意識（r.penroseさんのorchOR）

Conscious Events as Orchestrated Space-Time Selections

Stuart Hameroff　and Roger Penrose

意識とは何ですか？一部の哲学者は、「クオリア」、つまり意識が由来する体験媒体が現実の基本的な要素として存在すると主張しています。たとえば、ホワイトヘッドは宇宙を「経験の機会」で構成されていると説明しました。この可能性を科学的に調べるには、物理的現実の本質そのものを再検討する必要があります。アインシュタインの一般相対性理論で説明されている時空の物理学と、量子論で説明されている物質の基本理論との関係を理解する必要があります。これにより、客観的削減の新しい物理学を採用することになります。「OR」は、量子重力の形式にアピールして、量子/古典的境界線での基本的なプロセスの有用な説明を提供します（Penrose、1994; 1996）。 ORスキーム内では、適切に編成されたシステムが特定の「客観的」基準（量子重力に関連するしきい値）に達するまで量子コヒーレント重ね合わせを開発および維持できる場合に意識が発生すると見なします。次に、コヒーレントシステムは自己還元します（客観的還元：OR）。この種の客観的な自己崩壊は、意識の本質的な特徴である計算不可能性をもたらすと私たちは主張します。 ORは、瞬間的なイベント（基本的な時空における自己組織化プロセスのクライマックス）であり、意識的なホワイトヘッドの「機会」の経験の候補と見なされます。 ORプロセスはどのようにして脳内で発生し、神経活動と結びついて、意識の他の特徴を説明できるでしょうか？脳のニューロン内の細胞骨格微小管で発生する必要な特性を備えたORプロセスを指定します（Penrose and Hameroff、1995; Hameroff and Penrose、1995; 1996）。

このモデルでは、量子重ね合わせ状態は微小管サブユニットタンパク質（「チューブリン」）で発生し、コヒーレントのままで、質量時間エネルギーしきい値（量子重力に関連）に達するまで、より多くの重ね合わせチューブリンを動員します。その時点で、自己崩壊、または客観的還元（OR）が突然発生します。事前還元、コヒーレント重ね合わせ（「量子コンピューティング」）フェーズを事前意識プロセスと同一視し、各瞬間的（および計算不可能）OR、または自己崩壊を個別の意識イベントと同一視します。一連のORイベントは、意識の「流れ」を引き起こします。微小管関連タンパク質は、コヒーレントな重ね合わせ状態の量子振動を「調整」することができます。したがって、ORは自己組織化、つまり「オーケストレーション」（「OrchOR」）です。各OrchORイベントは、古典的なシグナル伝達を使用してシナプス/神経機能を調節する（計算不可能な）微小管サブユニット状態を選択します

巨視的な重ね合わされた量子状態はそれぞれ独自の時空幾何学を持っているので、私たちの議論によれば、自己崩壊の量子重力閾値は意識に関連しています（Penrose、1994; 1996）。これらの幾何学も重ね合わせられ、何らかの形で「分離」されますが、十分に分離されると、時空幾何学の重ね合わせは著しく不安定になり、単一の宇宙状態になります。量子重力は不安定性の限界を決定します。自然によってなされた国家の実際の選択は計算不可能であると私たちは主張します。したがって、各Orch ORイベントは、微小管やその他の生体分子を介して脳に結合された、時空ジオメトリの自己選択です。意識の経験が時空構造の根底にある非常に物理学と密接に関連している場合、微小管のオーチORは確かに、意識の難しい問題に関するまったく新しいユニークな有望な視点を私たちに提供します。

Introduction: Self-Selection in an Experiential Medium?

意識の現象を科学的な世界観に組み込むことの「難しい問題」は、クオリアの科学的な説明、または精神状態の主観的な経験を見つけることを含みます（Chalmers、1995; 1996）。これに関して、還元主義科学はまだ海にあります。なぜ私たちは内面の生活をしているのですか、そしてそれは正確には何ですか？困難な問題に取り組む哲学的立場の1つのセットは、意識を物理的現実の基本的な要素と見なしています。たとえば、極端な見方-「汎心論」-は、意識がすべての物質の質であるということです：意識の要素を持っている原子とその亜原子成分（例えば、スピノザ、1677;レンシュ、1960）。ライプニッツやホワイトヘッド（1929年など）などの「メンタリスト」は、通常は物理的であると考えられているシステムは、ある意味で精神的実体から構築されていると主張しました。バートランド・ラッセル（1954）は、「中立一元論」について説明しました。この一元論では、物理的でも精神的でもない共通の基礎となる実体が両方を生み出しました。最近、Stubenberg（1996）は、クオリアがその一般的な存在であると主張しました。一元論的イデオロギーでは、物質と心は意識から生じます-現実の基本的な構成要素（例えば、Goswami、1993）。 Wheeler（1990）は、情報が宇宙の物理学の基本であると示唆しています。このことから、Chalmers（1995; 1996）は、情報が物理的側面と経験的側面の両方を持つ二重側面理論を提案しています。これらの立場の中で、アルフレッド・ノース・ホワイトヘッド（1929; 1933）の哲学が最も直接的に適用できるかもしれません。ホワイトヘッドは、宇宙の究極の具体的な実体を実際の「経験の機会」であると説明し、それぞれが「感覚」に似た品質を持っています。ホワイトヘッドは、汎心論と一致する方法で「経験」を広く解釈しているため、「電子のキャリアにおける一時的な出来事でさえ、一種の「原始性」を持っています」。ホワイトヘッドの見解は汎心論とは異なると考えられるかもしれませんが、彼の個別の「経験の機会」は「量子イベント」に関連していると見なすことができます（Shimony、1993）。量子力学の標準的な説明では、ランダム性は、量子状態の縮小として説明されるイベントで発生します。これらは、量子レベルのプロセスが巨視的なスケールに拡大されたときに発生するように見えるイベントです。量子状態の減少（ここでは文字Rで示されています。Penrose、1989、1994を参照）は、物理学者が量子測定プロセスの説明で採用しているランダムな手順です。 Rが「実際の」物理的プロセスと見なされるのか、それともある種の幻想であり、自然の行動の基本的な要素と見なされないのかは、依然として非常に議論の余地のある問題です。私たちの立場は、Rを実際に実在させることです。つまり、Rを、単なるランダムなプロセスではなく、計算不可能なプロセスである、客観的に実在するプロセスOR（客観的削減）に近い近似と見なすことです（を参照）。ペンローズ1989; 1994）。ほとんどすべての物理的状況で、ORは環境のランダムな影響が支配的な状況で発生するため、ORは実質的に区別できません。量子論者によって通常採用されているランダムR手順。ただし、検討中の量子システムがコヒーレントであり、環境から十分に分離されている場合、ORに従って、その状態が自然に崩壊する可能性があります。私たちが採用するスキームであり、ランダムではなく計算不可能な方法で動作すること。さらに、このORスキームには、物理的な宇宙の最も深いレベルのジオメトリが密接に関係しています。

私たちの視点は、経験的現象も物理的宇宙から切り離せないものと見なし、実際、物理的宇宙を支配する法則そのものと深く関係していると見なすことです。しかし、そのつながりは非常に深いので、今日の物理学ではそれがちらちらとしか見えません。これらのきらめきの1つは、意識的な思考プロセスにおいて必要な計算不可能性であると私たちは主張します。そして、この計算不可能性は、量子状態の自己還元の現象、つまり上記の「客観的還元」（OR）にも内在しているに違いないと主張します。これは、Shadows of the Mind（Penrose、1994）の議論の主要なスレッドです。意識的思考は、それが持つ可能性のある他の属性が何であれ、計算不可能であるという議論（ゲーデルの不完全性定理からの特定の推論から最も強力に続く）は、1つの小さいが非常に価値のある点をつかみます。これは、少なくともいくつかの意識状態は、アルゴリズムプロセスによって以前の状態から導き出すことができないことを意味します-人間や他の動物の心をコンピューターから区別する特性です。非計算可能性自体は、経験の性質の「難しい問題」に直接対処するものではありませんが、その背後にある種類の身体活動の手がかりです。これは、無意識の活動の根底にあると思われるものとは完全に異なる性格の根底にある物理的行動であるORを示しています。敏感さと忍耐をもってこの手がかりに従うことは、最終的には、内向きと外向きの症状における精神的現象の理解に向けた真の進歩につながるはずです。 ORの説明では、組織化された量子システムが、時空分離の量子重力しきい値に達するまで、コヒーレントな重ね合わせを分離して維持できる場合に意識が発生します。その後、自己還元します（計算不能）。意識が発生するためには、システムのランダムな環境によって引き起こされる還元とは対照的に、自己還元が不可欠です。（後者の場合、削減自体は事実上ランダムであり、有用な計算不可能性を欠き、意識への直接の関与には不適切です。）自己削減は瞬間的なイベント、つまり自己組織化のクライマックスであると見なします。時空の構造の基本となるプロセス-そして明らかにホワイトヘッドの「経験の機会」と一致している。 ORは、原則として、多くの種類の無生物のメディア内で遍在的に発生する可能性があるため、「汎心論」（たとえば、個々の電子が経験的な品質を持っている）の形式を暗示しているように見える場合があります。しかし、ORの原理（Penrose 1994; 1996で説明されている）によれば、単一の重ね合わせられた電子は、宇宙の現在の年齢よりもはるかに長い期間に一度だけ、その状態を自発的に減少させます（分離を維持できると仮定）。単一の巨視的量子状態でコヒーレントに作用する粒子の大規模なコレクションのみが、分離を維持し、私たちの意識に関連するのに十分短い時間枠でコヒーレントな重ね合わせをサポートできる可能性があります。したがって、非常に特別な状況だけが意識をサポートすることができます：

1.量子状態の高度なコヒーレンス-しきい値に達するのに十分な長さで、思考プロセスで役立つのに十分短い期間、重ね合わせられた粒子の集合体。

2.自発的な状態の低下が起こるまで、ORプロセスを「ノイズの多い」環境から少なくとも一時的に分離する機能。この分離は、削減が単純にランダムではないようにするために必要です。量子状態と絡み合う環境での質量移動は、ランダムな（計算不可能ではない）減少をもたらします。

3.意識の「流れ」を与えるORのカスケード、および生涯の間に発生する膨大な数のORイベント。

量子重力しきい値に到達することにより、各ORイベントは時空ジオメトリに基本的な影響を及ぼします。 ORのカスケードと言うことができますイベントは、物理的な時空ジオメトリ選択の実際のコースを示します。量子重力効果が脳のプロセスに関連する物理的スケールに関連している可能性があることは驚くべきことのように思われるかもしれません。量子重力は通常、通常の次元ではとてつもなく小さな影響しか持たないと見なされています。ただし、これは当てはまらないことを後で示します。基本的な量子重力原理によって決定されるスケールは、実際に意識的な脳のプロセスに関連するものです。このようなORプロセスが実際に脳内でどのように発生するのかを尋ねる必要があります。どうすればそれを高率の情報交換で神経活動と結びつけることができるでしょうか。それはどのようにして前意識から意識への移行を説明し、空間的および時間的結合を持ち、同時性と時間の流れの両方を持っているのでしょうか？ここでは、脳のニューロン内の細胞骨格微小管で発生する必要な特性を備えたORプロセスを指名します。私たちのモデルでは、微小管関連タンパク質が量子振動を「調整」してORを導きます。したがって、このプロセスを「組織化された客観的削減」（OrchOR）と呼びます。

Space-Time: Quantum Theory and Einstein's Gravity

量子論は、私たちの宇宙を基本的なレベルで構成する物質とエネルギーの異常な振る舞いを説明しています。量子論の根底にあるのは、原子、分子、およびそれらの構成粒子の波動/粒子の二重性です。環境から隔離されたままの原子や亜原子粒子などの量子系は、「可能性の波」として振る舞い、多くの可能な状態のコヒーレントな複素数値の「重ね合わせ」で存在します。このような波のような量子レベルのオブジェクトの動作は、Uで表されるシュレディンガー方程式（単一進化）に従って決定論的に進化する状態ベクトルの観点から十分に説明できます。

どういうわけか、量子ミクロレベルの重ね合わせは、私たちのマクロ世界で重ね合わされていない安定した構造につながります。波動関数の崩壊、または還元（R）として知られる遷移では、代替の可能性への量子波は、単一の巨視的な現実、ある適切な演算子の「固有状態」に還元されます。（これは、量子演算子に関連する多くの可能な代替固有状態の1つにすぎません。）このプロセスは、効果が小さな量子スケールから大きな古典的なスケールに拡大されるときに、巨視的測定の説明で呼び出されます。従来の量子論（標準の「コペンハーゲン解釈」の一部として）によれば、固有状態の各選択は完全にランダムであり、量子形式の正確な手順に従って前の状態から計算できる確率値に従って重み付けされます。この確率論的要素は、とりわけアインシュタインが不満を表明した特徴でした。「あなたはサイコロを振る神と私を完全な法と秩序で信じている」（手紙からマックス・ボルンまで）。 Penrose（1989; 1994）は、より深いレベルの記述では、現在未知の「非計算」の数学的/物理的（すなわち「プラトニック領域」）理論の結果として、選択がより正確に生じる可能性があると主張しています。それらをアルゴリズムで推定することはできません。ペンローズは、（少なくともいくつかの）意識的な精神活動はコンピューターでは達成できないため、そのような計算不可能性は意識にとって不可欠であると主張しています。現在の物理学では、波動関数の崩壊Rの原因と発生について明確な説明がないと主張することができます。 1930年代に導かれた量子物理学者（シュレーディンガー、ハイゼンベルグ、ディラック、フォンノイマンなど）による実験的および理論的証拠は、量子コヒーレントな重ね合わせが時間内に無期限に持続し、原則としてミクロレベルからマクロレベルまで維持されると仮定しました。あるいは、意識的な観察が波動関数を崩壊または減少させるまで（主観的減少、または「SR」）持続するかもしれません。したがって、巨視的な物体でさえ、観察されない場合でも、重ね合わせたままになる可能性があります。この概念の明らかな不条理を説明するために、ErwinSchrödinger（1935など）は、箱を開けて猫を観察するまで、彼の今では有名な「箱の中の猫」が同時に死んでいて生きていると説明しました。この不安定な見通しに対抗するものとして、客観的基準（客観的削減-「OR」）に従った崩壊のためのさまざまな新しい物理的スキームが最近提案されました。そのようなスキームによれば、重ね合わされた状態の成長と持続性は、崩壊、またはORが急速に発生する臨界しきい値に達する可能性があります（例えば、Pearle、1989; Ghirardi et al、1986）。いくつかのそのようなスキームは、特にORを媒介する重力効果に基づいています（例えば、Károlyházy、1986;Diósi、1989; Ghirardi et al。、1990; Penrose、1989; 1994; Pearle and Squires、1994; Percival、1995）。

1687年にアイザックニュートンの数学によって高精度に記述された重力の物理現象は、科学的理解において重要な役割を果たしてきました。しかし、1915年、アインシュタインは私たちの科学的世界観に大きな革命をもたらしました。アインシュタインの理論によれば、重力はいくつかの理由で物理学において独特の役割を果たします（Penrose、1994を参照）。特に、これらは次のとおりです。

1.重力は時空イベント間の因果関係に影響を与える唯一の物理的品質です。

2.重力は時空座標の変化によって排除できるため、局所的な現実はありません。代わりに、重力の潮汐効果は、他のすべての粒子と力が含まれている非常に時空に曲率を提供します。

このことから、重力は他の物理的効果に続発するある種の「創発的現象」と見なすことはできず、物理的現実の「基本的な要素」であるということになります。一般相対性理論（アインシュタインの重力理論）と量子力学の適切な結合（しばしば「量子重力」と呼ばれる結合）が両方に大きな変化をもたらすことを示唆する強力な議論があります（例えば、Penrose、1987; 1995）。量子論と一般相対性理論、そして正しい理論が見つかったとき、物理的現実の深く新しい理解を生み出すでしょう。また、物体間の重力は非常に弱いですが（たとえば、電気力よりも約40桁弱い）、重力が微小から進化する量子システムの動作に基本的な影響を与えると信じる大きな理由があります。マクロレベルに。量子重力と生物学、または少なくとも高度な生物学的神経系との適切な結合は、意識の非常に新しい理解をもたらす可能性があります。S

Curved Space-Time Superpositions and Objective Reduction ("OR")

現代の受け入れられている物理的な写真によると、現実は3次元の空間と1次元の時間に根ざしており、4次元の時空間に結合されています。この時空は、アインシュタインの一般相対性理論に従って、わずかに湾曲しています。質量密度のすべての分布の重力場をエンコードします。各質量密度は、小さいながらも時空の曲率に影響を与えます。これは古典物理学による標準的な絵です。一方、量子システムが物理学者によって検討されたとき、時空の構造におけるこの質量によって引き起こされた小さな曲率はほとんど常に無視されており、重力効果は量子論が重要。

しかし、驚くべきことに、時空構造のこのような小さな違いは、量子力学のルールそのものに微妙ではあるが基本的な影響を与えるため、大きな影響を与える可能性があります。それぞれの質量分布が互いに大きく異なる重ね合わせた量子状態は、それに応じて異なる時空形状を持ちます。したがって、標準的な量子論によれば、重ね合わせた状態は、これらの異なる時空の量子重ね合わせを含まなければならないでしょう。量子重力の首尾一貫した理論がない場合、そのような重ね合わせを処理する受け入れられた方法はありません。実際、アインシュタインの一般相対性理論の基本原理は、量子力学の原理と深刻な対立を始めています（Penrose、1996を参照）。それにもかかわらず、そのような重ね合わせを説明する試みにおいて、様々な暫定的な手順が提唱されてきた。私たちの現在の提案に特に関連するのは、特定の著者の提案です（すなわち、Karolyhazy、1996; 1974; Karolyhazy et al。、1986; Kibble、1991、Diósi、1989; Ghirardi et al、1990; Pearle and Squires、1995; Percival 、1995; Penrose、1993; 1994; 1996）この時点で、客観的な量子状態の減少（OR）が発生するはずであり、このプロセスの速度またはタイムスケールは、基本的な量子重力の考慮事項から計算できます。これらの特定の提案は、特定の詳細な点で異なります。明確にするために、Penrose（1194; 1996）で行われた特定の提案に従います。したがって、大きく異なる時空の量子重ね合わせは不安定であり、そのタイムスケールによって寿命が与えられます。そのような重ね合わせられた状態は、その重ね合わせに含まれる時空幾何学のいずれかである単一の宇宙状態に崩壊するか、または「減少」します。

このようなORアクションは、通常の量子力学的手順の一般的に認識されている部分ではありませんが、標準的な量子論が提供しなければならないもっともらしいまたは明確な代替手段はありません。このORプロシージャは、「複数のユニバース」の必要性を回避します（たとえば、Everett、1957; Wheeler、1957を参照）。量子重力の専門家の間では、この問題に対処する他の方法について合意はありません。本稿の目的上、重力によって誘発されたOR作用は、実際にこの基本的な難問の正しい解決策であると想定されます。

図1（Penrose、1994、p.338から採用）は、2つの巨視的に異なる質量分布が量子重ね合わせに参加するときに時空構造が影響を受ける方法を概略的に示しています。それぞれの質量分布は別々の時空を生み出し、2つは曲率がわずかに異なります。 2つの分布が量子重ね合わせのままである限り、2つの時空が重ね合わせのままであることを考慮する必要があります。一般相対性理論によれば、ある時空の点を他の対応する点と識別する自然な方法はないので、ある意味で2つを互いに分離していると見なす必要があります。時空が分岐する「ブリスター」の。

分岐する時空は、3つの図の一番下に示されています。これは、図1の上部に示されている2つの代替時空履歴の和集合（「接着バージョン」）です。各空間の最初の部分-時間は、個々の時空図の下端にあります。下の時空図（分岐図）は、実際に量子重ね合わせの2つの代替質量分布を示していますが、上の2つは、重ね合わせに参加する2つの個別の代替を示しています。結合された時空は、図で上方向に進むにつれて、質量の代替位置が互いに徐々に離れる重ね合わせを表します。量子機械的に（ORが発生していない限り）、この状況の「物理的現実」は、下の図に示すように、これら2つのわずかに異なる時空多様体の実際の重ね合わせとして示されていると考える必要があります。 ORが発生するとすぐに、分岐の2つのシートの1つとして示されているように、2つの個別の時空の1つが引き継ぎます。明確にするために、これらの２つのシートの分岐部分は、一方が凸面であり、他方が凹面であるとして示されている。もちろん、時空シートを2次元として描画することには、追加の芸術的許容が含まれますが、実際の時空構成要素は4次元です。また、時空シートが存在しているように見える想像上の「3次元空間」に付けられる意味はありません。そこには「実際の」高次元の空間はなく、分岐する時空の「固有の幾何学」だけが物理的に重要です。 2つの時空シートの「分離」が臨界量に達すると、2つのシートの1つはOR基準に従って「死にます」。もう1つは物理的な現実に存続するものです。したがって、量子状態は、図1の「凹面」または「凸面」の時空間のいずれかを選択することにより、減少（OR）します。

この分離の尺度は、図1の下の図の2つのシート間の「距離」として非常に概略的に示されているにすぎないことを明確にする必要があります。上で述べたように、物理的に存在する「周囲の高次元空間」は存在せず、その中に2つがあります。シートがあります。時空シート間の分離の程度は、より抽象的な数学的ものです。これは、4次元メトリックの空間に関するシンプレクティック測度の観点からより適切に説明されます（Penrose、1993を参照）-しかし、これの詳細（および難しさ）は、ここでは重要ではありません。ただし、この分離は時空間分離であり、単なる空間分離ではないことに注意してください。したがって、分離の時間は、空間変位と同様に寄与します。大まかに言えば、全体的な分離の程度を測定するのは、時間的分離Tと空間的分離Sの積であり、この全体的な分離が臨界量に達したときにORが発生します。 [この臨界量は、絶対単位で1のオーダーになり、プランク-ディラック定数h（実際には「hbar」：2piを超えるプランク定数）、重力定数G、および光速cがすべてかかります。値の単一性、cf.Penrose、1994 -pp.337-339。]したがって、Sが小さい場合、重ね合わせた状態の寿命Tは大きくなります。一方、Sが大きい場合、Tは小さくなります。 Sを計算するために、2つの重ね合わせた状態の質量分布の差の重力自己エネルギーEを（弱い重力場のニュートン極限で）計算します。（つまり、一方の質量分布は正にカウントされ、もう一方は負にカウントされます。Penrose、1994; 1995を参照してください。）次に、量Sは次の式で与えられます。

概略的には、SはTに含まれる1次元ではなく、変位の3次元を表すため、この変位は、これら3次元の空間のそれぞれで等しく共有されると想像できます。これは、図3（下）に示されているものです。ただし、これは絵の目的のみであり、適切なルールは上記のルールであることを強調しておく必要があります。これらの2つの方程式は、特定のORイベントの質量分布、コヒーレンス時間、および時空分離に関連しています。一部の哲学者が主張するように、経験が時空に含まれている場合、ORイベントはその経験的媒体における自己組織化プロセスであり、意識の候補です。

しかし、脳のどこで、どのように、一貫した重ね合わせとORが発生する可能性がありますか？多くのサイトとさまざまなタイプの量子相互作用が提案されています。重要な成分として微小管を強く支持しますが、クラスリン、ミエリン（グリア細胞）、シナプス前小胞グリッド（Beck and Eccles、1992）、神経膜タンパク質（Marshall、1989）などのさまざまな細胞小器官や生体分子構造も関与する可能性があります。

Microtubules

量子コヒーレント重ね合わせ、ORに適しており、意識に関連する脳構造の特性には、次のものが含まれる可能性があります。 2）機能的重要性（例えば、神経接続とシナプス機能の調節）; 3）長距離秩序を持つ周期的な結晶のような格子双極子構造。 4）外部の相互作用/観察から一時的に隔離される能力。 5）量子レベルのイベントに機能的に結合されています。 6）中空、円筒形（導波管の可能性あり）; 7）情報処理に適しています。膜、膜タンパク質、シナプス、DNA、およびその他の種類の構造には、これらの特性のすべてではありませんが、いくつかがあります。細胞骨格微小管は、あらゆる点で適格であるように思われます。

脳のニューロンを含む生細胞の内部は、自己組織化タンパク質ネットワークである細胞骨格によって空間的および動的に組織化されています。ニューロン内では、細胞骨格がニューロンの形態を確立し、シナプス接続を維持および調節します。その主成分は微小管、チューブリンとして知られている個々のタンパク質の中空円筒形ポリマーです。微小管（「MT」）は、タンパク質（微小管関連タンパク質：「MAP」）を他の微小管および細胞構造にリンクして細胞骨格格子ネットワークを形成することによって相互接続されます（図2）。

MTは、直径25ナノメートル（nm）の中空の円柱であり、その長さはさまざまであり、一部の神経軸索内では非常に長い場合があります。 MTシリンダー壁は、それぞれチューブリンとして知られる一連のサブユニットタンパク質である13本の縦方向のプロトフィラメントで構成されています（図3）。各チューブリンサブユニットは極性の8nmダイマーであり、2つのわずかに異なる4 nmモノマー（アルファおよびベータチューブリン-図4）で構成されています。チューブリン二量体は双極子であり、余剰の負電荷は単量体に向かって局在し（DeBrabander、1982）、MT内はわずかにねじれた六角形の格子に配置され、3、5、8およびその他の数の列ごとに繰り返されるらせん経路をもたらします。伝統的に細胞の「骨のような」足場と見なされていた微小管や他の細胞骨格構造も、コミュニケーションと情報処理の役割を果たしているように見えます。多くの種類の研究が細胞骨格を認知過程に関連付けています（レビューについては、Hameroff and Penrose、1996を参照）。理論モデルとシミュレーションは、微小管格子内のチューブリンのコンフォメーション状態が隣接するチューブリンとどのように相互作用して、分子レベルの「セルオートマトン」または「スピングラス」タイプのコンピューティングシステムのように情報を表現、伝播、処理できるかを示唆しています（図5;例：ハメロフとWatt、1982; Rasmussen et al、1990; Tuszynski et al、1995）。

Hameroff and Penrose（1996;要約形式、Penrose and Hameroff、1995）では、Shadows of the Mind（Penrose）で説明されている特定の「現実的な」方法で見られる量子論を使用して、微小管を意識にリンクするモデルを提示します。、1994）

私たちのモデルでは、量子コヒーレンスは、量子重力に関連して、重ね合わされたチューブリン状態間の質量エネルギー分布の差が上記の不安定性のしきい値に達するまで、脳微小管に現れ、分離されます（図6）。結果として生じる自己崩壊（OR）は、時間不可逆プロセスと見なされ、瞬間的な「今」のイベントを作成します。

そのような一連の出来事は、時間の流れと意識を生み出します（図7と8）。

微小管へのMAPの付着は、量子振動を「調整」し、起こりうる崩壊の結果を「調整」することを想定しています（図9）。したがって、MAPに接続された微小管で発生し、意識、組織化された客観的縮小（「オーチOR」）に関連する特定の自己組織化ORと呼びます。

したがって、オーチORイベントは、基本的な時空ジオメトリの自己選択プロセスです。経験が本当に基本的な時空の構成要素である場合、オーチORは意識の「難しい問題」を説明し始めるかもしれません。

Summary of the Orch OR Model for Consciousness

このモデルの詳細は、Hameroff and Penrose（1996）に記載されています。私たちが提示している写真には、次の要素が含まれています。

1.量子論（例えば量子コヒーレンス）と量子波動関数「自己崩壊」（客観的縮小：OR-ペンローズ、1994; 1996）の提案された物理現象の側面は意識に不可欠であり、細胞骨格微小管（MT ）および各脳のニューロン内の他の構造。 2.MTサブユニット（チューブリン）の立体配座状態は、内部量子イベントに結合され、古典的計算と量子計算の両方で他のチューブリンと協調的に相互作用します（Hameroff et al、1992; Rasmussen et al、1990-図4、5、6）。 3.量子コヒーレンスは、MTのチューブリン間で発生し、熱および生化学的エネルギーによって励起されます（おそらく、Frohlich、1968; 1970; 1975によって提案された方法で）。タンパク質のコヒーレント励起の証拠は、Vos et al（1993）によって最近報告されました。

MT表面の水は「秩序化」されており、タンパク質表面に動的に結合しているとも考えられます。中空MTコア内の水の秩序化（量子導波路のように機能する）は、量子コヒーレント光子をもたらす可能性があります（「超放射」および「自己誘導透明度」の現象によって示唆されるように-Jibu et al、1994; 1995）。 a）中空MTコア内で、最大数百ミリ秒の間、コヒーレンスを維持（環境相互作用から保護）する必要があります。 b）チューブリンの疎水性ポケット内。 c）首尾一貫して注文された水による。 d）ゾル-ゲル層化（Hameroff and Penrose、1996）。一見騒々しい、混沌とした細胞環境における量子コヒーレンスの実現可能性は、分離された生化学的ラジカル対からの量子スピンが細胞質内でそれらの相関を保持するという観察によって裏付けられている（Walleczek、1995）。

4.事前意識的な処理中に、量子コヒーレントな重ね合わせ/計算がMTチューブリンで発生し、チューブリンの分離状態間の質量分布の差が量子重力に関連するしきい値に達するまで続きます。その後、自己崩壊（OR）が発生します（図6および7）。 5.OR自己崩壊プロセスは、MTチューブリンの古典的な「結果状態」をもたらし、それが神経生理学的機能を実行します。 ORの特定のアイデア（Penrose、1994）によると、結果の状態は「計算不可能」です。つまり、量子計算の開始時のチューブリン状態からアルゴリズム的に決定することはできません。 6.OR後のチューブリン状態の可能性と確率は、初期チューブリン状態、および量子振動を調整および「調整」する「ノード」として機能する微小管関連タンパク質（MAP）の付着などの要因の影響を受けます（図9）。したがって、微小管における自己調整ORプロセスを「組織化された客観的縮小-OrchOR」と呼びます。 7. Penrose（1994）で発表されたORの議論によれば、重ね合わされた状態はそれぞれ独自の時空幾何学を持っています。コヒーレントな質量エネルギー差の程度が時空ジオメトリの十分な分離につながる場合、システムは単一の宇宙状態を選択して減衰（縮小、崩壊）する必要があります。したがって、Orch ORには、基本的な時空ジオメトリでの自己選択が含まれます（図10および11）。

時空分離の図（図1および10）。重ね合わされたチューブリンを囲んでいるのは、チューブリンのコンフォメーションとそれに対応する時空形状の8つの可能な還元後の「固有状態」です。

8. Orch ORプロセスを定量化するために、それぞれが適度に明確に定義された質量分布を持つ、ほぼ等しく重ね合わせられた状態のペアの場合、これら2つの質量分布の差の重力自己エネルギーEを計算します。次に、式T = h / Eによって、重ね合わせが1つの状態または他の状態に減衰するおおよその寿命Tを取得します。ここで、hは2piを超えるプランク定数です。 Tを重ね合わせのコヒーレンス時間（コヒーレンスが持続する時間）と呼びます。コヒーレンス時間T = 500ミリ秒（Libet、1979などによって事前意識処理に関連する時間として示されている）と仮定すると、Eを計算し、500ミリ秒のコヒーレント重ね合わせが誘発するMTチューブリンの数を決定します。オーチOR。これは約109本のチューブリンであることが判明しました。 9.典型的な脳ニューロンにはおよそ107個のチューブリンがあります（Yu and Baas、1994）。たとえば、各ニューロン内のチューブリンの10％が量子コヒーレント状態に関与している場合、500ミリ秒の間コヒーレンスを維持するには、約103（1,000）のニューロンが必要になります。この時点で、量子重力しきい値に到達して発生します。 10.オーチOR次に10.私たちは各自己組織化オーチORを単一の意識的なイベントと見なします。そのような出来事のカスケードは、意識の「流れ」を構成するでしょう。量子コヒーレンスがより速く現れる何らかの形の興奮性入力（たとえば、あなたが脅かされている、または魅了されている）を想定すると、たとえば、1010コヒーレントチューブリンは50ミリ秒後にオーチORすることができます（たとえば図8c）。ベンガルトラを顔に向けると、おそらく5ミリ秒で1011、またはそれ以上のチューブリンがより速く誘発される可能性があります。コヒーレンスの出現が遅い（電話代を忘れた）場合は、さらに時間がかかることがあります。単一の電子は宇宙の年齢以上のものを必要とします。 11.量子状態は非局所的であるため（量子もつれ、または「アインシュタイン-ポドルスキー-ローゼン」（EPR）効果のため）、非局所化状態全体が一度に減少します。これは、崩壊を誘発する大衆運動が国家に囲まれた小さな地域で起こった場合、またはそれが広い地域で均一に起こった場合に発生する可能性があります。したがって、各瞬間オーチORは、分離された空間分布で異なる時間スケールで進化した可能性があるが、その正味変位自己エネルギーが特定の瞬間にしきい値に達するさまざまな重ね合わせを「バインド」できます。情報は瞬間的なイベント（「今意識している」）にバインドされます。オーチORのカスケードは、私たちの身近な「意識の流れ」を表し、「前向き」な時間の流れを作り出すことができます（Aharonov and Vaidman、1990; Elitzur、1996; Tollaksen、1996）。

私たちの考察を、意識的経験の進行の性質に関して表現された主観的な視点と比較することは興味深いかもしれません。たとえば、仏教では、一連の個別の個別のイベントで構成される意識のサポートが見られます。訓練を受けた瞑想者は、現実の経験における明確な「ちらつき」について説明します（Tart、1995）。仏典は、意識を「精神的現象の瞬間的なコレクション」として、そして「それらが発生するとすぐに消滅する、明確で、つながりのない、永続的な瞬間」として描写しています。それぞれの意識的な瞬間は、連続的になり、存在し、そして消えます-点には長さがないので、その存在は瞬間的であり、時間の持続はありません。もちろん、私たちの通常の知覚は一見連続的であるように見えます。おそらく、実際の構成が一連のフレームであるにもかかわらず、「映画」が連続的であると知覚しているためです。仏典の中には、意識的な瞬間の頻度を定量化するものさえあります。たとえば、Sarvaastivaadins（von Rospatt、1995）は、24時間で6,480,000の「瞬間」（13.3ミリ秒あたり平均1つの「瞬間」）を記述し、一部の中国仏教は20ミリ秒あたり1つの「思考」として記述しました。頻度の変動を含むこれらの説明は、提案されているOrchORイベントと一致しています。たとえば、13.3ミリ秒の前意識間隔は4 x 1010コヒーレントチューブリンを含むオーチORに対応し、0.13ミリ秒間隔は4 x 1012コヒーレントチューブリンに対応し、20ミリ秒間隔は2.5 x1010コヒーレントチューブリンに対応します。したがって、仏教の「経験の瞬間」、ホワイトヘッドの「経験の機会」、そして私たちが提案するオーチORイベントは、互いに許容できるほどうまく対応しているようです。

したがって、オーチORモデルは、意識のいくつかの重要な特徴に対応しているように見えます。

1.神経作用の制御/調節 2.前意識から意識への移行 3.非計算可能性 4.因果関係 5.さまざまな（時間スケールと空間）重ね合わせを瞬間的な「今」にバインドする 6.時間の「流れ」 7.経験が基づくかもしれない基本的な時空幾何学への接続。

Orch ORモデルは、たとえば109個のチューブリン間で500ミリ秒の間量子コヒーレンスを維持できる生物が、意識的な経験をすることができる可能性があることを示唆しています。より短い期間でより多くのチューブリンがコヒーレントであるか、より長い期間（E = h / T）でより少ないチューブリンも意識的なイベントを起こします。人間の脳は、たとえば、1011チューブリン、5ミリ秒の「ベンガルトラの経験」が可能であるように見えますが、より単純な生物についてはどうでしょうか。進化の観点から、動的に機能する細胞骨格の導入（おそらくスピロヘータからの共生、例えばMargulis、1975）は、細胞の動き、内部組織、染色体の分離、および他の多くの機能を提供することによって真核細胞を大幅に強化しました。細胞が軸索や最終的には神経プロセスなどの拡張に特化するようになるにつれて、輸送と運動性を提供するますます大きな細胞骨格アレイが、機能的調整の副産物としてフレーリッヒメカニズムを介して量子コヒーレンスを発達させた可能性があります。オーチORと意識的なイベントにつながる量子コヒーレンスの出現の別の可能なシナリオは「セルラービジョン」です。 Albrecht-Buehler（1992）は、単一細胞が細胞骨格を「細胞視覚」（赤/赤外線のビームに対する検出、方向付け、および指向性応答）で利用することを観察しました。 Jibu et al（1995）は、このプロセスには微小管と秩序だった水の量子コヒーレンスが必要であると主張し、Hagan（1995）は、量子効果/細胞ビジョンが量子コヒーレンスが可能な細胞骨格アレイに進化上の利点をもたらしたことを示唆しています。何らかの理由で量子コヒーレンスが出現した場合、ある日、生物がオーチORを誘発するのに十分な微小管量子コヒーレンスを達成し、「意識的な」経験をしたと考えることができます。この原始的な意識は、どのレベルの進化的発達で現れたのでしょうか？ゾウリムシのような単細胞生物は非常に賢く、その細胞骨格を広く利用しています。ゾウリムシは意識することができますか？単一のゾウリムシが各神経細胞のように107のチューブリンを含むと仮定すると、ゾウリムシがOrch ORを誘発するためには、そのゾウリムシの100％がほぼ1分間量子コヒーレントな重ね合わせに留まる必要があります。これはありそうもないようです。線虫Celegansを考えてみましょう。それは302ニューロンの神経系が完全にマッピングされています。 C elegansはOrchORをサポートできますか？ 3 x 109のチューブリンを使用すると、線虫は500ミリ秒の間量子コヒーレントな重ね合わせを維持するためにチューブリンの3分の1を必要とします。これはありそうもないようですが、完全に不可能というわけではありません。 C elegansでない場合は、おそらく千個のニューロンを持つアメフラシ、またはいくつかの高等生物。 Orch ORは、そのような可能性を楽しませる理論的なフレームワークを提供します。原始的なオーチまたは経験は私たちのようなものでしょうか？ C elegansが自己崩壊することができたとしたら、それはワームになるのはどのようなものでしょうか？（Nagel、1974）C elegansの単一の109チューブリン、500ミリ秒のオーチORは、重力の自己エネルギー（したがっておそらく経験的強度）が私たちの「日常の経験」の1つと等しいはずです。主な違いは、多くのOrch ORイベントが連続して発生する（たとえば、1秒あたり最大109）のに対し、Celegansは最大で1秒あたり2つを生成できることです。線虫もおそらく広範な記憶と関連性を欠き、感覚データが乏しいでしょうが、それにもかかわらず、私たちの基準によれば、線虫の109チューブリン、500ミリ秒のオーチORは意識的な経験です：既知の現実の単なる汚れ、次の空間-時空移動。意識は宇宙の中で重要な位置を占めています。微小管のオーチORは、基本的な時空幾何学における計算不可能な自己選択のシーケンスとして意識を表すモデルです。経験が時空の質である場合、オーチORは確かに意識の「難しい問題」に真剣に取り組み始めます。 Journal of Consciousness Studies（2）1：36-53、1996から転載意識の「難しい問題」に関する特集

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