A 159-step auditable open-quantum-system chain links cerebral metabolism to a coherence-protected information channel in the myelinated axon at 310 K (V148)

Durante décadas, o cérebro humano tem sido compreendido primordialmente como uma máquina biológica alimentada por reações químicas. Os neurônios disparam, enviando sinais elétricos ao longo de fios isolados chamados axônios para comunicar pensamentos, sensações e comandos. O isolamento, uma camada gordurosa conhecida como mielina, atua como o revestimento plástico de um cabo elétrico, garantindo que esses sinais viajem rápido e não vazem. No entanto, uma ideia mais nova e controversa começou a tomar forma: a de que este isolamento biológico poderia fazer mais do que apenas guiar a eletricidade. Alguns pesquisadores sugerem agora que a mielina também poderia atuar como um guia de ondas para a luz e outras formas de radiação, permitindo potencialmente que o cérebro processe informações de maneiras que vão além da simples química. Isso levanta uma questão difícil para a física: pode o ambiente quente, úmido e caótico de um cérebro vivo sustentar os estados delicados e sincronizados necessários para tal processamento avançado? No mundo da física quântica, esses estados sincronizados são incrivelmente frágeis e geralmente colapsam instantaneamente quando expostos ao calor, um problema conhecido como decoerência.

Um novo estudo do pesquisador independente Alfonso Mendoza Orellana aborda essa questão diretamente, propondo um modelo detalhado, passo a passo, de como um único segmento de uma fibra nervosa mielinizada poderia funcionar como um canal de informação protegido à temperatura corporal. A pesquisa não afirma ter construído um dispositivo físico ou medido esses efeitos em um ser humano vivo ainda; em vez disso, constrói uma simulação massiva e transparente consistindo em 159 etapas lógicas distintas. Esta cadeia de cálculos liga a energia produzida pelo metabolismo cerebral ao comportamento de partículas de luz ultra-fracas, ou fótons, e vibrações semelhantes ao som, conhecidas como fônons, dentro da estrutura do nervo. O objetivo era ver se, sob condições físicas específicas, esses componentes poderiam trabalhar juntos para transferir informação com precisão quase perfeita sem depender do fenômeno quântico mais famoso e difícil: o emaranhamento, onde duas partículas tornam-se inextricavelmente ligadas através do espaço.

O modelo começa com a fonte de energia. O cérebro consome oxigênio e glicose para gerar potência, e o estudo calcula que uma quantidade típica de tecido cerebral produz energia suficiente para sustentar um fluxo minúsculo, mas constante, de emissão de luz. Esta luz, que é naturalmente emitida por tecidos biológicos, entra em uma cavidade microscópica formada pelas camadas da bainha de mielina. Os pesquisadores descrevem este espaço como uma cavidade de Casimir, um intervalo confinado onde as regras da mecânica quântica criam uma pressão específica que ajuda a organizar o ambiente. Dentro desta cavidade, a luz interage com as vibrações na estrutura. O estudo simula como estas partículas de luz e vibrações sonoras se convertem uma na outra, um processo que ocorre com alta eficiência. Crucialmente, o modelo mostra que esta conversão não é aleatória; ela é rigidamente controlada pelas moléculas de água circundantes, que os pesquisadores sugerem poder formar domínios ordenados e coerentes que atuam como um meio estável para a informação viajar.

À medida que a simulação avança através de seus 159 passos, ela introduz uma série de verificações e equilíbrios projetados para proteger a informação. O modelo inclui um mecanismo que atua como um filtro, garantindo que apenas sinais com o tempo e a fase corretos sejam permitidos para passar. Este processo de filtragem é descrito como um dial de travamento de fase, que mantém o sistema sincronizado. A informação então se move através de um estágio final projetado para transferir o estado do sistema perfeitamente de uma extremidade do segmento do nervo para a outra. Nos resultados desta simulação, o sistema atinge uma eficiência global de quase 97 por cento, o que significa que quase toda a informação colocada no canal chega intacta ao outro lado. O estudo relata que o sistema pode conter uma vasta quantidade de dados, estimada em quatro trilhões de bits, e pode preencher um bilhão de bits desta capacidade em pouco mais de nove milissegundos.

Uma descoberta fundamental deste trabalho é aquilo em que o sistema não se baseia. Enquanto muitas teorias sobre biologia quântica focam no emaranhamento, esta simulação mostra explicitamente que o sistema funciona sem ele. Em vez disso, os pesquisadores descobriram que o recurso que impulsiona o processo é a coerência de fase, um estado onde as ondas de luz e som se movem em perfeita uníssono. A simulação indica que a conexão entre a luz e as moléculas de água é tão fraca em termos de emaranhamento que é efetivamente zero, mas a transferência de informação permanece robusta. Isso sugere que o cérebro pode usar um mecanismo quântico diferente, talvez mais prático, para processar informações do que se pensava anteriormente. O estudo também descarta a ideia de que este processo exija que o cérebro esteja frio ou isolado; toda a cadeia opera com sucesso a 310,15 Kelvin, que é a temperatura padrão do corpo humano.

Os pesquisadores são cuidadosos ao enquadrar estes resultados como uma prova de conceito teórica, em vez de um fato biológico confirmado. Os números e resultados apresentados são o resultado de uma simulação de computador que segue estritamente as leis da física como atualmente compreendidas, especificamente usando equações que descrevem como sistemas abertos interagem com seu ambiente. O modelo é desenhado para ser totalmente auditável, com cada constante, fórmula e valor registrado em um banco de dados público para que outros possam inspecionar e testar. O estudo conclui que é fisicamente possível para um axônio mielinizado operar como um canal de informação termodinamicamente financiado à temperatura corporal, desde que as condições específicas do modelo sejam atendidas. Para mover-se de uma simulação para uma realidade confirmada, o autor propõe várias previsões testáveis, como procurar por padrões específicos em ondas cerebrais em pessoas saudáveis versus aquelas com esclerose múltipla em estágio inicial, onde a bainha de mielina está danificada. Se estes padrões aparecerem ou desaparecerem conforme o modelo prevê, isso forneceria evidências fortes de que este mecanismo complexo, de inspiração quântica, está de fato em funcionamento no cérebro humano vivo.