Conscience quantique, es-tu là ?

Voilà un titre qui fleure bon le New Age ou la pseudo-science, et en effet l’un des principaux avocats d’une origine quantique du phénomène conscient, Stuart Hameroff, a souvent été relégué par l’establishment scientifique au rang de rigolo. Mais, comme souvent, et comme on le voit encore dans le grand théâtre covidien actuel, le snobisme grégaire – fusse-t-il au sein de la communauté dite scientifique – relève plus de la lâcheté ou de la défense d’intérêts, que d’une réelle intelligence de situation.

Hameroff est un anesthésiste aujourd’hui retraité, fin connaisseur du fonctionnement du cerveau et féru de physique quantique qui proposa, dès les années 80, que le siège de la conscience – au sens de la conscience de soi, ce que David Chalmers allait plus tard nommer « le dur problème de la conscience » (1) – n’était pas le neurone mais l’un de ses principaux constituants, le microtubule (2).

Les microtubules à l’honneur.

Ces minuscules polymères sont les chevilles ouvrières des neurones, et des cellules en général. Et c’est justement l’omniprésence de ces structures, et le large éventail de leurs fonctions, qui attirent depuis quelques années de plus en plus de chercheurs dotés de moyens modernes. A l’époque des débuts de Hameroff, en effet, il n’était pas possible de vraiment sonder leur fonctionnement pour tenter de trouver un quelconque lien avec l’activité mentale.

En tant qu’anesthésiste, Hameroff avait observé que les cerveaux des patients inconscients conservaient l’ensemble de leurs fonctions, dont les circuits de transmission de la douleur, sans que les patients en soient conscients – du moins on l’espère pour eux, ce d’autant que l’on sait que certains patients, a priori inconscients, sont en réalité toujours conscients mais c’est une autre histoire, contée dans « Coma et conscience » (3).

Pour Hameroff, dès lors que les neurones fonctionnement normalement alors que la personne est inconsciente, c’est que les neurones ne sont pas le siège de la conscience. Il découvrit alors qu’un scientifique de renommée mondiale, Sir Roger Penrose, réputé pour ses travaux de physique théorique, proposait une théorie de la conscience quantique, c’est-à-dire associée non pas à des processus de biochimie ou de physique classique tels les interactions entre neurones, mais à des phénomènes situés à l’échelle quantique.

La théorie Orch-OR.

Hameroff et Penrose se mirent alors à collaborer et proposèrent la théorie dite « Orch-OR », pour orchestrated objective reduction, dont le principe (outrageusement simplifié) est le suivant : des processus quantiques au niveau des microtubules sont la source de la conscience.

Ainsi que le savent les lecteurs assidus de ce blog (si si, il paraît qu’il y en a !), une caractéristique fondamentale de la physique quantique est la superposition des états. Une particule, par exemple un électron, peut exister sous la forme d’états superposés, le tout représentant une « onde de probabilité » de toutes les possibilités avant que de « collapser » ou, en bon français, s’effondrer en un état final « réel » au sens classique du terme, c’est-à-dire celui qui sera mesuré par un éventuel observateur.

La conscience serait alors le fruit de ces effondrements quantiques constants qui auraient lieu au sein des microtubules. Les neurones ne serviraient qu’à véhiculer ces impulsions, mais pas à les générer. Un tel mécanisme apporterait alors des réponses à quelques problèmes compliqués, notamment celui du rapport entre la capacité de calcul du cerveau et sa consommation énergétique.

Le cerveau quantique.

Un cerveau, en effet, consomme de l’ordre de 12 W, soit une ampoule à LED de salon. Mais il a une puissance de calcul de l’ordre de 5 Pflops, soit cinq millions de milliards d’opérations à virgule flottante par seconde. L’équivalent d’un superordinateur qui, lui, consomme des milliers de watts pour arriver à ce même résultat, sans être conscient pour autant.

Une clé de l’amélioration de ce ratio puissance de calcul / consommation d’énergie est l’informatique quantique, justement. Ces machines fabuleuses, sur lesquelles tout le monde travaille (4), doivent permettre d’atteindre des capacités de calcul énormes, ce pour une faible consommation car elles utilisent le même phénomène de superposition quantique que Orch-OR :

Plutôt que de devoir calculer chaque solution possible avant d’en déterminer la bonne, ce que fait un ordinateur classique, un ordinateur quantique – ou un cerveau selon Orch-OR – superpose toutes les solutions possibles, et c’est la plus « probable » qui s’effondre pour devenir la « vraie » solution au terme d’un seul calcul. Magique.

Alors évidemment, si cette mécanique quantique a bien été validée dans les laboratoires de physique, sa transposition dans cet environnement chaud, humide et très chargé, chimiquement et électriquement qu’est le cerveau, semble parfaitement ridicule, et c’est bien ce que l’on a dit à Penrose et Hameroff pendant des années. Des décennies même.

Le quantique au sein du vivant ?

Mais la roue tourne, et la possibilité que des phénomènes quantiques se jouent au sein des systèmes biologiques gagne du terrain. La photosynthèse, par exemple, relève d’un processus incroyablement efficace : un photon (de lumière) arrivant sur une feuille y rencontre un électron qui l’emmène dans un « réacteur » où une molécule le transforme en énergie pour la plante :

Un nouveau pas dans le rapprochement des phénomènes quantiques et la « vraie vie » semble être en cours de franchissement : les cellules de certaines algues seraient capable d’optimiser le transfert d’énergie issue de la photosynthèse en coordonnant ces transferts le plus efficacement possible le long de plusieurs pigments moléculaires. Pour ce faire les cellules « sondent » l’état des chemins possibles et déterminent celui qui est le plus rapide et avec le moins de perte d’énergie.

https://zerhubarbeblog.net/2010/09/15/nos-cellules-biologiques-des-ordinateurs-quantiques/

Il n’y a pour ainsi dire aucune perte d’énergie dans la phase de transport, alors que l’électron devrait « chercher » avant de trouver le bon « chemin » vers le réacteur, tout en tenant son photon par la main, ce qui devrait consommer quelque chose. A minima un café.

La solution serait alors que tous les « chemins » soient superposés sous forme d’une onde de probabilité quantique, s’effondrant au profit de la meilleure solution (celle la plus probable), garantissant ainsi un transport efface à notre équipage.

Hameroff n’hésite pas à aller plus loin en proposant, par exemple, que l’expérience de mort imminente (near death experience, ou NDE pour les intimes) serait non pas un voyage temporaire entre la vie et la mort donnant un aperçu de « l’après », mais le fruit d’un processus quantique au sein du cerveau.

Un autre exemple intéressant est celui de l’organisme unicellulaire Paramécie (5). Il n’a ni neurones, ni système nerveux mais pourtant il sait trouver de la nourriture, il sait faire des choix. Avec quoi ? Comme toute cellule celle-ci compte de nombreux microtubules, et pour Hameroff c’est encore à ce niveau-là, au niveau des interactions quantiques, qu’il faut chercher la réponse.

Du microtubule au memristor.

La recherche récente a également mis en lumière des caractéristiques très particulières concernant ces microtubules, et notamment leur comportement électrique que certains décrivent comme relevant du memristor.

Pour faire simple, un memristor est une sorte de résistance à mémoire, un composant électronique décrit théoriquement dans les années 70 par Leon Chua, mais seulement réalisé « en vrai », à titre expérimental, en 2008.

Un memristor stocke efficacement l’information car la valeur de sa résistance électrique change, de façon permanente, lorsqu’un courant est appliqué³. Là où une résistance classique apporte une valeur stable de résistance, un memristor peut avoir une valeur élevée de résistance interprétable dans un ordinateur comme un « 1 » en termes logiques, et une faible valeur qui peut être interprétée comme un « 0 ». Ainsi, une donnée peut être enregistrée et réécrite par un courant de contrôle. Dans un certain sens, un memristor est un résistor variable qui, par la valeur de sa résistance, reflète sa propre histoire³.

https://fr.wikipedia.org/wiki/Memristor

Cet objet, digne d’une autopsie de Terminator, a quelques avantages notables en termes de « computation » : il garde son historique en mémoire, même si le courant est coupé. Il consomme très peu, de l’ordre de 1% d’un transistor classique. Leon Chua, ayant découvert l’existence et les caractéristiques des microtubules, aurait déclaré que les microtubules sont des memristors.

Rien que cela. Non seulement l’évolution biologique ferait bon usage de processus quantiques, mais en plus elle inventerait des composants électroniques de ouf qu’elle produirait par milliards d’unités au mm², alors même que nous savons à peine en fabriquer un seul dans un labo sophistiqué.

Résumons.

D’abord, les cellules biologiques, et a fortiori nos cerveaux, sont capables d’intensités de calcul très importantes tout en consommant très peu d’énergie. Ensuite, la conscience semble indépendante des simples processus électro-chimiques associés aux neurones.

Quel est le dénominateur commun de tout ceci ? Les microtubules, ces polymères de 25 nanomètres de diamètre qui sont les chevilles ouvrières de toutes les cellules animales et végétales.

Que constate-t-on au sein de ces microtubules ? Un effet électrique de type memristor, permettant de garder de l’information en mémoire, avec une bien plus grande densité que nos mémoires électroniques actuelles, tout en consommant extrêmement peu d’énergie.

La théorie de la conscience dite Orch-OR, développée par Roger Penrose et Stuart Hameroff, prédit que ce sont les fonctions d’ondes quantiques au sein de ces microtubules qui, en s’effondrant, provoquent ce que nous nommons la conscience. Développée bien avant les récentes avancées dans la recherche sur les microtubules, cette théorie se trouve renforcée par ces découvertes et passe aujourd’hui de la catégorie « pseudo-science » à la recherche de pointe.

Expliquer la conscience, dont nous ne connaissons pas la nature fondamentale, par la physique quantique, dont nous ne connaissons pas non plus la nature fondamentale, peut sembler puéril aux rationalistes endurcis. En effet, deux inconnues ne font pas une explication.

Reste que l’expérimentation moderne permet d’observer et de mesurer des phénomènes à l’échelle quantique, et que la recherche sur la conscience, un sujet récurrent sur ce blog (6), propose aujourd’hui des pistes encore bien plus extraordinaires que la simple application d’un phénomène quantique.

L’établissement d’un lien solide entre conscience et quantique, néanmoins, ouvrirait des pistes de réflexion philosophique susceptibles d’occuper un paquet de gens pour un bout de temps. En effet, si c’est la conscience qui permet à l’onde de probabilité de s’effondrer pour devenir « réelle », mais que c’est en même temps cet effondrement qui donne naissance à la conscience, il va falloir sérieusement revoir nos notions de causalité.

Liens et sources :

(1)

En anglais on dit the hard problem of consciousness, une phrase lancée par le philosophe David Chalmers, que l’on peut résumer ainsi : comment se fait-il qu’un tas de neurones, de connexions chimiques et électriques en arrive à nous faire ressentir des expériences, des sensations subjectives qu’il nous est ensuite possible de modifier en agissant sur le monde ?

https://zerhubarbeblog.net/2018/03/13/le-dur-probleme-de-la-conscience/

(2) https://fr.wikipedia.org/wiki/Microtubule

(3) https://zerhubarbeblog.net/2019/07/02/coma-et-conscience/

(4) https://www.futura-sciences.com/tech/actualites/ordinateur-quantique-ordinateur-quantique-ibm-conteste-suprematie-quantique-clamee-google-64234/

(5) https://fr.wikipedia.org/wiki/Param%C3%A9cie

(6) https://zerhubarbeblog.net/?s=conscience&orderby=relevance&order=DESC&post_type=post%2Cpage%2Cattachment