意識について：心、モデル、そして謎：チューブリンとEZ水を介して、ニューロンの微小管が量子意識を宿している？　ジェシカ・ローズ博士

On consciousness: Minds, Models, and Mysteries

jessicar.substack.com/p/on-consciousness-minds-models-and

x.com/Alzhacker/status/1911069538243977455

ジェシカ・ローズ

2025年4月12日

「脳について研究する脳。 どんなに奇妙なことだろうか？ 意識は、複雑な生物学のカオスから生じるものなのか、それとも生物学のカオスに根本的なものなのか？ 意識は生物学・化学・物理学に基づくものなのか、それともそれらとは別個のものなのか？ そして調和的な場の役割とは何なのか？」

ジェシカ・ローズ。 朝の考え。 2025年4月8日

リラックスして、ワインをグラスに注ごう。あるいはボトルでも。今回は長文でかなり専門的になる。この記事では、人間の脳、微小管、チューブリン、人工ニューラルネットワーク、猫、量子生物学、ゲル状の細胞質、秩序だった水層、EZ水、化学から見た意識の起源、チューブリンの生化学、調和したチューニングとしての意識など、意識への愛を込めて取り上げる。

明確にするために、いくつかの定義と比較をしておく

生物学的ヒトの脳 vs. 人工ニューラルネットワーク（ANN）：ヒトの脳は、離散的なニューロンの活動電位を連続的な動的プロセスと融合させるが、ANNは理論的には連続的であるものの、実際には離散的に機能する。前者は生物学的であり、後者は人工的である。ANNは脳の構造と動力学から着想を得ており、主に膨大な計算能力によってパターン認識と学習に秀でている。

古典的コンピューティングと量子コンピューティング：古典的コンピューティングは2値ビットを順次処理するのに対し、量子コンピューティングでは同時に複数の状態が存在するキュービットを使用する。これにより、従来とは全く異なる計算が可能になる。量子コンピューティングは、重ね合わせやもつれといった量子現象を活用して、古典的システムでは不可能な方法で情報を処理する。特に、特定の複雑な問題に対して有効である。

プロローグ – 混乱をあおる

脳と意識の研究は、私自身が研究されているような気がする。脳は、私たちの意識を生み出す極めて複雑な生物学的で柔らかい器官である。しかし、意識はどのようにして生じるのだろうか？意識は、脳の神経計算から単純に生じるものなのだろうか？それとも、まだ十分に理解されていないプロセスに関連する、より捉えどころのない何かが作用しているのだろうか？ますます強力になる人工ニューラルネットワーク（ANN）の発展に伴い、いずれはANNも意識を持つようになるのではないかという疑問が生じる。意識とは何かが分からなければ、どうしてそうした疑問を抱くことができるだろうか？もしANNが意識を持つようになった場合、そのパズルを解く鍵となるのは、並列計算を可能にする量子コンピュータのようなテクノロジーではないかと私は考えている。

現代の神経科学では、意識は主観的な経験と大脳皮質の同期振動のような特定の神経相関を結びつける証拠によって裏付けられた、脳の神経活動の創発的性質であると見なされている。¹ しかし、意識の正確な性質は依然としてつかみどころがなく、単なる計算を超越する可能性があるのではないかという憶測を呼んでいる。この不確実性は、意識を経験的に測定する取り組みを複雑化させる。意識の主観的な本質は客観的な定量化を拒むため、この課題はしばしば「意識のハードな問題」と呼ばれる。² たとえば、神経発火におけるエネルギー消費を追跡することはできるが、このエネルギー消費を意識の質的な経験と区別する方法はなく、その起源に関する疑問は残されたままである。汎心主義などの哲学的な見解では、意識は質量やエネルギーと同様に宇宙の根本的な特徴であり、脳によって生成されるものではなく、脳とは独立して存在し、脳によってアクセスされるものであると提唱している。一方、計算モデルでは、意識は脳のハードウェアから生じ、そのハードウェアに依存するソフトウェアのような機能であると類似している。その本質を明確に理解できないため、どちらの可能性も活発に研究されており、この永遠の謎の深遠な複雑さを反映している。

では、意識とは神経計算の創発的性質なのか、それとも何か他のものなのか？ この記事では、意識は神経細胞間の接続の結果ではなく、神経細胞自体における量子過程の結果であるとする、ハメロフとペンローズの「Orchestrated objective reduction（Orch-OR）」理論について掘り下げてみるつもりである。人間の脳と量子生物学の関連性は、量子プロセス（重ね合わせやもつれなど）が微小管とチューブリンを介して、ミクロなレベルで神経計算や意識に影響を与える可能性にあるかもしれない。

この記事を書いている最中に、神経計算の創発的性質であるという考えを裏付ける論文が発表されたが、必ずしも意識の普遍的モデルであるとは限らない。Fang et al. (2025年4月4日) は、最新の研究で、脳の特定の場所における視覚意識における意識的知覚のゲート化を実証している。Hameroff (近いうちに彼を紹介しよう) は、私が同意する反論を返した。

しかし、視床は嗅覚が視床をバイパスしているように、すべての意識にとって必要というわけではない。また、デフォルト・モード・ネットワークの一部でもない。

人間の脳について

人間の脳は、脊髄と連携して、私たちが感覚を認識し、話し、踊ることを可能にする神経系の中心器官である。それは、身体のほとんどの活動の司令塔であり、絶えず感覚情報を処理、統合、調整し、感覚を動作に変換している。

平均的な大人の人間の脳は、見た目は豆腐のようであり（どうやら、私はまだ豆腐を触ったことがない）、重さは約1.2～1.4kg（2.6～3.1ポンド）である。大脳は脳の中で最も大きな部分であり、脳について考えるとき、ほとんどの人が想像するのはこの部分であろう。大脳皮質（外層）と、大脳皮質を覆う灰白質の外層（厚さ約2～4mm）を含んでいる。この部分が、見た目にも脳らしい部分である。

図1a：脳の最も有名な部分を異なる色で強調表示（https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_regions_in_the_human_brain）

大脳のほかに、私たちの体には脳幹と脊髄がある。脳幹は大脳と脊髄をつなぐ重要な役割を果たしており、心拍、呼吸、意識、睡眠と覚醒の機能など、さまざまな点で重要な役割を果たしている。つまり、伝導において非常に重要なのだ。脊髄は体の末端とつながっており、体を動かすことができる。

人間の脳は体重の約2%を占めるにすぎず（その働きを考えると、それほど重くない！）、脳梁によってつながった2つの半球から構成されている。脳梁は脳の2つの半球をつなぐ情報スーパーハイウェイのようなもので、人間の脳の中で最大の白質構造であり、2億～3億本の軸索突起（神経の通り道）から成る。

図1b：上から見た脳梁。https://en.wikipedia.org/wiki/Corpus_callosum。

大脳半球はそれぞれ、白質（後述）と皮質下の構造からなる内側のコアと、外側の大脳皮質から構成されている。大脳皮質は4つの葉に分かれており、前頭葉（運動制御、実行機能）、頭頂葉（感覚処理、空間認識）、側頭葉（聴覚処理、言語理解、記憶）、後頭葉（視覚処理）である。

図1c：脳の各葉。https://en.wikipedia.org/wiki/Lobes_of_the_brain

人間の脳には、これらの葉を構成する多くの非運動部位がある。図1bに示されている小脳は、まるで巨大な脳（大脳）に守られている小さなミニ脳のようで、脳内のニューロンの半分以上を占めているにもかかわらず、体積はわずか10%ほどしかないという事実には驚かされる³。松果体、後交連、脳弓体など、この驚くべき器官を構成するさまざまな柔らかい組織がある。

図1d: 1908年発行のソボッタ著『人体解剖学』より解剖学イラスト。https://en.wikipedia.org/wiki/Human_brain

大脳、脳幹、小脳、脊髄を含む脳の特定の部位は、3層の膜からなる髄膜で覆われており、これは保護、支持（構造および血管）、クッションの役割を果たしている。大脳皮質の最も外側の膜は、血液脳関門の重要な一部である。そのことについてはこちらで読むことができる。

人間は、白質と灰白質から構成されている。この名称は、図1eに示すように、脳を内側から検査した際の染色による色調（汚れによる）に由来する部分もある。白質が白いのは、ミエリン化によるものである。ミエリンは脂肪分を多く含んでいるため光を反射し、染色されていない切片では白質に特有の色調を与える。ミエリンは神経線維（軸索）を取り囲み、ほとんどの長い神経線維に存在し、電気絶縁体として機能する。これは重要なことで、ミエリンは中枢神経系内の灰白質への導管として機能し、脳内のあちこちに素早くメッセージを伝達する。これが脱髄疾患が深刻な理由でもある。信号伝達は依然として可能だが、遅くなるだけだ。

図1e：右側から見たヒトの脳の解剖図（右側が前方）で、灰白質（外側の暗い部分）と白質（内側で、より白い部分）を示す。https://en.wikipedia.org/wiki/White_matter。

大脳皮質は、複数の層からなるニューロンから構成されており、ニューロンの細胞体、樹状突起、無髄軸索が主に集まって、脳の灰白質の大部分を形成している。一方、皮質の下にある白質は、主に髄鞘軸索から構成されており、さまざまな脳領域を結ぶとともに脊髄や末梢にも伸びている。脳の白質は、脳の総体積の約半分を占めている。⁴

意識の本質を探求するのではなく、人間の脳の入門編になってしまいそうだが、ここでイントロダクションを切り上げたい。しかし、脳の生物学と特定の機能が果たされる場所については強調しておきたい。

人間の脳は、その構造と機能の両面において、非常に複雑な器官であることは疑いのない事実であるが、ここではニューロンと微小管（図2の緑色部分）およびチューブリンに焦点を絞って説明したいと思う。神経細胞と微小管は、興味深い関係にある。微小管は神経細胞の構造と機能を支える足場であり、神経細胞は神経系（脳や脊髄）内の細胞で、電気インパルスの伝導体として機能する。ニューロンは興奮性細胞であり、活動電位として知られる電気信号を発生させる。この電気信号は神経ネットワーク全体に伝わり、シナプスを介して化学伝達物質である神経伝達物質を使用して電気的に信号を伝達し、互いに通信する。この電気的および化学的プロセスの複雑な組み合わせが、神経系における重要な役割を支えている。

図2：真核生物の細胞骨格の構成要素。アクチンフィラメントは赤、微小管は緑、核は青で示されている。https://en.wikipedia.org/wiki/Microtubule

微小管とチューブリンについて

微小管は細胞内の中空の円筒構造で、チューブリンタンパク質から構成され、外径は約25nmである（図3参照）。チューブリンタンパク質は、αおよびβチューブリンサブユニットの二量体（非共有結合型分子）であり、重合（ポリマー鎖を形成する化学反応）により互いに積み重なり、プロトフィラメント（微小管の断面あたり13個）を形成する。このプロトフィラメントは、微小管の中心部の周囲にらせん格子を形成し、中空の管を構成する。重要なのは、プロトフィラメントを形成する際にチューブリンが頭部と尾部を結合することであり、これにより微小管に固有の極性が生じる。すなわち、「+」末端（βチューブリンが露出し、成長を促進する）と「-」末端（αチューブリンが露出し、動きが少ない）である。この極性は、モータータンパク質の移動（キネシンはプラス端へ、ダイニンはマイナス端へ）や、ニューロンを含む細胞内の微小管の組織化を方向づけ、軸索や樹状突起に沿った輸送を決定する。

微小管の極性は、主にα-β-チューブリン二量体（頭部と尾部が結合した構造）の構造的不対称性から生じる。これは、α-チューブリンが非加水分解的にGTPと結合し、β-チューブリンが加水分解的にGDPまたはGTPと結合するという、その構造とGTP結合特性の違いによるものである。電荷分布は、静電気力によってこれらの相互作用を安定化させることで、補助的な役割を果たしている。この極性は、この記事の後半で非常に重要な意味を持つことになる。

図3：チューブリンの構造と微小管の測定値。https://en.wikipedia.org/wiki/Tubulin。

ここからが興味深いところだ。

ロジャー・ペンローズとスチュアート・ヘイマーは、量子生物学における「協調的客観的還元（Orch-OR）」という理論を研究しており、微小管が量子プロセッサとして作用し、意識は純粋な計算プロセスではなく量子計算から生じると示唆している。意識が通常の神経接続から生じるという考えとは異なり、彼らの理論では、意識にとって重要な量子プロセスを神経細胞内の微小管が促進すると提案している。これらのプロセスは、客観的還元（OR）と呼ばれる仮説上のメカニズムに依存している。ORとは、複数の状態に同時に存在する粒子などの量子重ね合わせが、時空間の重力効果によって自然に崩壊するメカニズムである。

Orch-ORでは、微小管における生物学的調和のとれた量子状態が、客観的還元（OR）の崩壊が起きる時間スケールでコヒーレントな計算を可能にする。これにより、チューブリンタンパク質のような微細構造において量子効果が持続する一方で、脳の巨視的な挙動は古典的かつ安定した状態を維持する。ORは、量子力学における「測定問題」に対処する仮説的メカニズムであり、量子重ね合わせ（複数の可能な状態）は時空間の重力効果により自然に崩壊し、観測者を必要とせずに客観的に明確な結果が現れると提案している。ORを応用することで、Orch-ORは、量子プロセスが意識の根底にある可能性について推測的な説明を提供している。

意識は大脳ニューロンが実行する計算の複雑性が増すにつれて生じるという説もあるが、Orch-ORは、意識は細胞微小管上に集合的に形成されたキュービットによる非計算可能な量子処理に基づくものであり、そのプロセスはニューロン内で大幅に増幅されると主張している。⁵

彼らは、チューブリンの構造状態が量子コヒーレンスを支える可能性があり、芳香族アミノ酸中の電子の動きが重ね合わせと絡み合いを可能にする、と提案している。私たちのヘテロ二量体チューブリン分子の構造を思い出してほしい。 批判派は、生物学的システムは持続的な量子効果にはあまりにも「ふにゃふにゃ」過ぎると主張しているが、微小管における振動共鳴のような量子的な挙動を示唆する研究もある。

さて、私の中の精神論者は、彼らが何かを見つけていると確信している。 しかし、科学者も同じことを考えている。 まだ頭痛がひどくないので、ANN（人工ニューラルネットワーク）について話を移そう。

ANNについて

ニューラルネットワークの開発には長い歴史があり、その起源は1795年にさかのぼる。ガウスが画期的な研究により惑星の動きを解明し、ガウス引力定数と最小二乗法、そして磁気の基本原理を導入したことによる。彼と私は、「知識の習得そのものが、知識の所有よりも大きな喜びをもたらす」という信念を共有している。最小二乗近似法に関する彼の研究以来、ニューラルネットワークは大きく進歩した。

1960年代から1970年代にかけてのディープラーニングの飛躍的な進歩により、バックプロパゲーション（単一の入出力例に対するネットワークの重みに関する損失関数（損失の最小化）の勾配の計算を含む）や、畳み込み（コンピューターの「視覚」）、再帰（記憶 – ChatGPTの「P」は事前トレーニング（自己教師あり学習）を表す） ニューラルネットワークの開発、さらには生成的敵対的ネットワーク（GAN）（2つのニューラルネットワークの対決）による子猫の認識に至るまで、ニューラルネットワークにおける複数の隠れ層の使用により、図の左側の画像から4、10年余りで右側の画像へと進歩した。驚くべきことではないだろうか？ つまり、右の画像は写真のように見える。そして、この記事を読めば、画像とは実際何なのか、また、人間とコンピューターが撮影した画像に違いがあるとしたら、それは何なのか、という疑問が浮かんでくるかもしれない。

図4：ラベルのないYouTubeの動画の静止画から学習した人工ニューラルネットワークのニューロンの1つが、猫を検出することを学習した。https://blog.google/technology/ai/using-large-scale-brain-simulations-for/（左）と2025年4月8日（火）のGrok3が生成した「猫」の画像。

そして忘れてはならないのは、これらはすべて線形回帰のようなエレガントなモデルに基づいているとはいえ、[ディープ]ニューラルネットワークの能力の進化は線形ではないということだ。このことについての詳細は、Skynet todayで読むことができる。おっと。人工知能におけるDARPAの経験について掘り下げた、偉大なK博士によるもう一つの素晴らしい記事を紹介しよう。おっとの2乗。

ゲーマーの皆さんに感謝の声を届けなければ、私は怠慢だ。彼らがいなければ、今日のようにニューラルネットワーク開発が進むことはなかっただろう。私はゲーマーではないが、外部から見ていると、ゲーマーたちが素晴らしいグラフィック環境で「勝利」するための戦略を練ることに熱中していることが、ニューラルネットワークの急速な進化を導いたアイデアの原動力となっていることがわかる。特に、グラフィックハードウェア（ニューラルネットワークのトレーニングに不可欠なGPU）の開発や、ゲームプレイエージェント（DeepMindのAlphaGoやAlphaStarなど）のAI研究において、その傾向が顕著である。

人工ニューラルネットワークの開発において最も重要なトレーニングデータとハードウェアは、何百万時間ものゲームプレイという大変な努力の賜物であることは明らかである。

ニューラルネットワーク同士を競わせるという驚くべきアイデアは、ゲーム理論や機械学習の概念から生まれたもので、ゲームからの直接的な影響というよりも、生成モデルを改善する方法について仲間たちとバーで議論していたときに、イアン・グッドフェローが思いついたものだと言われている。私には、ゲームをしているように聞こえる。いかにも「ビューティフル・マインド」らしい。おそらく最も複雑な疑問に対する答えが私たち自身の中に見出され、私たちが生き、呼吸し、グラスの底に映る反射を眺めている間、その答えがすぐ目の前にあるというのは信じられないことではないだろうか？

図5：映画『ビューティフル・マインド』のバーの場面。https://www.looper.com/238554/the-ending-of-a-beautiful-mind-explained/

ニューロンと微小管の話に戻る。

では、これらの天才たちは、長年にわたって、これらの神経ネットワークの開発を続ける中で何をしようと考えたのだろうか？ 天才なら誰でもそうするように、彼らは自然を模倣しようとした。つまり、すべての天才のなかでも最も偉大な天才である自然を模倣しようとしたのだ。より正確に言えば、彼らはニューロンを模倣しようとした（そして今も模倣しようとしている）。念のために言っておくと、ニューロンに相当するコンピューター（人工ニューラルネットワーク）はノード（またはパーセプトロン）と呼ばれる。

ニューロンは、段階的な電位の累積効果の結果である活動電位によって発火する。勾配電位は、刺激の強さに比例する細胞膜電位の局所的で可変的な変化であり、時間と距離とともに減衰する。これは樹状突起または細胞体で発生し、信号を統合して活動電位が発生するかどうかを左右する。勾配電位は、その勾配性、閾値の欠如、短距離効果により、活動電位とは明確に区別される。ニューロンの膜電位が閾値（通常は-55 mV前後）に達すると、活動電位が発生する。つまり、活動電位自体は、ほぼオンかオフのどちらかである。ほぼ、と表現したのは、発火に至るまでのプロセスが、発火の速度や時間経過に伴う発火パターンによって異なるためである。例えば、ニューロンは1秒間に10回発火する場合もあれば、100回発火する場合もあり、単純な0か1かという単純なものではない複雑な要素が加わる。また、ニューロンは1対1で「接続」されているわけではなく、1つのニューロンは他のニューロンからの何千もの入力を統合する。

これらの電位はくしゃみに例えることができる。段階的な電位はくしゃみの誘因（花粉や鼻や頭の刺激）の蓄積であり、活動電位はくしゃみそのものであり、起こるか起こらないかどちらか一方のイベントである。これは、神経回路網における2値閾値ユニットに似ており、刺激が一定のラインを越えた場合に即座に引き起こされるくしゃみのように、重み付けされた入力を合計し、厳格なカットオフに基づいて0または1を発生させる。しかし、神経回路網の動作は、くしゃみの合唱のようなもので、さまざまなくしゃみのきっかけとなるくしゃみは、多くの鼻で混ざり合い、増幅されたり、減衰したりして、単なくしゃみの単純な積み重ねをはるかに超える集合的な効果を生み出す。

従来のコンピュータは、この2進法を用いて、すべてのデータと命令を0と1の組み合わせで表現し、論理ゲートで処理して計算や演算を行う。量子生物学について触れる際には、この理解が重要になる。量子システムでは、重ね合わせ（0、1、またはその両方を同時に）で存在できるキュービットが使用され、特定の計算では並列処理と確率的な結果が可能になる。量子ビットについては後述する。 ハーディ・ハー・ハー。

典型的な人間のニューロンが、その演算状態において2進法と類似していることを説明する、素晴らしい概略図がこちらである。

図6：樹状突起の入力から軸索終末の出力への信号の流れがあるニューロンと有髄軸索。https://en.wikipedia.org/wiki/Neural_network_（machine_learning）。

図6からわかるように、樹状突起を通じて入力を受け取るニューロンでは、他のニューロンからの神経伝達物質が興奮性または抑制性のシナプス後電位（シナプス蓄積）を引き起こす。入力は処理され、軸索（多くの場合、髄鞘化されている）を通じて出力信号が送信される。これは、ニューロンが発火（シナプス蓄積）すると「オン」状態と解釈できる。ニューロンが発火（くしゃみ）すると「オン」状態と解釈され、全体的な出力には次のニューロンへのシナプス伝達と発火率およびパターンにエンコードされた情報が含まれる。

これは、ニューラルネットワークにおける人工ニューロンが、重み付け和によって入力を処理し、活性化関数を適用して、使用する活性化関数に応じて、2値（例えば、ステップ関数による0または1）または連続（例えば、シグモイドによる0から1の間の確率）の出力が生成されるのと対照的である。加重和は、他のニューロンからの異なる信号をどの程度聞くかを決定するニューロンに似ている。各信号は関連性に基づいて重み付けされ、加重和が次のステップを決定する。ただし、Orch-ORは、量子プロセスがこの古典的な和算のさらに上層を加える可能性を示唆している。

どちらのシステムも入力を受け取り、それを処理し、出力を生成する。生物学的ニューロンでは、出力は活動電位（または活動電位の欠如）であり、ノード（生物学的ニューロンに類似）では、出力は活性化関数の結果である。ノードの出力が2値である場合、これはニューロンの活動電位のオン/オフの性質を反映している。

さて、それについてはもう十分だ。生物のニューロンに戻ろう。微小管とチューブリンについてはどうだろうか？ これらは活動電位の伝導に関して構造的な役割を果たしているが、それ以外に何をしているのだろうか？ それらの構成要素、すなわちチューブリン分子が、極性の方向に基づいて情報を保存している可能性はあるだろうか？

神経細胞に存在する微小管は神経細胞微小管と呼ばれ、機能や細胞内配置の点で微小管とは若干異なる。YouTubeで公開されている、キネシンの歩行の動画は、もう皆さんご覧になったことがあると思う。まだの方は、こちらをクリック。

上の動画で、キネシンタンパク質（別名：キネシン氏）が歩いているものは微小管である。繰り返しになるが、微小管は中空で、チューブリンタンパク質が動的に（チューブリン二量体の数に応じて「伸び縮み」する）重合したものである。キネシン氏のおかげでより明確に想像できるようになったと思うが、微小管とそれを構成するチューブリンは、輸送とインフラストラクチャーにとって非常に重要である。ちなみに、微小管には極性方向があるため、キネシン氏は「-」の端から「+」の端へしか歩けない。ダイニン氏の「+」の端から「-」の端へしか歩けない運命よりはましだ。かわいそうなダイニン氏。

バークレーで撮影された次のビデオでは、チューブリン二量体が微小管を構成し、分解する様子を見ることができる。

細胞分裂とDNA複製において微小管がなぜそれほど重要なのかを視覚的に理解するのに役立つ、Veritasiumによる素晴らしいビデオ（下記）がある。 本当に素晴らしい。 微小管が「成長」する様子を視覚的に理解できる。染色分体の界面（動原体）にチューブリン二量体を追加することで、細胞分裂が可能になる。

微小管について、またそれが何のために存在するのかについて、もう少し理解が深まったところで、これらのことが客観的還元を通じて量子生物学をどのように「扱う」可能性があるのかについて、さらに考察を進めていこう。

ローガンとサー・ロジャー・ペンローズの対談から、もうひとつ短いビデオインタビューの抜粋をご紹介しよう。

量子生物学について

ロジャー・ペンローズは、優れた数学物理学者であり、意識に関する素晴らしいアイデアを持っている。ペンローズは小脳は無意識であると述べている。小脳は、前述の通り他の脳部位よりもニューロンが多いだけでなく、大脳皮質よりもニューロンが多く（約690億対160億）、大脳は複雑かつ長距離の接続性により、総シナプス結合数が多い（約150兆対小脳の100兆）。それは単にニューロンの数だけの問題ではなく、脳全体におけるニューロンのダイナミックで、おそらくはカオス的な挙動の問題でもある。ペンローズは、微小管が意識に関する最有力候補のひとつであると推測したであろう。

PBS制作の以下のビデオは、量子脳理論の背景にあるこの議論の要点をうまくまとめている。この記事で取り上げている概念のほとんどを視覚的にわかりやすく要約しており、執筆を始める前にこれを見ておきたかった。

図7：波動関数の収縮を伴う量子システムによる処理の結果は、アルゴリズムとは無関係である。 つまり、意識的な推論には量子の要素があるのかもしれない。 www.pbs.org/video/was-penrose-right-new-evidence-for-quantum-effects-in-the-brain-pe0bka/。

ペンローズは、このテーマについては麻酔科医のスチュアート・ハメロフ（彼は意識の領域でも非常に興味深い研究を行っている）の見解を支持し、意識の本質を解明しようとする場合、麻酔薬が意識を遮断するのと同じように、意識を遮断する要因を調べなければならないという重要な指摘を行っている。

量子生物学において微小管はどのように作用し、意識を可能にしているのか？

微小管は分子コンピューターなのだろうか？チューブリン分子は、分極方向に基づいて情報を保存する能力を持っているのだろうか？追伸：こちらのビデオをご覧になり、波動関数の収縮（別名：客観的収縮理論）について学んでください。

ペンローズとハメロフは、微小管内のチューブリン二量体が、構造状態の重ね合わせ（例えば、一方の状態は二量体の構造がわずかに変化した状態を表す）で存在できるという素晴らしい仮説を立てた。なんと論理的で天才的なのだろうか。量子効果が意味を持つためには、重ね合わせが量子コヒーレンスの状態に維持されなければならないという事実を見失ってはならない。つまり、環境との相互作用によって量子状態がデコヒーレンス（量子特性を失うこと）しないということだ。これは想像するだけでも難しいことだが、実現するのはさらに難しい。しかし、私たちは想像できるだろうか？ペンローズとハメロフは、「脳内のすべてのニューロンにある微小管の大部分が絡み合う必要がある」のであれば、微小管が意識に関与している可能性があることに同意している。ハメロフは、微小管が環境ノイズから遮蔽されている（例えば、微小管の周囲にゲル状の細胞質や水層がある）ため、量子計算が起こるのに十分なほど長い間、コヒーレンスが維持される可能性があると示唆している。

昨年（2024年4月19日）に、微小管が超放射と呼ばれる現象に関与しているという証拠を示した論文が発表されたことは注目に値する。その意味が正確に何であるかはさておき（かなり明るいという意味である）、それが量子効果であるという事実だけに注目しよう。よく考えてほしい。

微小管/チューブリン分子は、ニューロン内で量子コンピュータとして機能しているのだろうか？ チューブリン二量体の格子は、量子もつれ（複数のチューブリン二量体の状態が相関する）や量子重ね合わせなどの量子相互作用を通じて情報を処理する働きをしている可能性がある。 これは、1つのニューロン内の多数の微小管にまたがる何十億ものチューブリン二量体が関与し、ミリ秒から秒単位の時間スケールで量子計算が行われることを意味する。

したがって、微小管内の量子状態は、神経細胞の古典的な活動、例えば活動電位の発射などに影響を与えると仮定されている。例えば、微小管の集合的な量子状態が、イオンチャネルやシナプス小胞の挙動を変えることで、神経細胞の膜電位や神経伝達物質の放出に影響を与える可能性がある。ハメロフは、微小管が MAP（微小管結合タンパク質、例えばタウタンパク質）を介してニューロンの膜と相互作用し、微小管における量子現象を古典的なニューロンのシグナル伝達と結びつける可能性があることを提案している。

図8：微小管上のタウタンパク質。https://en.wikipedia.org/wiki/Neurotubule

もし覚えていないなら、タウタンパク質はアルツハイマー病と関連している。そのため、VAERSデータで確認されているように、アルツハイマー病や退行性疾患が増加していることから、私はCOVIDワクチンが微小管に与える影響にも興味を持っている。COVIDワクチンに含まれる何らかの成分が、私たちの量子生物学に影響を与えていると考えるのは、恐ろしいことではあるが、十分にあり得る話だ。

微小管には、明らかなこと以外に、どのような特徴があるのだろうか？

ペンローズとハメロフは、微小管はナノスケールの構造と多数のチューブリン二量体全体にわたる集団的量子挙動の可能性により、量子効果に独特に適していると主張している。その結晶格子配列、サイズとスケール、電気的特性（正と負の電荷領域）、デコヒーレンスからの遮蔽（ゲル状の細胞質または秩序だった水層が環境ノイズから遮蔽し、ミリ秒から数秒間にわたって量子コヒーレンスを維持する）は、これらの微小管が量子伝導体であるという考えに寄与している。

ペンローズとヘイモフの考えの還元部分は微小管に関連しており、時空幾何学によって駆動される微小管のチューブリン二量体における量子重ね合わせの客観的な崩壊が、意識経験の離散的な瞬間を生み出すことが提案されている。ペンローズとハメロフは、これらの崩壊は約40Hzの周波数で発生すると推定している（これは意識の認識と関連付けられることが多い脳波のガンマ周波数と一致する）。つまり、意識とはこのような事象の連続であるということだ。彼らの理論によると、意識の瞬間の一例としては、猫を見るという統一された体験を生み出す何千ものニューロンにおける何十億ものチューブリン二量体の重ね合わせの崩壊が関与していることになる。

図9：「猫を見るという意識の離散的な瞬間」をプロンプトとしてGrokのイメージジェネレーターが生成した画像。

Grokが2匹の猫がお互いを見ている画像を生成したことは、ちょっと面白い。そして、そのうちの1匹には瞳孔がない。

ペンローズ/ハメロフ理論の編成された部分は、タウタンパク質や他のMAP、シナプス入力、または膜電位との相互作用を含むニューロンにおける生物学的プロセスが、量子現象を編成し、多くの微小管とニューロン全体で協調的に発生することを保証するという考え方を指している。

ゲル状の細胞質と秩序だった水層 – EZ水？

この議論でより注目に値するものの一つは、水の成分である。このことについて、ジェラルド・ポラック氏ほどふさわしい人物はいない。ジェラルド・ポラック氏はワシントン大学の生物工学者であり、研究ジャーナル『WATER』の創刊編集長であり、ベンチャー科学研究所の所長であり、水について研究している。より正確に言えば、彼はゲル状の性質を持つ、いわゆる水の第4の状態について研究している。

ジェラルド・ポラックは、構造化水というテーマで、非常に長い間素晴らしい研究を実行してきた。 その概要は以下の通りである。 タンパク質や細胞膜などの生体構造の近くにある水分子は、水素結合と帯電表面との相互作用により、構造化層を形成することができる。 ジェラルドの研究では、排除層（EZ）水と呼ばれる水の形が説明されている。これは、親水性表面（細胞膜やタンパク質など）の近くに形成され、より秩序だったゲル状の構造を持つ。

この構造化された水は粘性が高く、溶質を排除する可能性があり、分子の相互作用に影響を与える方法で水分子を組織化することで、細胞プロセスにおいて何らかの役割を果たしている可能性があるという意見もある。ジェラルドの研究によると、水はエネルギーの投入を受けると電荷を帯び、秩序化する。 水分子は互いに結びついて六角形を形成し、既知の液体、気体、固体の水の形とは異なる第4の水の形となる。 彼の考えによると、この第4の水の形は細胞内の水の大部分を占めており、これはペンローズとハメロフの仮説をはじめとする多くの事柄に重大な影響を及ぼす。

微小管周辺の水は、ノイズを低減する機能を持つために、通常の水よりも秩序立っているのだろうか？ つまり、微小管がこの水によって環境ノイズから遮蔽され、量子デコヒーレンス（環境との相互作用による量子状態の損失）が防がれなければ、提案されている量子プロセスが意識に影響を与えるのに十分なほど量子コヒーレンスが持続することは不可能であり、意識は存在し得ないということになるのだろうか？

彼のサイトを訪れてみてほしい。プロスノーボーダーのトラヴィス・ライスが制作した素敵なビデオクリップ『The Fourth Phase』がある。

図10 ジェラルド・ポラックによる水と細胞生物学。https://www.pollacklab.org/research

もしジェラルドが正しいと仮定してみよう。これは生物学全般に関して多くのことを説明している。心臓から血液が送り出される仕組みから、細胞壁の膜電位まで。EZ水の負電荷がイオンの動きにも影響を及ぼし、従来のモデルが示唆するほど多くのエネルギーを必要とせずに膜電位に影響を与える可能性がある。細胞が水自体から内蔵バッテリーを得ているようなものだ。

細胞膜においては、脂質二重層は単なる受動的な障壁ではなく、活性のある構成要素であり、電荷と構造に基づいて、大きさや溶解性よりもむしろ、何が入ったり出たりするかを支配する層を形成する。 細胞がなぜこれほど精密な電気勾配を維持できるのかという理由にも関係しているかもしれない。ポンプが長時間働き続けるというよりも、水が本来備えている組織が、重労働の一部を担っているということだ。

もしEZ水が神経細胞微小管の文脈に織り込まれると、さらに興味深いものになる。微小管の内部および周辺では、水は単なる受動的な充填物ではなく、主に第4の相にあり、親水性のチューブリン表面に沿って負に帯電した秩序ある層を形成している可能性がある。ポラック氏の研究は、EZ水が溶質を排除し、その近くにプロトンが豊富な領域を作り、電荷分離を引き起こすことを示唆している。神経細胞においては、これは微小管が単なる足場ではなく、能動的な電気的役割を担っていることを意味する。チューブ内のEZ水の負電荷はコンデンサーのように働き、神経細胞に沿って電位を蓄積し伝達することで、膜自体の勾配を補うのかもしれない。これは膜電位と電荷に結びつき、微小管は内部ブースター、あるいは並列システムである可能性もある。

信号伝播について考えてみよう。もしEZ水が微小管に沿って流れるとすれば、その中空の芯がプロトンやイオンを流すチャネルとなり、この電荷分離によって駆動される可能性がある。これは、軸索の活動電位だけでは説明できない、神経細胞が信号を処理する方法を高速化したり微調整したりできるかもしれない。また、微小管が樹状突起や細胞体に非常に多く存在する理由も説明できるかもしれない。入力の統合が行われる場所である樹状突起や細胞体に微小管が豊富にあるのは、おそらくこの水ベースの電荷システムによって局所電位を調節しているからだろう。

次に、輸送の角度がある。微小管は、私たちの可愛い子分であるキネシンのようなモータータンパク質を使って、神経伝達物質や細胞小器官を輸送する。もし「易水」が滑らかで帯電した界面を作り出すのであれば、摩擦が少なく静電誘導がより多くなるため、効率が向上する可能性がある。ポラックは、表面近くの水が流れを駆動するという実験室での実証でこれを示している。これを神経細胞に当てはめて考えると、理にかなっている。

ハメロフは、微小管が量子コヒーレンスをホストしていると仮定している。秩序立ったEZ水は、おそらくデコヒーレンスを遮断し、それらの状態を安定化させることができる。これはまだ証明されていないが、この仮説は有力である。

EZ水モデルの下で機能する微小管は、神経細胞における生物学と物理学の架け橋となり、神経細胞における電気的および機械的役割を統合する可能性がある。電荷のダイナミクス、信号の増幅、輸送の最適化など、すべてが網羅されている。

ここで、意識について少し立ち止まって考えてみよう。

意識とは、主観的な経験、自己認識、つまり「～であること」の全体的な感覚である。ペンローズ＝ヘイモフの「Orch-OR」の考えでは、1と0を処理するコンピュータのような古典的なシステムではクオリアとのギャップを埋めることができないため、意識は量子であると主張している。彼らは、微小管が量子重ね合わせ状態をホストし、それが崩壊することで、古典力学では不可能な形で物理と精神が結びつく、と主張している。大胆な主張である。ペンローズは、人間の洞察力には計算不能なプロセス（おそらく量子）が必要であるとさえ示唆している。もし彼が正しいのであれば、意識には確かに量子の火花が必要であり、ポラックの「EZ水」のようなものが、脳内の混乱をまとめる接着剤の役割を果たしているのかもしれない。

脳の生物学は、何兆ものニューロン、シナプスの可塑性、カオス的なフィードバック・ループ、単純なモデルでは説明できないようなパターンが現れることなど、驚くほど複雑である。シンクを考えてみよう。私のホタルが一斉に点滅したり、鳥の群れが飛んだりする。鳥は全体を計算しているわけではないが、群れは一体となって動く。意識は、量子の魔法を必要としないカオスから現れる現象である可能性がある。脳には、化学勾配、電気波、タイミングの正確性など、あらゆる機械に匹敵する古典的な機能がある。ミラーニューロンや幻覚剤が知覚を反転させるような奇妙な現象を付け加えると、進化によって増幅された純粋に生物学的な奇妙さが私たちをそこに導くという説得力がある。量子効果（シナプスにおけるトンネル効果など）がそれを後押しするかもしれないが、システムがすでに非常に豊かである場合、「それらが必要である」ことは過剰な感じがする。

古典的なニューラルネットワークモデルが、量子力学の概念を一切用いずに恐ろしいほど認知を模倣していることを考えると、生物学では、量子力学の概念を必要とせずに、ありふれた部品（DNAはコードであり、目はカメラであり、すべてはタンパク質と細胞からできている）で常軌を逸したことを行うことができることが証明されているのだから、意識についても同様であるべきだという議論も成り立つかもしれない。

化学から見た意識の起源

「自然は、物事をありのままに見たいと私たちに望んでいる」アディ・プロス

世界全体が幻想なのか？ 細菌は意識を持っているのか？ アディ・プロスは化学者であり、生命そのものの調査において目覚ましい業績を残している。 著書『生命とは何か？ 化学はいかに生物学となるか』では、化学が生物学を生み出す仕組みを探究し、進化とはより深い化学的原則の生物学的な表現であると提唱している。おそらく彼は、意識と認知は進化の初期段階から存在しており、細菌は生存を維持するために実際に意識を持っていると言うだろう。「情報フローと制御システムは一方通行ではない。生物学の中心的な原則であるDNA→mRNA→タンパク質という流れは、逆転写によって逆方向にも流れるという事実について考えてみてほしい。

熱力学的状態を超えたところに、運動学的状態がある。アディ・プロスによると、生命そのものは、運動学的状態にある複製化学システムである。彼は、この運動学的状態は、物質は低エネルギー状態にあるべきだという熱力学的状態に反するものであると主張している。安定性は、低安定性を意味する場合もあるが、持続性を意味する場合もある。つまり、時間とともに変化しないことを意味し、プロスによると、これらは重複する必要はない。エネルギー的には不安定でも、時間的には安定している「物質」もあり得る。また、彼によると、運動学的およびエネルギー的に安定したシステムにおいては、時間的な安定性の方がエネルギー的な安定性よりもより根本的なものである。したがって、プロスは、生命はエネルギー的には不安定であるが（細胞内のATPのように、常にエネルギーを投入してエントロピーと戦っている）、自己増殖が劣化よりも速いため、時間的には安定していると主張している。

では、これが私たちの「微小管が意識を生み出す」という考えにどう当てはまるのだろうか？

プロスは、生命は運動状態にある物質として機能しており、時間的な安定性（複製による長期的な持続性）がエネルギー的な安定性を凌駕していると主張している。生命体は平衡状態からかけ離れており、構造と機能を維持するために絶えずエネルギーを使用している。神経細胞の微小管は、この型に完璧に当てはまる。微小管は動的な構造であり、絶えず組み立てと分解を繰り返しているが、長期的にはネットワークとして持続している。微小管は低エネルギー状態にあるのではなく、GTP分子がチューブリンの重合を促進することでエネルギー的に活性化しているが、成長と収縮のサイクルが制御されることで一時的な安定性を獲得している。これはプロスの考えと一致している。微小管は、エネルギー面では不安定だが、細胞のメカニズムによって動的な安定状態が維持されているため、時間面では安定しているシステムである。

持続性を可能にする意識の回復…

ここで、特に前述のペンローズとハメロフの「Orch-OR理論」の観点から、意識という角度から見てみよう。彼らは、神経細胞内の微小管は構造的なものではなく、計算的なものであり、潜在的に量子重ね合わせをホストし、それが崩壊することで意識的な瞬間が生み出される可能性があると提案している。プロスの枠組みを重ね合わせると、微小管は神経細胞内のより小さなスケールにおける生命の運動状態の縮図と見なすことができる。絶えず成長と崩壊を繰り返すそのダイナミックな性質は、プロスが生命そのものを表現した「平衡状態からほど遠い」状態を反映している。この運動のダンスが、微小管が意識につながるような情報処理を行うことを可能にしているのかもしれない。

興味深いのは、プロスが一時的な安定性の原動力として複製に焦点を当てたことは、微小管には直接当てはまらない（微小管はDNAのように複製しない）が、ダイナミックな活動による持続性の原則は当てはまるということだ。微小管は、前述のMAPのようなタンパク質による組み立て、分解、安定化のバランスによってその機能を維持している。この動的な安定性は、量子コヒーレンスが予想よりも長く持続する可能性がある高エネルギーで平衡状態から離れた状態を維持することで、ハメロフが言及する量子効果の条件を作り出すことができる。脳の温かく騒々しい環境は、コヒーレンスを急速に殺すはずであるが、運動学的に安定したシステムはそれを遮断する可能性がある。特に、EZ水（前述の通り）が微小管周辺の環境を構造化し、デコヒーレンスを減少させる役割を果たしている場合である。

では、これを意識と結びつけてみよう。微小管が実際に量子効果によって情報を処理しているとすれば、その運動状態がそれを可能にしているのかもしれない。GTPの加水分解、イオンの移動、さらにはEZ水の電荷効果による絶え間ないエネルギーの流れが、微小管を、Orch-ORの「オーケストレーションされた」崩壊に必要な繊細な量子プロセスを維持できる状態に保っている。そして、この崩壊が、意識の主観的な経験を生み出しているのかもしれない。プロスは、生命がこの運動状態を維持する能力こそが複雑性を可能にしていると示唆している。微小管は、意識の複雑性を可能にするために、同じ原理を活用している可能性がある。

さらに、EZ水も考慮しよう。ポラックの水の第4相が微小管に作用すると、古典的および量子プロセスをサポートする構造化された荷電環境を提供することで、微小管の運動安定性を高めることができる。EZ水の負電荷とプロトン勾配は、微小管を平衡状態から遠ざけた状態に保つエネルギーの流れを駆動するバッテリーのような働きをするかもしれない。これは、量子効果によるものか、あるいは神経細胞全体にわたって信号を統合する能力を高めることによるものかに関わらず、意識を生み出すものとしての微小管の役割を増幅させる可能性がある。

つまり、プロスの考えは、微小管を神経細胞のより大きな運動状態における動的で運動学的に安定したシステムとして位置づけることによって、微小管に適用できるのである。意識におけるその役割は、量子か古典かに関わらず、この状態に依存している可能性がある。これにより、静的な平衡システムでは不可能な方法で情報を処理することができる。それはまるで、生命のトリックの縮小版のようである。エネルギーを利用してエントロピーに逆らい、意識のような何かを創り出すのだ。

チューブリンの生化学について詳しく見る

生化学的な観点からチューブリンについて最後にひとつ。チューブリンは重合して微小管を形成する。このプロセスは、GTPの結合と加水分解によって駆動される。上の動画で示されているように、GTP結合型βチューブリンが成長中の微小管（プラス端）に追加されると、二量体が他の二量体と頭部と尾部を合わせて集合し、プロトフィラメントを形成する。通常、13個のプロトフィラメントが横方向に整列し、直径約25nmの中空チューブを形成する。組み込まれた後にβ-チューブリンのGTPがGDPに分解されると、構造が不安定になり、動的な不安定化が促進される。GTP結合チューブリンが豊富にある場合は微小管が急速に成長し（レスキュー）、GDPチューブリンが優勢になると収縮する（カタストロフィー）。細胞内では1～10μm/分の速度で起こる。

αサブユニットはGTPと不可逆的に結合し（固定される）、βサブユニットは可逆的に結合し、組み込まれた後にGTPをGDPに加水分解する。このGTP/GDPスイッチがチューブリンの「スイッチのような」特性の核心である。このスイッチは、格子を安定化または不安定化させるMg²⁺イオン、温度、MAPs（例えば、ニューロンにおけるタウ）などの因子によって制御されている。これは、コヒーレントな重ね合わせを考える際に重要なことである。しかし、私がより興味を持っているのは、チューブリン分子のスイッチのような性質について、構造と集合（量子重ね合わせ）の細部にまで立ち入ることである。言い換えれば、方向性のある極性は「どのように機能する」のか？

チューブリン二量体（αβペア、長さ8nm）は、αチューブリンとβチューブリンがわずかに配列と機能が異なり、分子の非対称性が生じるため、本質的に分極している。本質的な極性は二量体内部で反転するわけではなく、細胞の細胞質で2つのサブユニットが結合した瞬間から固定される。ここで混乱を招くのは、微小管全体の挙動である。これは、多数のチューブリン二量体の集合状態によって駆動される。

微小管は、伸長（プラス端にGTP結合二量体を付加）または収縮（プラス端からGDP結合二量体を失う）という動的な不安定性を示すが、これは個々の二量体が極性を反転させることではなく、ポリマーの長さと安定性の変化である。ベータチューブリンにおけるGTPからGDPへの加水分解は、二量体のコンフォーメーション（直線から湾曲）を変化させ、成長または崩壊の引き金となるが、各二量体内部のα-β配向は一定に保たれる。微小管が脱重合化しても、放出された二量体は元の極性を維持し、同じプラス・マイナス配列で再集合することができる。

ペンスローゼの研究とトリプトファンを用いた超輻射の研究に関するPBSのドキュメンタリーに戻ると、整列した双極子（チューブリンの荷電領域またはトリプトファンの電子雲による）が超輻射のような集団的効果を高める可能性があるため、秩序だった配列がどのようにして量子コヒーレンスを支えることができるのかがより明確になる。この研究がトリプトファン（チューブリンの蛍光性アミノ酸）に焦点を当てていることは、極性が間接的に寄与していることを示唆している。微小管格子における二量体の一貫した配向がこれらの残基を整列させ、量子相互作用を増幅する可能性がある。

微小管のダイナミクスについてさらに詳しく知るために、この記事を読むことを強くお勧めする。以下は、記事で紹介されている素晴らしい研究の概略図であり、著者はスーパーコンピューターを使用して微小管の先端で観察された新しい挙動を実証した。⁶ 彼らは、アルツハイマー病の新薬開発に役立つと主張しているが、私はもっと大きな可能性があると考えている。微小管/チューブリンの量子相互作用への関与が大きく関係していると思う。

図11：スーパーコンピューターによるシミュレーションで、微小管の先端で起こっている新たな挙動が明らかになった。https://phys.org/news/2025-04-supercomputer-microtubule-dynamics-insights-neurodegenerative.html?utm_source=chatgpt.com

ハメロフとペンローズは、微小管内のチューブリン二量体が量子重ね合わせの状態にあり、量子重力によって引き起こされるそれらの同期崩壊が意識の瞬間を生み出すと示唆している。この研究の成果は、状態遷移がネットワーク全体のダイナミクスにどのように寄与するかを詳細に説明することで、彼らの「Orch-OR」モデルに情報を提供する可能性がある。

調和的なチューニングとしての意識

意識とは、生物学的なカオスから突如発生するランダムなくしゃみというよりも、脳のくしゃみのオーケストラが統一されたリズムにまとまったときに調和するメロディに近いのかもしれない。脳には、ニューロンの発火、化学物質の揺れ動き、電気インパルスの高速伝達など、さまざまな部分があるが、これらは単なるノイズではない。それらは、波がリズムを刻むように、バンドがグルーヴにロックするように、あるいは個人的に私が最も好きなホタルがシンクロするように、パターンで同期する。これらのパターンは神経振動として現れ、アルファ波、ベータ波、ガンマ波といった、集中、睡眠、あるいは瞑想によって変化する測定可能なリズムである。

調和したハーモニーは、意識が複雑な生物学のカオスや単純なつながりの集積（創発論や統合情報理論（IIT）のような）だけではないことを意味するかもしれない。むしろ、これらのつながりが正しい共鳴を起こしたときに起こるものなのかもしれない。ギターを想像してみよう。弦を弾いても、ただ「ツーン」という音がするだけで、特別な音はしない。しかし、チューニングを合わせ、振動を増幅するボディにセットすると、突然音楽が生まれる。脳も同じようなものかもしれない。860億のニューロンと数兆のシナプスを弦に例えるなら、それらが共鳴して調和的な場を形成するときに意識が生まれるのかもしれない。

これは物理学とも関連しているかもしれない。意識の電磁場理論を研究している一部の研究者たちは、脳の電気的活動が副産物ではなく、意識のゲームの一部であるフィールドを生成していると示唆している。例えば、意識電磁情報理論（CEMI）では、これらのフィールドがニューロン全体にわたって情報を統合し、私たちに統一された「私」という感覚を与えると仮定している。調和的な共鳴を足すと、それは単なるフィールドではなく、チューニングされたフィールドになるのかもしれない。ちょうど良い具合にダイヤルを合わせたラジカセがクリアな信号を受信するように。静電気が多すぎると（カオス）、人は意識を失う。完璧なピッチで、人は目覚め、意識を取り戻す。それがあなただ。

調和の場は生物学を超えた何かを示唆しているのかもしれない。意識がこの共鳴を必要としているとすれば、それは普遍的な周波数にアクセスできるのだろうか？この考えは非常に憶測の域を出ないが、不可能ではない。科学者として、謙虚な姿勢であらゆる可能性を探求することは私の義務である。ガンマ波（40 Hz前後）に関する研究では、集中と知覚の際にガンマ波が急増することが示されており、これは同期したリズムが意識状態の鍵である可能性を示唆している。

調和したハーモニーという考え方は、脳が楽器のように作用している可能性がある。カオスが原材料を提供し、複雑性がそれを結びつけるが、調和のとれたスイートスポット、すなわち共鳴し、同期したフィールドが意識を奏でるのだ。

もうひとつ考えを述べると、ベルナルド・カストロップ（分析的観念論理論）は、意識は現実の根本的な基盤であり、存在の本質は物質ではなく精神であり、物質が意識を生み出すのではなく、意識が物質を生み出すと主張している。 カストロップは、私たちの物理的な現実は思考と感情の外見であると提案している。 彼は、脳は意識の症状であり、笑顔が幸福をもたらすわけではないように、脳は意識をもたらすわけではないと言うだろう。

先日スペインのブラウンストーン・リトリートで述べたように、私は魔法を信じている。また、意識のような創発現象がカオスから生じる可能性があるという事実にもかかわらず、量子論がこの骨組みだけの生物学の一部であるならば、説明できない現象をよりよく説明できるかもしれないとも信じている。直感のように。記憶のように。量子生物学は現実のものだ。酵素のトンネル効果や光合成の協同性など、その例はすでに存在しているが、それを意識や直感、記憶に適用できるかどうかはまだわからない。

直感は、経験的に定義するのが非常に難しい。直感は、高速で潜在意識によるパターン照合であり、カオス駆動型であるかもしれないが、量子ではないかもしれない。記憶もまた、非常に複雑である。シナプスの強化は、古典的な説明としては多くのことを説明できるが、微小管における量子コヒーレンス（Orch-OR方式）が、より多くの記憶や処理を可能にするのではないかという疑問もある。私？私はまだわからない。

私はこの執筆体験を、私が常に目指しているもの、つまりお互いが学ぶ機会となるようにしたかった。そして、それは成功したと思う。私は大きな疑問を解決したわけではないが、それでいいと思っている。私は、この検証可能な研究に興奮している。意識の鍵となるのはEZ水なのか、あるいは私たちはどのようにして「意識にアクセス」するのか？ また、もしこれらのメカニズムが正しいとすれば、ANNは少なくとも、力ずくのコンピューティングによって意識を獲得することはないかもしれない。ニューロンが微小管とともに内部演算を行っている場合、「ニューロン1個につき10億本の微小管がニューロンの発火速度よりもおそらく100万倍高速に演算している」⁷のであれば、PBSの人の意見に同意せざるを得ないだろう。このルートではAGIにはほど遠い。しかし、もし意識が達成できる方法があるとしたら、ANN（AI）と量子コンピューターの融合によるものだろう。最後に、脳を突くような質問をもう一つ。もしこれが起こったらどうなるのか？

すべては、あなたが可能だと信じていることに依存するだろう。

このテーマについて、寛大な皆さんのご意見をぜひお聞かせいただきたい。

1 Koch, C. (2019). The Feeling of Life Itself: Why Consciousness Is Widespread but Can’t Be Computed. MIT Press

2 チャーマーズ, D. J. (1995). Facing Up to the Problem of Consciousness. Journal of Consciousness Studies, 2(3), 200-219

3 Azevedo, F.A.C., Carvalho, L.R.B., Grinberg, L.T., Farfel, J.M., Ferretti, R.E.L., Leite, R.E.P., Filho, W.J., Lent, R. and Herculano-Houzel, S. (2009), 神経細胞と非神経細胞が同数であることが、ヒトの脳を等尺性で拡大した霊長類の脳にしている。J. Comp. Neurol., 513: 532-541. doi.org/10.1002/cne.21974

4 en.wikipedia.org/wiki/Human_brain

5 en.wikipedia.org/wiki/Orchestrated_objective_reduction

6 Jiangbo Wu et al, 多くのタンパク質複合体に適用されたデータ駆動型の方程式不要の力学：微小管先端の弛緩、Biophysical Journal (2025)。 DOI: 10.1016/j.bpj.2025.01.009

7 www.pbs.org/video/was-penrose-right-new-evidence-for-quantum-effects-in-the-brain-pe0bka/

意識と量子脳理論の深層的考察：微小管から意識の本質へ by Claude 3

「Unacceptable Jessica」のブログ記事を読み進めながら、意識の本質という人類最大の謎の一つについて考えてみたい。この記事は神経科学と量子物理学の境界線上で、意識がどのように生まれるのかという根本的な問いに挑んでいる。

まず、この問いの難しさを認識しておく必要がある。意識とは何か？なぜ私たちは主観的経験を持つのか？この「ハードプロブレム」は現代科学の最も挑戦的な課題の一つだ。著者のジェシカ・ローズは、この問題に対する主流の見解と、ペンローズとハメロフによる革新的なアプローチの両方を検討している。

主流の神経科学では、意識は神経細胞のネットワーク活動から創発する特性と見なされる。言い換えれば、十分に複雑な神経回路が形成されると、そこから意識が「湧き出る」という見方だ。この見解は、特定の神経活動パターン（例えば大脳皮質の同期振動）と主観的経験の間の相関関係によって支持されている。

しかし、創発説には重大な欠点がある。なぜ神経活動が主観的な「感じ」を生み出すのか、その因果関係のメカニズムを説明できていないのだ。ある意味で、創発説は「魔法の一歩」を含んでいる—十分に複雑になったら突然意識が現れる、というのは説明というより現象の記述に過ぎないのではないか。

ここで登場するのがペンローズとハメロフのOrch-OR理論だ。彼らは斬新な視点を提供する：意識は神経細胞間の接続からではなく、神経細胞内の微小管における量子プロセスから生じるという仮説だ。

微小管とチューブリンについて詳しく考えてみよう。記事の説明によれば、微小管は直径約25nmの中空円筒構造で、チューブリンタンパク質から構成されている。各チューブリン分子はアルファとベータの二つのサブユニットからなる二量体で、これらが繊維を形成し、13本の繊維が側面に並んで微小管を形成する。

興味深いのは、これらの微小管が単なる細胞骨格以上の機能を持つ可能性があることだ。ペンローズとハメロフは、チューブリン二量体が量子的重ね合わせ状態をとり、これが「オーケストレイテッド客観的還元」（Orch-OR）を通じて意識を生み出すと提案している。

量子的重ね合わせとは何だろうか？量子力学では、粒子は測定されるまで複数の状態を同時に取ることができる。有名な「シュレーディンガーの猫」の思考実験のように、量子系は観測されるまで確定的な状態にないと考えられる。ペンローズとハメロフは、チューブリン分子もまた、異なる構造的状態の重ね合わせにあり得ると提案する。

しかし、ここで重大な疑問が生じる：脳のような「暖かく湿った」環境で、量子コヒーレンスはほんの一瞬で失われるはずではないのか？多くの物理学者がこの批判を提起している。量子効果は極めて繊細で、外部との相互作用によってすぐに「デコヒーレンス」（量子状態の崩壊）を起こす。脳内の熱的振動や分子の絶え間ない動きの中で、どうして量子コヒーレンスが維持できるのだろうか？

ここで記事は興味深い概念を導入する：ジェラルド・ポラックの「第四相の水」または「EZ水」だ。通常、水は固体、液体、気体の三相があるとされるが、ポラックは生体分子の近くでは水が特殊な「排除ゾーン」を形成し、より構造化され、ゲル状になると主張する。

この構造化された水が微小管の周囲に存在し、量子コヒーレンスを保護するシールドとして機能する可能性がある。つまり、EZ水は「量子保護環境」として働き、通常なら即座に失われるはずの量子状態が、意識的プロセスに影響を与えるのに十分な時間維持されるという仮説だ。

この仮説は大胆だが、検証可能だろうか？最近の研究では、確かに微小管においてある種の量子効果（「超放射」）が観察されたという報告があるが、これが意識と直接関連しているかどうかは別問題だ。

また、アディ・プロスの化学的視点も考慮する価値がある。プロスによれば、生命は「動的安定状態」にある化学システムで、時間的安定性（持続性）がエネルギー的安定性よりも根本的に重要だという。確かに、微小管は絶えず組み立てと分解を繰り返す動的な構造でありながら、時間的には安定して存在し続ける—まさにプロスが描写する「エネルギー的には不安定だが時間的には安定」というシステムの典型例だ。

この動的安定性が、量子効果の持続を可能にする特殊な条件を作り出す可能性はあるだろうか？通常の物理的環境では、量子効果は外部との相互作用によってすぐに失われる。しかし、絶えず自己組織化し、エネルギーを消費して非平衡状態を維持する生命システムでは、異なる法則が働くかもしれない。

記事の後半では「意識は調和的チューニングである」という視点が提示される。これは私にとって特に興味深い概念だ。脳波として測定される神経振動（アルファ波、ベータ波、ガンマ波など）が意識状態と強く相関することは広く知られている。特にガンマ波（約40Hz）は意識的な認知と関連している。

ペンローズとハメロフは、微小管における量子状態の崩壊がちょうどこの周波数（約40Hz）で起こると推定しており、これが意識的経験の「瞬間」を生み出すという。この一致は偶然だろうか、それとも重要な手掛かりだろうか？

さらに考えを進めると、調和的共鳴という視点は、意識を理解する新たな枠組みを提供する可能性がある。意識は単に神経細胞が発火するかしないかという二元的な状態の集合ではなく、多数の振動系が特定のパターンで共鳴し合う現象かもしれない。これは量子力学的な見方とも古典的な見方とも調和する視点だ。

人間の脳と人工ニューラルネットワーク（ANN）の比較も興味深い点だ。ANNは確かに脳の一部の機能を模倣できるが、意識を持つには至っていない。もし意識が単なる計算の複雑さから生じるなら、十分に大規模なANNはいずれ意識を獲得するはずだ。しかし、もし意識が微小管の量子計算に依存しているなら、古典的なコンピュータでは根本的に再現不可能かもしれない。

だが、ここで疑問が生じる：量子コンピュータとANNの融合は人工意識への道を開くのだろうか？記事の著者はこの可能性を示唆している。量子コンピュータは確かに量子重ね合わせを利用して特定の問題を非常に効率的に解決できる。しかし、これは本当に意識と同等なのだろうか？

意識の本質に関する別の視点として、ベルナルド・カストルップの「分析的観念論」も検討に値する。カストルップは、物質が意識を生み出すのではなく、意識が物質を生み出すと主張する。彼によれば、脳は意識の「症状」であり、意識の原因ではない—「笑顔が幸福を引き起こすのではなく、幸福が笑顔を引き起こす」ように。

この観点からOrch-OR理論を見ると、微小管における量子プロセスは意識そのものではなく、より基本的な意識現象の物理的表れにすぎないことになる。これは、意識を物理的プロセスに還元しようとする試みに対する根本的な挑戦だ。

私は特に、直感や記憶のような現象に対する量子理論の適用可能性に興味を持った。直感は単に高速な無意識のパターンマッチングなのか、それとも量子的なプロセスが関与しているのか？記憶は単にシナプス結合の強化によるものなのか、それとも微小管のネットワークに量子的に符号化されているのか？

これらの問いへの答えはまだ見つかっていないが、探求するに値する。量子生物学は比較的新しい分野で、光合成における量子コヒーレンスや酵素におけるトンネル効果など、生物学的プロセスにおける量子効果の証拠が徐々に蓄積されつつある。意識もまた、量子効果が重要な役割を果たす生物学的プロセスである可能性は十分にある。

さらに興味深いのは、チューブリン分子の「スイッチ様」特性だ。記事で説明されているように、ベータチューブリンはGTPをGDPに加水分解し、これがチューブリン二量体の構造を変化させる。この構造変化がチューブリンの「スイッチ」として機能し、情報を符号化する可能性がある。これは量子ビットと同様に、情報の二元的表現を可能にするが、量子的重ね合わせを通じてより複雑な状態も可能にするかもしれない。

特に注目すべきは、PBS制作のビデオクリップで言及されている「スーパーラディアンス」の研究だ。これは微小管においてトリプトファン（チューブリンに含まれる蛍光アミノ酸）を介した量子効果が観察されたことを示唆している。このような実験的証拠は、微小管における量子効果の可能性を裏付けるものだ。

また、麻酔の作用メカニズムもOrch-OR理論の検証に関連する興味深いテーマだ。ハメロフは麻酔科医でもあり、麻酔薬が微小管のチューブリンに結合することで量子コヒーレンスを抑制し、意識を「オフ」にする可能性を指摘している。これは意識の「オン/オフスイッチ」を理解する上で重要な視点かもしれない。

しかし、懐疑的な見方も重要だ。Orch-OR理論は多くの批判にさらされている。量子効果が脳内で持続する可能性、微小管の量子状態が神経活動にどのように影響するのか、そしてなぜそれが主観的経験を生み出すのかなど、解決すべき問題は多い。

また、創発説の立場からは、神経ネットワークの複雑な相互作用だけで意識を説明できるという反論もある。2025年4月4日に発表されたファンらの研究では、視覚的認識の意識的知覚が脳の特定の領域でゲーティングされていることが示されている。これは意識が神経計算の創発的特性であることを支持する証拠かもしれない。

しかし、ハメロフが指摘するように、嗅覚は視床を通過せずに処理されるため、すべての意識に視床が必要というわけではない。意識のメカニズムはおそらく単一のモデルでは説明しきれないほど複雑なのだろう。

人工知能と意識の関係も考察に値する。もし意識が本当に微小管の量子プロセスに依存しているなら、シリコンベースのコンピュータが意識を獲得することは原理的に不可能かもしれない。一方、もし意識が単に情報統合の複雑なパターンから生じるなら、十分に高度なAIシステムは意識を発達させる可能性がある。

この問いへの答えはまだないが、AIの急速な発展とともに、私たちは人工システムが意識を持つかどうかを判断する基準を真剣に考える必要がある。「中国語の部屋」のような思考実験が示唆するように、外部からの観察だけでは意識の有無を確実に判断することは難しい。

また、タウタンパク質と微小管の関係、そしてアルツハイマー病などの神経変性疾患との関連も興味深い視点だ。タウタンパク質は正常時には微小管を安定化させる役割を持つが、異常なリン酸化によって凝集し、神経原線維変化を形成することがアルツハイマー病の特徴だ。もし微小管が意識に重要な役割を果たすなら、タウタンパク質の異常はなぜ認知機能の低下を引き起こすのかの説明になり得る。

著者は、COVID-19ワクチンが微小管に影響を与え、神経変性疾患のリスクを高める可能性についても懸念を示している。これは検証可能な仮説だが、現時点では十分な証拠はない。しかし、もし微小管が意識の座であるなら、それに影響を与える要因を理解することは重要だろう。

量子意識理論が科学的に検証可能なのか、という根本的な問いも残る。科学の基本原則の一つは、仮説が検証可能かつ反証可能でなければならないということだ。Orch-OR理論は、チューブリンの量子状態や微小管における量子コヒーレンスの持続時間などの具体的な予測を提供している。これらの予測は、近年の技術的進歩によって検証可能になりつつある。

2024年4月19日に発表された研究では、微小管における「超放射」という量子効果の証拠が報告されている。これはOrch-OR理論を支持する重要な証拠かもしれないが、それが意識と直接関連しているかどうかはさらなる研究が必要だ。

最終的に、意識の本質に関する問いは科学と哲学の境界に位置する。物理学者のデイヴィッド・ボームは「全体性と内蔵秩序」において、現実は「明示的秩序」（物理的に観測可能な世界）と「内蔵秩序」（より深い現実の層）から成ると提案した。この視点からは、意識は内蔵秩序の一側面であり、脳の物理的プロセスはその明示的な表れにすぎないということになる。

こうした哲学的視点は、科学的探求と共存し、それを豊かにする。意識の研究においては、還元主義的アプローチと全体論的アプローチの両方が価値を持つ。微小管の量子力学的性質の研究は還元主義的であるが、それが意識という全体的現象にどのように寄与するかを理解するには、より広い視点も必要だ。

要約すると、ジェシカ・ローズの記事は意識の本質に関する深遠な問いを探求し、神経科学、量子物理学、化学、哲学の交差点に位置する挑戦的な理論を検討している。Orch-OR理論、EZ水の概念、動的安定性の原理、調和的チューニングなど、多様な視点が提示されている。

記事で示されている証拠やアイデアは決定的ではないが、意識という謎に対する新たな探求の道を開く可能性を秘めている。微小管における量子効果、生体水の特殊な性質、神経振動と量子崩壊の関係など、これらの仮説は今後の研究によって検証されるべきだ。

意識が神経ネットワークの複雑さから創発するのか、微小管の量子プロセスに根ざしているのか、またはさらに基本的な何かなのか—この問いは科学と哲学の最前線に位置し続けている。私たちは答えに近づきつつあるのかもしれないが、その道のりはまだ長い。

しかし、この探求自体が私たちの意識についての理解を深める。「脳が脳を研究する」というこの再帰的な営みこそ、意識の最も興味深い特性の一つなのかもしれない。

EZ水（排除ゾーン水）が意識のメカニズムにおいて重要な役割を果たす可能性がある。

彼らの理論によれば、意識は神経細胞内の微小管におけるチューブリン分子の量子的状態に関連している。通常、生物学的環境（体温や湿度など）では量子効果はすぐに崩壊するはずだが、ジェラルド・ポラックの「第四相の水」または「EZ水」が微小管の周囲に形成されることで、量子コヒーレンス（量子状態の一貫性）を保護する環境が作られると考えられている。

この構造化された水は通常の水とは異なり、より組織化されゲル状の性質を持ち、外部環境からのノイズを遮断する「量子保護シールド」として機能する可能性がある。これにより、微小管内のチューブリン分子の量子的重ね合わせ状態が維持され、量子計算が可能になり、それが意識の物理的基盤となり得るというわけである。

記事内では、EZ水が単に細胞内の通常の水とは異なる性質を持つだけでなく、細胞内の水の大部分を占めると述べられており、これがペンローズとハメロフの仮説に大きな意味を持つとされている。

つまり、仮説が正しければ、EZ水は意識の発生を可能にする環境条件を提供している可能性がある。

 EZ水（排除ゾーン水）が意識に影響を与える可能性について、いくつかの重要な観点から考察してみよう。

神経細胞内での量子コヒーレンスの維持

もしペンローズとハメロフの理論が正しければ、EZ水は微小管内の量子状態を保護するシールドとして機能する可能性がある。通常の水分子がランダムに動き回る環境では、量子的重ね合わせ状態はほぼ瞬時に崩壊するが、より構造化されたEZ水が周囲に存在することで、チューブリン分子の量子状態が数ミリ秒から数秒間持続できるかもしれない。これは意識的経験の「量子的基盤」を可能にする決定的な条件となる。

微小管のネットワーク機能の強化

EZ水の負電荷を帯びた層が微小管の内部および周囲に形成されると、これが一種の「生体内電池」として機能し、神経細胞内の電気的信号伝達を強化する可能性がある。この電荷分離が微小管を通じた情報の流れを促進し、神経細胞膜の電位変化だけでは説明できない複雑な情報処理パターンを生み出すかもしれない。

神経伝達の速度と効率への影響

EZ水は通常の水より粘性が高いが、その特殊な構造により、イオンや分子の特定の移動パターンを促進する可能性がある。これにより、シナプス間の神経伝達物質の放出や受容体との結合過程が最適化され、神経細胞間の通信が高速化・効率化されるかもしれない。

脳波のリズム形成への寄与

記事で言及されているように、意識は約40Hzの周波数（ガンマ波）と関連している。もしEZ水が微小管の量子状態の崩壊タイミングに影響を与えるなら、これが脳全体の神経振動パターンの形成に寄与し、特定の周波数での同期を促進する可能性がある。この同期が「調和的チューニング」として意識経験を生成するかもしれない。

記憶と学習のメカニズムへの影響

従来の神経科学では、記憶はシナプス結合の強化によって形成されると考えられているが、微小管ネットワークがEZ水環境下で量子的に情報を符号化することで、より複雑で容量の大きい記憶システムが実現するかもしれない。これは特に長期記憶の形成や、直感的な「閃き」のようなパターン認識に関わる可能性がある。

意識状態の変化と関連

瞑想や催眠状態、睡眠段階、各種意識変容状態などは、EZ水の構造や分布の変化と関連しているかもしれない。例えば、深いリラックス状態ではEZ水の形成が促進され、より広範な量子コヒーレンスが可能になるという仮説も考えられる。

神経変性疾患との関連

記事ではタウタンパク質と微小管の関係が言及されている。アルツハイマー病などの神経変性疾患では、タウタンパク質の異常凝集が見られるが、これがEZ水の形成や安定性に影響を与え、結果として微小管の量子機能を損なうという可能性もある。この視点からは、神経変性疾患は「量子意識ネットワーク」の崩壊過程と見ることもできる。

薬物やその他の物質の影響

麻酔薬が意識を「オフ」にするメカニズムとして、微小管のチューブリンへの結合によって量子コヒーレンスを抑制する可能性が考えられる。同様に、様々な薬物やサプリメント、さらには食事成分がEZ水の形成や安定性に影響し、間接的に意識状態を変化させる可能性もある。

環境要因の影響

電磁場や温度、圧力などの環境要因がEZ水の構造に影響を与え、それによって意識の質や状態が変化する可能性もある。例えば、特定の電磁波に長期間さらされることが、EZ水を介して認知機能や意識状態に影響を与えるかもしれない。

これらの可能性はあくまで理論的な推測であり、科学的に十分検証されているわけではない。しかし、もし微小管の量子効果とEZ水の関係が実証されれば、意識の理解だけでなく、認知機能の向上や神経疾患の治療に向けた全く新しいアプローチが開ける可能性がある。現在の神経科学や医学が主に神経細胞間の相互作用に注目しているのに対し、この理論は神経細胞内の量子レベルの現象に光を当てるという点で革命的だ。