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)

几十年来，人类的大脑一直被主要理解为一个由化学反应驱动的生物机器。神经元发射电信号，沿着被称为轴突的绝缘导线传输，以传递思想、感觉和指令。这种绝缘层被称为髓鞘，是一种脂肪层，其作用类似于电缆上的塑料涂层，确保这些信号能够快速传输且不会泄漏。然而，一个更新颖且更具争议性的观点开始成形：这种生物绝缘层的作用可能不仅仅是引导电流。一些研究人员现在认为，髓鞘还可以作为光和其他形式辐射的波导，这使得大脑有可能以超越简单化学反应的方式来处理信息。这向物理学提出了一个难题：在温暖、潮湿且混乱的活体大脑环境中，是否能维持如此先进的处理过程所必需的精密且同步的状态？在量子物理学领域，这些同步状态极其脆弱，通常在暴露于热量时会立即坍缩，这一问题被称为退相干。

独立研究员阿尔方索·门多萨·奥雷拉纳（Alfonso Mendoza Orellana）的一项新研究直接应对了这一问题，提出了一个详细的、分步的模型，阐述了单个髓鞘化神经纤维如何作为一个受保护的信息通道，在体温下发挥作用。该研究并不声称已经制造出了物理设备或在活体人类中测量到了这些效应；相反，它构建了一个由159个不同逻辑步骤组成的庞大且透明的模拟过程。这一计算链将大脑代谢产生的能量与髓鞘结构内超弱光粒子（光子）以及类声波振动（声子）的行为联系起来。其目标是观察在特定的物理条件下，这些组成部分是否能够协同工作，以近乎完美的准确度传输信息，而不依赖于最著名也最困难的量子现象：纠缠（即两个粒子在空间中变得密不可分）。

模型从能量源开始。大脑消耗氧气和葡萄糖来产生动力，研究计算出，典型的脑组织产生的能量足以支持微弱但稳定的光发射流。这种光是由生物组织自然发出的，进入了由髓鞘层形成的微观腔室。研究人员将这个空间描述为卡西米尔腔（Casimir cavity），这是一个受限的间隙，其中的量子力学规则产生了一种特定的压力，有助于组织环境。在这个腔室内，光与结构中的振动发生相互作用。研究模拟了这些光粒子与声波振动如何相互转换，这一过程具有极高的效率。至关重要的是，模型显示这种转换并非随机的；它受到周围水分子的严格控制，研究人员认为，这些水分子可以形成有序的、相干的畴区，从而作为一个稳定的介质供信息传输。

随着模拟进行到159个步骤，它引入了一系列旨在保护信息的检查与平衡机制。该模型包含一个类似于滤波器的机制，确保只有具有正确定时和相位（phase）的信号才能通过。这种过滤过程被描述为“相位锁定旋钮”，它使系统保持同步。随后，信息进入最后一个阶段，旨在将系统的状态完美地从一端神经段传输到另一端。在这次模拟的结果中，系统实现了接近97%的全局效率，这意味着输入到通道中的几乎所有信息都能完整无损地到达另一端。研究报告称，该系统可以承载海量数据，估计达4万亿比特，并且能在短短9毫秒多一点的时间内填满10亿比特的容量。

这项工作的关键发现在于该系统并不依赖于什么。虽然许多关于量子生物学的理论都聚焦于纠缠，但本次模拟明确展示了系统在没有纠缠的情况下也能正常运作。相反，研究人员发现，驱动这一过程的资源是相位相干性（phase coherence），即光波与声波运动完全一致的状态。模拟表明，光与水分子之间的纠缠关系极其微弱，实际上趋于零，但信息传输依然稳健。这表明，大脑处理信息的方式可能比此前认为的更具实用性的量子机制。研究还排除了该过程需要大脑处于低温或隔离状态的观点；整个链条在310.15开尔文（即人体标准体温）下均能成功运行。

研究人员谨慎地将这些结果界定为理论上的概念验证，而非已证实的生物学事实。所呈现的数据和结果是计算机模拟的结果，该模拟严格遵循现有的物理定律，特别是使用了描述开放系统与其环境相互作用的方程。该模型旨在实现完全可审计性，每一个常数、公式和数值都记录在公共数据库中，供他人检查和测试。研究结论指出，只要满足模型的特定条件，髓鞘化轴突在热力学支持下作为信息通道运行在物理上是可能的。为了从模拟走向确证的现实，作者提出了几个可测试的预测，例如观察健康人群与早期多发性硬化症患者（其髓鞘受损）之间脑波模式的差异。如果这些模式如模型预测的那样出现或消失，就将为这种复杂的、受量子启发的机制确实在活体人类大脑中运作提供强有力的证据。