Дискуссии - Наука

В.А. Шашлов

В нейронах имеются структуры толщиной 1 диаметр протона: это монослои, образованные ионами Н⁺, отделившимися от молекул Н₂О. Протонные монослои формируются между липидными слоями миелиновых оболочек и выполняют функцию кубитов, наличие которых превращает мозг в квантовый компьютер.

Цель работы

Цель работы – показать, что в миелиновых оболочках нейронов имеются структурные единицы, толщина которых составляет всего 10^-13 см, и указать роль этих структур в информационной системе мозга.

Содержание работы

В первом разделе описан способ образования в миелиновых оболочках нейронов максимально тонких структур в виде монослоев протонов.

Во втором разделе показано, что в протонных монослоях могут формироваться сверхпроводящие кубиты.

В третьем разделе описана работа квантового компьютера мозга.

I. Механизм образования протонных монослоев

Рассмотрим двойной слой, образованный сильно полярными молекулами, причем молекулы каждого слоя ориентированы в направлении другого слоя одноименно заряженными концами. Кулоновское отталкивание одноименных зарядов делает данную структуру неустойчивой, однако, если двойной слой заключить между двумя внешними слоями, то конструкция приобретет устойчивость: силы, посредством которых молекулы прикреплены к внешним слоям, будут компенсировать отталкивание одноименных заряженных концов, которыми молекулы 2-х слоев обращены друг к другу.

Простейшая реализация описанной структуры – это двойной слой молекул Н₂О, заключенный между слоями липидных молекул, которые обращены к молекулам воды полярными головками. Молекулы воды прикрепляются к полярным головкам отрицательно заряженными концами (ОН^-), вследствие чего положительно заряженные концы (Н⁺) оказываются расположенными в средней части двойного слоя.

Внешние поверхности параллельны, поэтому все ионы ОН^-, принадлежащие двум слоям молекул Н₂О, располагаются на одинаковом расстоянии друг от друга. Если это расстояние будет равно удвоенному расстоянию (~ 2*10^-8 см) между ионами ОН^- и Н⁺ в молекуле воды, то ионы Н⁺, принадлежащие молекулам Н₂О обоих слоев, будут располагаться посередине между данными слоями и будут лежать в одной плоскости.

В итоге, получаем структуру, состоящую из 5 слоев:

№1, №5 – два внешних слоя липидных молекул,

№2, №4 – два слоя, образованные ионами ОН^-,

№3 – средний слой, образованный ионами Н⁺.

Ионы Н⁺, составляющие слой №3, находятся на одинаковом расстоянии от слоев №2 и №4, поэтому силы, действующие со стороны этих слоев, равны по величине и противоположны по направлению. Вследствие одинакового воздействия со стороны слоя №2 и слоя №4, ионы Н⁺ освобождаются от связи с конкретными ионами ОН^- и образуют самостоятельную фазу: так образуется монослой протонов.

Данный процесс аналогичен процессу растворения: молекулы Н₂О, будучи жестко прикрепленными к липидным мембранам, «растворяют» друг друга (подобно тому, как растворяется в воде поваренная соль), отделяя ионы Н⁺ от ионов ОН^-.

Примечание. Данный процесс происходит без нарушения закона сохранения энергии: при разделении молекулы Н₂О на ионы Н⁺ и ОН^-, их энергия превышает энергию исходной молекулы, однако, при этом, протон переходит в «коллективное владение» ионов ОН^-, что сопровождается уменьшением энергии.

Если в протонном монослое отсутствуют чужеродные элементы, то протоны будут двигаться вдоль этого монослоя без сопротивления, т.е. протонные токи будут незатухающими и могут образовывать кубиты: состояния |0> и |1> соответствуют двум противоположным направлениям протонного тока.

II. Аксоны – это 1000-кубитные регистры

Аксоны представляют собой длинные (~ 10 см) отростки нейронов, покрытые миелиновой оболочкой, состоящей из наложенных друг на друга липидных слоев, количество которых составляет, в среднем, 20 слоев. Через каждый миллиметр миелиновая оболочка прерывается перехватом Ранвье: «оголенным» участком аксона, в который встроены ионные каналы, через которые протекают ионные токи при прохождении потенциалов действия.

Липидные слои в миелиновых оболочках расположены парами, в которых каждый слой липидных молекул обращен к молекулам другого слоя неполярными хвостами. Соответственно, каждая пара липидных слоев обращена к соседней паре полярными головками: именно в промежутке между этими парами, т.е. между полярными головками 2-х соседних липидных слоев образуются двойные слои молекул Н₂О.

Полярные головки обладают гидрофильными свойствами, благодаря которым происходит адсорбция молекул Н₂О. При медленном наложении слоев полярных головок, адсорбированные молекулы Н₂О образуют двойной слой, и в каждом слое укладываются таким образом, что ионы Н⁺ оказываются в середине этого двойного слоя [1].

Таким образом, количество двойных слоев молекул Н₂О в поперечном сечении аксона составляет, в среднем, 20/2 ~ 10. Количество отрезков длиной 1 мм, заключенных между двумя соседними перехватами Ранвье, равно (10 см)/(1 мм) ~ 100.

Кубиты могут образовываться в каждом из 10 водных слоев каждого из 100 отрезков, поэтому общее количество кубитов в одном аксоне составляет 10*100 ~ 1000. Это означает, что каждый аксон представляет собой 1000-кубитный регистр.

Примечание. В миелиновые оболочки встроены белковые молекулы: они создают отверстия в протонных монослоях, делая их многосвязными. В таких структурах протонные токи могут формировать не только кубиты, но также кутриты …, – их использование позволяет значительно усовершенствовать квантовые алгоритмы.

III. Мозг – это квантовый компьютер

Любые самые мощные суперкомпьютеры, построенные на классических принципах записи и воспроизведения информации, не способны в полной мере моделировать образное мышление: запоминание даже одного образа, с учетом всех качественных характеристик и многообразных связей с другими образами, требует практически неограниченного количества чисел. Способность мозга к мышлению образами может найти объяснение только в том случае, если мозг работает в режиме квантового компьютера: квантовый компьютер способен обрабатывать массивы чисел, количество которых на многие порядки превышает число частиц во Вселенной.

Если аксоны действительно выполняют функцию 1000-кубитных регистров, то мозг, в котором количество аксонов порядка 10¹¹, представляет собой квантовый компьютер, содержащий 1000*10¹¹ ~ 10¹⁴ кубитов. Соответственно, размерность гильбертово-проективного пространства, в котором квантовый компьютер мозга, производит вычисления, равна 2^{100 000 000 000}.

Каждому измерению гильбертово-проективного пространства сопоставляется число, представляющее собой проекцию на это измерение волнового вектора, с которым работает квантовый компьютер. Соответственно, общее количество чисел, с которыми оперирует квантовый компьютер мозга, также имеет величину 2^{100 000 000 000}, – этого достаточно для воспроизведения любого количества образов.

Управление кубитами в информационной системе мозга осуществляется с помощью гиперзвуковых импульсов. В мембранах нейронов имеется, по крайней мере 2 механизма генерации когерентных гиперзвуковых колебаний:

1) акустоэлектрический мазерный эффект, в котором функцию накачки выполняют ионные токи, протекающие через перехваты Ранвье [2],

2) акустоэлектрический аналог нестационарного эффекта Джозефсона, в котором функцию напряжения выполняет натяжение рассматриваемых слоев [1].

При прохождении потенциала действия, кубиты переводятся в основное состояние |0>, после чего кубиты эволюционируют и происходит решение поставленной задачи. Интервал времени между потенциалами действия достаточен для решения любой задачи.

Важнейшей проблемой является проблема хранения обрабатываемой квантовым компьютером мозга информации: где хранятся образы сознания?

Если для этой цели используются какие-либо молекулярные или атомные структуры, то возникнет чрезвычайно сложная задача извлечения данной информации. Более вероятно, что запись образов сознания происходит в виде точек гильбертово-проективного пространства, в котором оперирует квантовый компьютер мозга.

Если мозг действительно представляет собой квантовый компьютер, то должна существовать Субстанция в виде гильбертово-проективного пространства.

Заключение

Данная работа продолжает поиск структур, которые служат главными носителями информации в информационной системе мозга. На роль таких структур предлагается протонные монослои, образующиеся в средней части двойных слоев молекул воды, «зажатых» между липидными слоями миелиновых оболочек аксонов.

В настоящее время миелиновые оболочки рассматриваются как пассивный элемент, выполняющий функцию изоляции при проведении потенциалов действия. Напротив, в данной работе утверждается, что миелиновые оболочки являются основными элементами информационной системы мозга: в миелиновых оболочках формируются кубиты, которые обеспечивают обработку информации в процессе мышления.

Монослои протонов являются наиболее глубинными структурами мозга: по крайней мере, они самые тонкие, – толщина протонных монослоев ~ 10^-13 см.

В данных структурах формируются сверхпроводящие кубиты, позволяющие мозгу работать в режиме квантового компьютера. Наличие кубитов делает неизбежным вывод: информационная система мозга представляет собой квантовый компьютер.

Выводы

1. В миелиновых оболочках аксонов имеются структуры толщиной 10^-13 см.

2. Данные структуры имеют форму цилиндрических монослоев протонов.

3. Протонные монослои выполняют функцию сверхпроводящих кубитов.

4. Каждый аксон содержит, в среднем, 1000 кубитов и кутритов.

5. Сознание – результат работы квантового компьютера мозга.

ЛИТЕРАТУРА

1. В.А. Шашлов, Квантовый компьютер на протонной сверхпроводимости // «Академия Тринитаризма», М., Эл № 77-6567, публ. 27991, 22.07.2022

2. В.А. Шашлов, «Радиофизика», Изв. Вузов, 1994, вып.1, с. 103 https://radiophysics.unn.ru/sites/default/files/papers/1994_1_103.pdf

[Обсуждение на форуме «Публицистика»]