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Testing quantum-like markers in neural dynamics

यह शोध पत्र यह पहचानने के लिए दो प्रयोग प्रस्तावित करता है कि क्या सबथ्रेशोल्ड ऑसिलेशन पावर स्पेक्ट्रा और एक्सोनल प्रोपेगेशन सांख्यिकी शास्त्रीय समीकरणों (फिट्ज़ह्यू-नैगुमो और डिफ्यूसिव केबल) या उनके नए पेश किए गए क्वांटम वेरिएंट के साथ संरेखित होती हैं, जिससे न्यूरल डायनेमिक्स में क्वांटम मार्कर की पहचान की जा सके।

मूल लेखक: Partha Ghose, Dimitris Pinotsis

प्रकाशित 2026-04-22
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मूल लेखक: Partha Ghose, Dimitris Pinotsis

मूल पेपर CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/) के तहत लाइसेंस किया गया है। ⚕️ यह एक ऐसे प्रीप्रिंट की AI से तैयार की गई व्याख्या है जिसकी अभी सहकर्मी समीक्षा नहीं हुई है। यह चिकित्सकीय सलाह नहीं है। इस सामग्री के आधार पर स्वास्थ्य संबंधी फैसले न लें। पूरा डिस्क्लेमर पढ़ें

मानव मस्तिष्क की कल्पना एक हलचल भरे, शोर-शराबे वाले शहर के रूप में करें। दशकों से, वैज्ञानिक इस शहर (हमारे न्यूरॉन्स) के माध्यम से यात्रा करने वाले विद्युत संकेतों को शुद्ध शास्त्रीय यातायात (classical traffic) के रूप में देखते आए हैं: जैसे सड़कों पर चलती कारें, जो धीमी होती हैं, तेज़ होती हैं, या ट्रैफिक जाम में फंस जाती हैं, और जो रोजमर्रा के जीवन में दिखने वाले भौतिकी के मानक नियमों द्वारा संचालित होती हैं।

हालाँकि, दो शोधकर्ता, पार्थ घोष और दिमित्रिस पिनोट्सिस, एक उत्तेजक प्रश्न पूछ रहे हैं: क्या होगा यदि हमारे मस्तिष्क का "यातायात" केवल सड़क पर चलती कारों जैसा नहीं है, बल्कि एक क्वांटम तरंग (quantum wave) जैसा कुछ है?

वे यह दावा नहीं कर रहे हैं कि हमारे मस्तिष्क परमाणुओं से बने छोटे क्वांटम कंप्यूटर हैं जो अजीब तरह से व्यवहार करते हैं। इसके बजाय, वे सुझाव देते हैं कि विद्युत संकेतों के चलने के तरीके का जो गणित है, वह बिल्कुल क्वांटम कणों के गणित जैसा दिख सकता है, भले ही इसके पीछे का कारण केवल "शोर वाला" शास्त्रीय भौतिकी ही क्यों न हो।

यहाँ उनके प्रस्ताव का रोजमर्रा के उपमाओं (analogies) का उपयोग करते हुए एक सरल विवरण दिया गया है।

मुख्य विचार: संकेत को वर्णित करने के दो तरीके

उनके प्रयोग को समझने के लिए, हमें इस बात की तुलना करने की आवश्यकता है कि दो अलग-अलग तरीकों से संकेत एक न्यूरॉन (जो एक लंबी, पतली तार की तरह है) के माध्यम से यात्रा करते हैं:

  1. शास्त्रीय दृष्टिकोण (डिफ्यूजन मॉडल - Diffusion Model):
    कल्पना कीजिए कि आप पानी के एक गिलास में लाल रंग की एक बूंद गिराते हैं। रंग धीरे-धीरे और बेतरतीब ढंग से फैलता है। इसकी कोई एक निश्चित "गति" नहीं होती; यह बस बहता है और जितना दूर जाता है, उतना ही फैलता जाता है। अधिकांश न्यूरोसाइंटिस्ट वर्तमान में मस्तिष्क के संकेतों को इसी तरह मॉडल करते हैं: डिफ्यूजन (विसरण)। जैसे-जैसे संकेत यात्रा करता है, वह कमजोर और धुंधला होता जाता है।

  2. "क्वांटम-जैसा" दृष्टिकोण (काक/परसिस्टेंट मॉडल - Kac/Persistent Model):
    अब, एक गलियारे में दौड़ते हुए एक धावक की कल्पना करें। वह एक निरंतर गति से आगे दौड़ता है, लेकिन बीच-बीच में वह एक सिक्का उछालता है। यदि 'हेड्स' आता है, तो वह दौड़ना जारी रखता है; यदि 'टेल्स' आता है, तो वह तुरंत मुड़कर दूसरी दिशा में दौड़ने लगता है।

  • यदि आप इस धावक को लंबे समय तक देखते हैं, तो वह आपको बेतरतीब ढंग से भटकते हुए दिखाई देगा (जैसे कि वह रंग की बूंद)।
  • लेकिन, यदि आप उन्हें एक पल के लिए देखते हैं, तो आप कुछ अलग देखते हैं: उनकी एक निश्चित गति है और एक "बैलिस्टिक" अग्रभाग (front) है। वे केवल धुंधले नहीं होते; वे एक विशिष्ट लय के साथ यात्रा करते हैं।
  • लेखक सुझाव देते हैं कि यदि आप मस्तिष्क के विद्युत संकेतों को करीब से देखते हैं, तो आप "रंग की बूंद" के बजाय इस "धावक" के व्यवहार को देख सकते हैं।

दो प्रयोग

लेखक यह देखने के लिए दो विशिष्ट परीक्षण प्रस्तावित करते हैं कि कौन सा मॉडल वास्तविकता के साथ बेहतर फिट बैठता है।

प्रयोग 1: "थर्मल हम" (सबथ्रेशोल्ड ऑसिलेशन - Subthreshold Oscillations)

सेटअप:
न्यूरॉन्स हमेशा पूर्ण-प्रहार वाले संकेत (स्पाइक्स) नहीं छोड़ते। कभी-कभी वे केवल फायरिंग की दहलीज (threshold) से नीचे "गुनगुना" रहे होते हैं या कंपन कर रहे होते हैं। इसे सबथ्रेशोल्ड ऑसिलेशन कहा जाता है।

उपमा:
एक गिटार के तार के बारे में सोचें। भले ही आप इसे ज़ोर से न बजा रहे हों, फिर भी यह कमरे की गर्मी (ऊष्मीय ऊर्जा) के कारण थोड़ा कंपन करता है।

  • शास्त्रीय भविष्यवाणी: इस कंपन की ऊर्जा तापमान के आधार पर मानक नियमों का पालन करती है।
  • क्वांटम भविष्यवाणी: लेखक सुझाव देते हैं कि ये कंपन एक "क्वांटम नियम" (जो श्रोडिंगर समीकरण नामक एक प्रसिद्ध समीकरण से प्राप्त है) का पालन कर सकते हैं। यह नियम बताता है कि एक छिपा हुआ "न्यूरल प्लैंक स्थिरांक" (एक छोटा नंबर जो मस्तिष्क की ऊर्जा के लिए एक पैमाने की तरह काम करता है) मौजूद है।

परीक्षण:
वे न्यूरॉन्स की एक डिश में इन सूक्ष्म कंपनों की ऊर्जा को मापना चाहते हैं। यदि ऊर्जा "क्वांटम नियम" के अनुरूप है (विशेष रूप से, यदि यह इस तरह से स्केल करती है जो एक छिपे हुए स्थिरांक ^\hat{\hbar} का सुझाव देती है), तो यह एक बड़ा संकेत होगा कि मस्तिष्क क्वांटम-जैसे गणित पर काम कर रहा है, भले ही वह केवल शोर ही क्यों न हो।

प्रयोग 2: "फिनिश लाइन की दौड़" (सिग्नल प्रोपेगेशन - Signal Propagation)

सेटअप:
वे देखना चाहते हैं कि एक एकल तंत्रिका तंतु (एक्सॉन) में एक विद्युत संकेत बहुत कम दूरी पर कितनी तेज़ी से यात्रा करता है।

उपमा:
कल्पना कीजिए कि आप एक लंबे, भीड़भाड़ वाले गलियारे में एक संदेश भेज रहे हैं।

  • शास्त्रीय (डिफ्यूजन): संदेश एक व्यक्ति से दूसरे व्यक्ति तक बेतरतीब ढंग से पहुँचाया जाता है। इसे अंत तक पहुँचने में लंबा समय लगता है और आगमन का समय बहुत अप्रत्याशित होता है। यह जितना दूर जाता है, आगमन का समय उतना ही अधिक "बिखरा हुआ" होता जाता है।
  • क्वांटम-जैसा (काक/परसिस्टेंट): संदेश एक ऐसे धावक द्वारा ले जाया जाता है जो एक स्थिर गति से दौड़ता है लेकिन कभी-कभी वापस मुड़ जाता है। क्योंकि उसकी एक निश्चित गति है, संदेश एक विशिष्ट "फ्रंट" या लहर के साथ पहुँचता है। भले ही वह वापस मुड़ जाए, आगमन के समय का पैटर्न शास्त्रीय डिफ्यूजन मॉडल की तुलना में अलग दिखता है।

परीक्षण:
वे एक न्यूरॉन को उत्तेजित करेंगे और तीन अलग-अलग दूरियों पर संकेत रिकॉर्ड करेंगे।

  • यदि संकेत डिफ्यूजन की तरह आता है, तो दूरी बढ़ने के साथ इसकी टाइमिंग बहुत जल्दी अस्त-व्यस्त और धीमी हो जाएगी।
  • यदि संकेत परसिस्टेंट रनर की तरह आता है, तो आगमन का एक स्पष्ट "बैलिस्टिक" स्वरूप (टाइमिंग में एक तीक्ष्ण शिखर) दिखाई देगा जिसे शास्त्रीय मॉडल नहीं समझा सकता।

यह क्यों मायने रखता है?

लेखक सावधानीपूर्वक कहते हैं: "हम यह नहीं कह रहे हैं कि मस्तिष्क एक क्वांटम कंप्यूटर है।"

वे कह रहे हैं: "मस्तिष्क के शोर का जो गणित है, वह बिल्कुल क्वांटम गणित जैसा दिखता है।"

  • यदि वे गलत हैं (शास्त्रीय जीतता है): तो हम पुष्टि करते हैं कि मस्तिष्क केवल एक अव्यवस्थित, शास्त्रीय मशीन है, और हमारे वर्तमान मॉडल सटीक हैं।
  • यदि वे सही हैं (क्वांटम-जैसा जीतता है): तो यह सुझाव देता है कि हमारे मस्तिष्क का विद्युत शोर केवल रैंडम स्टैटिक (static) नहीं है। इसमें एक छिपी हुई संरचना हो सकती है जो "इंटरफेरेंस" (जहाँ संकेत एक-दूसरे को रद्द करते हैं या बढ़ाते हैं) या "कॉन्टेक्स्टुअलिटी" (जहाँ घटनाओं का क्रम मायने रखता है) जैसी चीजों की अनुमति देती है।

निष्कर्ष

इस पेपर को एक जासूसी कहानी के रूप में देखें। जासूसों (लेखकों) को एक सुराग मिला है: "शोर वाले न्यूरॉन्स" का गणित "क्वांटम कणों" के गणित के समान संदिग्ध रूप से दिखता है।

वे यह देखने के लिए दो प्रयोग प्रस्तावित कर रहे हैं कि क्या "संदिग्ध" (मस्तिष्क) वास्तव में एक वेश बदलकर आया क्वांटम अस्तित्व की तरह व्यवहार कर रहा है। यदि उन्हें "क्वांटम मार्कर" (विशिष्ट गति पैटर्न या ऊर्जा स्तर) मिलते हैं, तो यह चेतना और संज्ञान (cognition) को समझने के हमारे तरीके में क्रांति ला सकता है, यह सुझाव देते हुए कि "गीला और शोर वाला" मस्तिष्क वास्तव में एक ऐसी जगह हो सकती है जहाँ अराजकता से क्वांटम-जैसे प्रभाव उभरते हैं।

भले ही उन्हें कुछ न मिले, यह प्रयोग मूल्यवान है क्योंकि यह ठीक से साबित करेगा कि हमारे वर्तमान शास्त्रीय मॉडल कहाँ और कब काम करना बंद कर देते हैं, जिससे हमें मस्तिष्क के बेहतर मानचित्र बनाने में मदद मिलेगी।

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