothétiquementmort/vivant de Schrödinger), serait instable et pourrait se dégrader à l'un ou l'autre des états composants à une échellede temps qui se rapproche de la valeur τ. La quantité τ peut également être comprise comme l’infime différence, dansdes unités à échelle de Planck fondamentales, entre géométries de l'espace-temps des deux états alternatifs. De tellessuperposition/séparations ont cependant tendance à ne pas être isolées de leur environnement, et s’intriqueraient alorsavec d'autres matières de l'environnement, de sorte que ce soit l’ensemble du système intriqué qui évoluerait jusqu'àatteindre le seuil requis pour une réduction (RO ) au temps d’environ τ ≈ /EG, où EG est à présent l'auto-énergiegravitationnelle de la différence entre les deux distributions de masse superposées incluant les environnementsintriqués pertinents. Au moment de la RO, à un temps moyen d’environ τ après la formation de la superposition, lespossibilités alternatives de l'espace-temps se réduisent à juste l'une ou l'autre des configurations de l'espace-temps.

Jusqu'à présent, cela n’est que la proposition DP originale. Cependant RO Orch va plus loin que cela, et met enavant la suggestion que chaque action de RO (considérée comme étant en conformité avec DP) est accompagnée parun moment de proto-conscience. Ces événements seraient considérés comme étant les constituants élémentaires d’« expérience subjective », ou qualia, mais la grande majorité de tels événements RO agit sans faire partie d'unestructure organisée cohérente, de sorte que le matériau approprié soit normalement totalement dominé par lecomportement aléatoire dans l'environnement intriqué. En conséquence, il n'y aurait normalement pas d'expériencesignificative associée à ces événements proto-conscients omniprésents. Pourtant, ces moments de proto-consciencesont considérés comme étant les ingrédients primitifs de conscience véritable effective, lorsqu’ils sont orchestrésensemble de façon appropriée dans un ensemble cohérent.

Dans la version de la proposition DP mise en avant dans [92-95], il y avait, techniquement parlant, une hypothèse(pas toujours explicite) que les énergies des deux états quantiques stationnaires impliqués dans la superposition, étaientconsidérées comme étant égales l’une à l’autre. Ici (Section 4.6), nous généralisons DP d'une nouvelle manière, ce quinous permet de considérer des états stationnaires superposés d'énergie inégale. Nous soutenons que, pour les énergiesqui ne diffèrent que légèrement les unes des autres, l'action de RO ne nous emmène pas seulement à l'un ou l'autre deces deux états constitutifs dans une échelle de temps d'environ τ ≈ ћ/ EG, mais le résultat du processus RO consiste àréduire la superposition à une oscillation entre les deux, dont la fréquence est donnée par la valeur de battement,donnée par la différence entre les deux fréquences quantiques beaucoup plus grandes associées aux énergies des deuxétats précédemment superposés. Nous suggérons que ce sont ces fréquences de battement, résultant des processus ROOrch qui impliquent la réduction des états de tubuline superposés de manière cohérente avec des énergies légèrementdifférentes, qui aboutissent aux fréquences caractéristiques, comme la synchronie gamma à 40 Hz qui semble être encorrélation avec les états de conscience.

Dans une situation incontrôlée se produisant dans le monde physique, avec des systèmes en superpositionquantique, RO se produirait habituellement spontanément lorsque l'environnement important est intriqué avec lesystème, et EG peut rapidement devenir relativement grand, si τ est atteint rapidement, et le choix de la configurationparticulière de l'espace-temps comporte une composante dominante de caractère aléatoire en raison de la naturealéatoire de l'environnement. Le moment de l’ 'expérience subjective’ qui serait associé à ce type de RO est une qualitéindifférenciée, non-cognitive, très légèrement expérientielle (« proto-consciente »). En raison de la composantealéatoire, une telle « expérience » RO induite par l’environnement manquerait d'information, de cognition ou de sens,étant très brève (faible τ en raison de la EG environnementale élevée) et omniprésente, jouant simplement le rôle de« décohérence » qui est familier dans l’interprétation standard de la mécanique quantique.

Toutefois, selon RO Orch, l'évolution biologique a fourni des structures telles que les microtubules, dans lesquelsles événements RO pourraient être « orchestrés », permettant un calcul quantique opérationnel dans les canaux« aromatiques » non polaires isolés au sein des protéines de microtubules. Avec l'évolution future, des superpositionsquantiques orchestrées dans les microtubules auraient pu persister plus progressivement avec de plus grandes valeursde EG, en ayant des intrications avec d'autres parties de la structure qui jouent des rôles significatifs, permettant ainsi àun calcul quantique significatif de se produire. Pourtant, avec uniquement un isolement partiel, le seuil de la RO τ ≈

/EG resterait atteint uniquement en incluant une intrication environnementale non-orchestrée, qui introduit le caractèrealéatoire dans le choix des états. En conséquence, un tel calcul quantique RO manquerait complètement de cognition« orchestrée », ainsi les aspects non-calculables revendiqués de DP RO n’entreraient pas en jeu à ce stade. Pourtant, les

avantages d'une certaine forme de « calcul quantique » dans ces processus pourraient encore être d'une pertinencesignificative, même si l'action RO serait seulement à ce niveau « proto-consciente ».

Avec un développement évolutionnaire encore plus avancé, des facteurs biologiques pourraient orchestrer et isolerdavantage le calcul quantique des microtubules de sorte que le seuil RO τ ≈ ћ/ EG puisse à présent être atteint par dessuperpositions quantiques des microtubules orchestrées d’elles-mêmes, et une EG relativement grande pourrait êtreatteinte sans compter sur un caractère aléatoire de l'environnement. Ces moments RO Orch pourraient fournir une richeexpérience subjective cognitive, et contrôler le comportement conscient, avec une influence « voulue » non-calculable.De plus, étant donné que la version DP de RO est une proposition gravitationnelle, cela concerne les phénomènesexpérimentaux aux fondamentaux de la géométrie de l'espace-temps. L’évolution pourrait bien avoir des superpositionsorchestrées favorisées avec de plus grandes valeurs EG, permettant des temps τ plus brefs qui sont de plus en plus utilesà la cognition de l'organisme. Conformément à nos idées antérieures, nous pourrions supposer que celles-ci ontfinalement atteint une EG suffisante pour τ près de 25ms pour une synchronie gamma avec des événements conscientsRO Orch de 40 Hz ou plus par seconde. Alternativement, selon l’approche de « fréquence de battement » RO Orchintroduite ici, des résonances mégahertz MT naturelles (peut-être des valeurs EG beaucoup plus grandes) permettent desfréquences de battement beaucoup plus lentes dans la plage de synchronie gamma.

Philosophiquement, RO Orch s’aligne plus étroitement avec Alfred North Whitehead [10, 11] qui a observél’activité mentale en tant que processus d’ « occasions », des quanta spatio-temporels, dotés chacun - généralement àun niveau très basique, de caractéristiques mentales qui étaient « inactives », monotones, et « répétitives ». Celles-cisemblent analogues, dans le contexte RO Orch, à des événements RO « proto-conscients » non orchestrés. Whiteheada considéré la conscience, la mentalité de niveau élevé, comme étant extrapolée à partir de chaînes temporelles de cesoccasions. De son point de vue, les sociétés très organisées d'occasions permettent à la mentalité primitive de devenirintense, cohérente et pleinement consciente. Cela semble analogue aux événements conscients RO Orch. AbnerShimony [169], Henry Stapp [170] et d'autres ont reconnu que l'approche de Whitehead a été potentiellementcompatible avec la physique moderne, en particulier la théorie quantique, avec des réductions de l'état quantique –événements réels– qui semblent représenter des « occasions », à savoir la mentalité de niveau élevé de Whitehead,composée de « chaînes temporelles... d'occasions intenses, cohérentes et pleinement conscientes », celles-ci étantéquivalentes à des séquences d’événements RO Orch. Celles-ci pourraient éventuellement coïncider avec la synchroniegamma, mais avec nos idées de « fréquence de battement » actuelles, la synchronie gamma serait plus susceptibled'avoir un effet de battement directement lié au temps τ de réduction RO. Comme les événements Orch sont en effetdes réductions de l'état quantique, RO Orch et la philosophie du processus de Whitehead semblent être assezétroitement compatibles.

Les occasions « inactives » d'expérience de faible niveau de Whitehead semblent correspondre à nos événementsRO « proto-conscients » non-orchestrés. Selon le schéma DP, les processus RO se produiraient tout le temps partoutet, impliquant normalement l'environnement aléatoire, fourniraient le caractère aléatoire efficace qui est caractéristiquede la mesure quantique. Les superpositions quantiques atteindront continuellement le seuil DP pour RO dans desréglages non biologiques, ainsi que dans les réglages biologiques, et RO se produirait généralement dans unenvironnement purement aléatoire comme dans un système quantique en cours de mesure. Néanmoins, dans le schémaRO Orch, ces événements sont considérés comme ayant une expérience subjective rudimentaire, ce qui estindifférencié et manque de cognition, peut-être fournissant les ingrédients constitutifs de ce que les philosophesappellent qualia. Nous appelons de tels événements RO non-orchestrés omniprésents, manquant d'information et decognition, « proto-conscients ». A cet égard, RO Orch a des points communs avec le point de vue (B) de la Section 1,qui intègre des éléments spiritualistes, idéalistes et panpsychistes, ceux-ci étant considérés comme étant desprécurseurs de conscience essentiels qui sont intrinsèques à l'univers. Toutefois, il convient de souligner que RO Orchsoutient fermement l'attitude scientifique qui est exprimée par (A), et elle intègre cette image de ce point de vue del'activité électrochimique neuronale, en acceptant que les fonctions du niveau membranaire de réseau neuronal non-quantique pourraient fournir une explication adéquate d’une grande partie de l'activité inconsciente du cerveau. ROOrch dans les microtubules à l'intérieur de dendrites neuronales et le soma ajoute un niveau plus profond pour lesprocessus conscients.

Les conditions pour la RO Orch et la conscience sont assez rigoureuses dans notre schéma: la superpositionorchestrée doit être isolée des effets RO/décohérence de l'environnement aléatoire assez longtemps pour atteindre leseuil DP tout en continuant à effectuer le calcul quantique. De petites superpositions sont plus faciles à isoler pour untemps limité, mais nécessitent de plus longues durées de réduction τ, de sorte que l’isolement devrait êtreproportionnellement plus proche au isolement parfait.

Les larges superpositions atteindront rapidement le seuil, mais sont intrinsèquement plus difficiles à isoler. Si nousconsidérons que l'image de fréquence de battement est appropriée en ce qui concerne l'évocation de la conscience, alorsnous pouvons supposer que les fréquences de battement, par exemple de processus mégahertz plus rapides, pourraientéventuellement n’exiger que de très courts temps de réduction. Ceux-ci pourraient être encore plus courts que 10-8 s sinous considérons que c’est effectivement le cas pour que notre proposition DP-RO étendue permette que les temps deréduction soient beaucoup plus courts que la période de battement, tout en donnant lieu à des battements classiques,

comme supposé à la Section 4.6. En conséquence, une suggestion que nous pouvons faire est que la « cohérence

Bandyopadhyay » (« BC ») - la résonance mégahertz, découverte par le groupe Bandyopadhyay, suggérant des tempsde cohérence de 10-7 s, ou les dizaines de résonances kilohertz qu’ils ont découvertes suggérant 10-4 s - fournit debonnes preuves que ces superpositions dans des groupes de microtubules suffisamment importants pourraient persisterdans le cerveau pour les temps de réduction τ et les processus RO Orch qui pourraient être pertinents pour la fonctiondu cerveau et la conscience.

Qu'en est-il pour RO Orch dans les systèmes non biologiques ? Après tout, RO en τ ≈ /EG se produit partout.Quel rôle pourrait-il y avoir pour celle-ci dans la conscience ailleurs dans l'univers?

De très grandes masses peuvent être impliquées dans les superpositions quantiques, se produisant dans l'universdans les situations quantiques, par exemple dans le cœur des étoiles à neutrons. On pourrait imaginer que τ soit alorsridiculement minuscule. Mais EG peut encore être relativement faible si le déplacement de la masse reste faible enraison de l'uniformité de la matière. Mais généralement, par RO, de telles superpositions à grande échelle se réduiraienttrès rapidement, et des superpositions classiquement déraisonnables seraient rapidement éliminées. On ne sait pas sices systèmes quantiques peuvent être orchestrés pour avoir des moments conscients RO Orch cognitifs significatifs,mais il est certainement concevable que des créatures sensibles puissent avoir évolué dans certaines parties de l'universqui nous seraient très étrangères, par exemple sur des surfaces d’étoiles à neutrons, avec des superpositions à trèsgrande échelle, et probablement des événements RO de très haute fréquence, une idée qui a été développéeingénieusement et de manière très détaillée par Robert Forward dans deux histoires de science-fiction (Dragon’s Egg

en 1980, Starquake en 1989 [171, 172]). De telles créatures (désignées par « cheelas » dans les livres), avec lesprocessus métaboliques et probablement des événements de type RO Orch se produisant à des taux d'environ unmillion de fois de ceux d'un être humain, pourraient sans doute avoir des expériences intenses, mais que cela soit ouiou non possible de manière détaillée est, à présent, une question très spéculative. Néanmoins, la proposition RO Orchoffre une voie possible à l'argument rationnel, quant à savoir si la vie consciente d'un genre totalement étranger tel quecelui-ci, ou une autre forme de superposition quantique, peut-être possible, voire probable, quelque part dans l'univers.

Ces spéculations soulèvent également la question du « principe anthropique », selon lequel il est parfois soutenuque les constantes de la Nature sans dimensions particulières qu’il nous arrive de trouver dans notre univers sontapparemment « fortuitement » favorables à l'existence humaine et à la conscience (une Constante physique sans

dimensions est un nombre pur, comme le rapport de la force électrique à la force gravitationnelle entre l'électron et leproton dans un atome d'hydrogène, qui dans ce cas est un nombre de l'ordre général de 1040). Le point clé n’est pas tantlié à l'existence humaine, mais à l'existence d'êtres sensibles de toute sorte, à savoir l'existence de la conscience. Y a-t-il une quelconque coïncidence quant aux constantes physiques sans dimensions d’une nature telle que la vie conscienteserait possible? Par exemple, si la masse du neutron a été légèrement inférieure à celle du proton, plutôt que légèrementplus grande, alors des neutrons plutôt que des protons auraient été stables, et ce serait au détriment de l'ensemble dusujet de la chimie. Ces questions sont souvent soulevées (voir Barrow et Tipler [173]), mais la proposition RO Orchfournit un peu plus de substance potentielle à ces arguments, étant donné qu’une proposition de la possibilité de viesensible est, en principe, fournie. Une question se pose, pourquoi l'univers est-il favorable à la conscience ?

Le schéma cosmologique récemment proposé de la cosmologie cyclique conforme (CCC) (Penrose [174],Gurzadyan et Penrose [175]) a aussi une certaine pertinence sur ces questions. CCC avance que ce que nousconsidérons actuellement comme toute l'histoire de notre univers, de son origine du Big-Bang (mais sans inflation) àson avenir en expansion indéfinie, n’est qu’un éon dans une succession sans fin d’éons similaires de ce genre, oùl'avenir infini de chacun d’eux correspond au big bang du suivant via un changement d'échelle infini. Une question sepose quant à savoir si les constantes sans dimensions de l'éon avant le nôtre, dans le schéma CCC, sont les mêmes quecelles de notre propre éon, et cela revient à la question de savoir si la vie sensible pourrait exister dans cet éon ainsi quedans notre propre éon. Est-ce que les constantes sans dimensions pourraient changer avec chaque éon successif,pourraient-elles peut-être « muter » et évoluer pour optimiser la conscience ? L’évolution pourrait-elle au cours deséons prendre ainsi en compte le principe anthropique? Smolin [176] a suggéré une idée qui est à peu près semblable àcelle-ci, mais dans son schéma, la dynamique de l'avantage sélectif serait pour plus de trous noirs et d’universnaissants, plutôt que pour une conscience voire même pour la vie. Néanmoins, on peut en principe répondre à laquestion de la constance de ces numéros par l'observation dans CCC, et cette question pourrait avoir une influence surl’étendue ou la validité de la proposition RO Orch. Si RO Orch se révèle correcte, pour l'essentiel, comme une basephysique pour la conscience, alors elle ouvre la possibilité d’apporter une réponse à de nombreuses questions, parexemple si la vie et la conscience avaient pu apparaître dans un éon avant le nôtre, cela aurait auparavant semblé bienau-delà des portées de la science.

En outre, RO Orch place le phénomène de la conscience à un emplacement très central dans la nature physique denotre univers, indépendamment de si cet « univers » comporte des éons autres que le nôtre ou non. Nous croyons que,mis à part les aspects détaillés des mécanismes physiques qui sont impliqués dans la production de conscience dans lecerveau humain, la mécanique quantique est une théorie incomplète. Certains accomplissements sont nécessaires, et laproposition DP pour le schéma RO - sous-jacent au processus R de la théorie quantique - serait une possibilitédéfinitive. Si un schéma tel que celui-ci est bien respecté par la Nature, alors il existe un ingrédient supplémentaire

fondamental à nos lois actuellement comprises de la Nature qui joue un rôle important au niveau de l'échelle de Planckde la structure de l'espace-temps. La proposition RO Orch tire profit de cela, suggérant que l'expérience conscientejoue elle-même un rôle dans le fonctionnement des lois de l'univers.

7. Conclusion

La « Réduction Objective Orchestrée » (« RO Orch ») est une théorie qui propose que la conscience se composed'une séquence d'événements discrets, chacun étant un moment de « réduction objective » (RO ) d'un état quantique(selon le schéma DP), où l’on considère que ces états quantiques existent en tant que parties d'un calcul quantiqueréalisé essentiellement dans des microtubules neuronaux. De tels événements RO devraient être « orchestrés » demanière appropriée (RO Orch), pour qu’une conscience véritable survienne. RO est elle-même considérée comme étantomniprésente dans les actions physiques, représentant le « pont » entre les mondes quantique et classique, où dessuperpositions quantiques entre paires d'états se résolvent spontanément dans des alternatives classiques dans uneéchelle de temps ~ τ, que l’on calcule à partir de la quantité de déplacement massif qui se trouve entre les deux états.Dans nos propres cerveaux, le processus RO qui évoque la conscience, représenterait des actions qui relient la biologiedu cerveau (calculs quantiques dans les microtubules) avec la structure à petite échelle de la géométrie de l'espace-temps, le niveau le plus élémentaire de l'univers, où des déplacements quantiques spatio-temporels minuscules sontconsidérés comme étant responsables de RO. La proposition RO Orch s’étend donc à travers une plage considérabledes domaines de la science, touchant aux fondements de la relativité générale et la mécanique quantique, de façon nonconventionnelle, en plus des domaines plus manifestement pertinents tels que les neurosciences, les sciencescognitives, la biologie moléculaire, et la philosophie. Il n’est donc pas surprenant que RO Orch ait été constammentcritiquée de plusieurs angles depuis son introduction en 1994. Néanmoins, le schéma RO Orch a donc jusque là résistéà l'épreuve du temps mieux que la plupart des autres schémas, et se distingue particulièrement d’autres propositions parles nombreux ingrédients scientifiquement testés et potentiellement testables desquels il dépend.

Il convient de mentionner que différents aspects de la théorie RO Orch ont eux-mêmes évolué en réponse auxavancées scientifiques et, dans certains cas, aux critiques constructives. Nous énumérons ici quelques adaptationsrécentes et développements récents que nous avons à présent intégrés dans la théorie.

Biologie cellulaire et moléculaire

• Les états d’informations de tubuline dans le calcul quantique et classique RO Orch sont à présent en corrélationavec les dipôles, plutôt qu’avec une conformation mécanique, en évitant les problèmes de chaleur et d'énergie. • Les dipôles de tubuline effectuant la médiation du calcul et de l’intrication peuvent être électriques (séparation decharges de force de Londres), ou magnétiques (courants et états de « spin » électronique), comme présenté dans leprésent document. • La conductance électronique améliorée découverte par le groupe Anirban Bandyopadhyay [88, 89] dans desmicrotubules simples à température chaude à des fréquences gigahertz mégahertz kilohertz de courant alternatifspécifique, (« cohérence de Bandyopadhyay », « BC ») soutient fermement RO Orch.• BC et RO Orch peuvent bien avoir été l’objet d’une médiation à travers les canaux quantiques intra-tubuline decycles aromatiques, comme dans les protéines de la photosynthèse, plausiblement pour le calcul quantique dans lesmicrotubules.• Les anesthésiques se lient dans ces canaux quantiques de tubuline, sans doute pour disperser les dipôlesquantiques nécessaires à la conscience.

La science du cerveau

• La maladie d'Alzheimer, le traumatisme cérébral et d'autres troubles sont liés à des perturbations desmicrotubules; des thérapies prometteuses sont visées au niveau du BC dans le cerveau.• Des processus (1/f, « de type fractal ») invariants d’échelle à des niveaux de réseaux et de neurones pourraientpeut-être s’étendre vers le bas au niveau du BC neuronal dans les microtubules, par exemple, les excitationsmégahertz.• Des moments conscients RO Orch, par exemple à 40 Hz, sont à présent considérés comme étant des « fréquencesde battement » de CB dans les MT, les fréquences de battement plus lentes étant couplées à la physiologiemembranaire neuronale et tenant compte des corrélats EEG de conscience.

La proposition RO Orch suggère que l'expérience consciente est intrinsèquement reliée à la structure à petite échelle dela géométrie de l'espace-temps, et que la conscience pourrait être profondément liée à l'application des lois de l'univers.

Remerciements

Nous remercions Dave Cantrell, Université de l'Arizona, Communications Biomédicales pour les illustrations, MarjanMacphee et Dr. Quinlan Amos, Département d'anesthésiologie, Université de l'Arizona pour le support au niveau dumanuscrit, et Travis Craddock, PhD, Université de l'Alberta, Canada, pour les Figs. 4 et 5.

Note du traducteur : Pour la liste de références veuillez vous reporter à la version original de l'article (version

anglaise) également hébergée au sein du cite Samy-Maroun-Center-for-Quantum-Physics.com .