Penrose sienta las bases de una biofísica cuántica de la mente

Einstein quedó fascinado por la inteligibilidad del universo. Roger Penrose, experto en la Teoría de la Relatividad, se pregunta por la capacidad humana para ser consciente de un mundo cognoscible.

La conciencia, la mente y el psiquismo han sido temas generalmente estudiados por filósofos de la mente y relegados tácitamente del estudio científico por su afinidad a lo espiritual.

Provisto de un amplio registro fenomenológico, Penrose se aventura a explicar científicamente los procesos biofísicos que producen la experiencia consciente. No es tarea fácil. Es una opción de riesgo, ejecutada en terreno especulativo, cuyo desarrollado exige elevar el pensamiento hasta la cumbre intelectual.

Durante las dos últimas décadas, Penrose ha escrito varios libros que explican su modelo físico de la conciencia. Su última publicación, El camino hacia la realidad (2005), ofrece al lector una revisión crítica, novedosa y profunda sobre los entresijos de las teorías físicas y matemáticas, que lo acercan a una mejor comprensión de la realidad.

Se trata claramente de la obra científica culmen de quien ha conseguido una especial maestría para desenvolverse en los complejos mundos de la física y la matemática. Sólo en el último capítulo, tras más de mil páginas de física-matemática, subraya la estructura de la realidad a partir de tres mundos (matemático, físico y psíquico), como ya hiciera en obras anteriores. Esta guía completa de las leyes del universo es, digamos, el aval físico-matemático que origina y fundamenta su modelo biofísico de la conciencia.

En este artículo exponemos sintéticamente el modelo propuesto por Penrose junto a Stuart Hameroff, un conocido anestesista americano de la Universidad de Arizona (Tucson), para explicar el registro fenomenológico que experimentan los seres conscientes. El trabajo diario de Hameroff, eliminando temporalmente la conciencia de sus pacientes, supone una riquísima experiencia de campo que apoya las ideas de Penrose.

Los tres mundos de Penrose

La realidad es una sola unidad clasificable en tres mundos. Por su consistencia interna inmutable el mundo matemático ocupa una posición especial. Al mejor estilo platónico, las matemáticas habitan en un mundo del ser, eterno, armónico y perfecto. Los elementos matemáticos poseen una existencia que sólo puede ser descubierta a través de la inteligencia. Decimos, pues, que es un mundo inteligible.

Existe también un mundo físico. Es la realidad sensible y perceptible a través de las sensaciones. Las ciencias físicas estudian las propiedades de este mundo dinámico e imperfecto, que son susceptibles de comprobación experimental. Es un mundo de luz y de procesos materiales explicables mediante cuatro interacciones básicas descritas mediante elementos del mundo matemático. El fundamento ontológico del mundo físico es matemático.

Además, Penrose incluye un mundo de experiencias psíquicas, personales e intersubjetivas. Es el mundo psíquico donde acontece la conciencia. La conciencia es una propiedad psíquica de algunos seres materiales del mundo físico. Los animales superiores participan de esta dimensión psíquica de la realidad. No podemos decir lo mismo de una roca o de un átomo. Sólo una parte del mundo físico ha producido conciencia. Existe, pues, una relación entre los mundos físico y psíquico.

Por último, Penrose establece una interrelación entre el mundo psíquico y el matemático, que termina de unificar la realidad. El mundo matemático es aprehendido por un ser físico y consciente concreto. El hombre es capaz de conocer el mundo matemático. Es el único ser del mundo psíquico capaz de contemplar las verdades matemáticas. Gracias al hombre, surge la unidad de los tres mundos: una parte del matemático soporta lo físico, una parte del físico lo psíquico y una parte del psíquico contempla lo matemático. En síntesis, vivimos en una única realidad con tres dimensiones: matemática, física y psíquica.

El teorema de incompletitud de Gödel

El desarrollo de nuevas tecnologías ha condicionado nuestra visión del mundo psíquico. Los avances en robótica y computación han suscitado deseos de reproducir artificialmente la facultad inteligente del hombre; es decir, de construir una inteligencia artificial. El impulso de estos computacionalistas, que asemejan la inteligencia a los procesos ejecutados por un ordenador, ha resonado fuertemente en la sociedad. Si se encontrara el conjunto de algoritmos de la mente, resultaría un ser cuasi-consciente. En esta línea, es especialmente llamativa la película AI (Artificial Intelligence) de Spielberg, donde se visualiza un mundo futuro repleto de robots conscientes e inteligentes.

En La nueva mente del emperador (1989) Penrose dedica la mitad de su libro a demostrar la imposibilidad de construir una mente computacional. Defiende que la conciencia es el producto psíquico resultante de unos procesos físicos que no son computables. Por tanto, imposibles de ser simulados por un ordenador. La mente consciente que se abre a realidades inteligibles tiene un modus operandi esencialmente distinto a la ejecución algorítmica de un computador.

Penrose basa su argumento en el teorema de incompletitud de Gödel, que demuestra la imposibilidad de deducir formalmente el valor de verdad de un enunciado que, sin embargo, puede ser intuido. No toda verdad matemática puede ser demostrada a partir un conjunto finito de axiomas. Siempre quedan elementos matemáticos de realidad fuera más allá de la demostración formal. Entonces, ¿cómo puede el hombre ser consciente de ellos?

El hombre contacta con el mundo matemático a través de la intuición consciente. Su modo de proceder racional puede ser tanto algorítmico, siguiendo las reglas de deducción lógica a partir de un conjunto de premisas, como intuitivo al visualizar la conclusión directamente. Son varios los ejemplos que señala Penrose: la intuición matemática de Poincaré, la capacidad musical de Mozart para construir espontáneamente una sinfonía, él mismo al desconectar de su trabajo matemático para atender a una visita espontánea en su despacho…

En consecuencia, si el hombre es capaz de pensar de manera no algorítmica, un computador no puede simular integralmente la mente humana. Un ordenador que simplemente ejecute procesos programados en un software no puede actuar como la mente, pues la conciencia humana es un complemento no algorítmico que se monta sobre el pensamiento rutinario y pautado. ¿Cómo explicar, pues, la conciencia? Penrose revisa los fundamentos de la física para encontrar elementos que no sean computables y, por tanto, sirvan como discriminante entre la mente computacional y la conciencia humana.

Mecánica clásica y física cuántica

La segunda parte de La nueva mente del emperador es una revisión pormenorizada de aquellos aspectos de la física con características no computables. Su estudio de la Mecánica Clásica le lleva a subrayar los procesos caóticos que, minuciosamente, dependen de las condiciones físicas iniciales. Ahora bien, Penrose no encuentra la forma de implementar el caos en una teoría de la conciencia.

Incluso, a pesar de ser no computables por indeterminación experimental en los momentos y velocidades, se trata de procesos determinados que no explicarían adecuadamente el libre albedrío sentido. Buen conocedor de la teoría de Einstein, encuentra una posibilidad de indeterminación física en la Relatividad, pero sin viabilidad inmediata para la conciencia. La Mecánica clásica no parece, finalmente, el marco epistemológico adecuado para describir la fenomenología de la conciencia.

La física cuántica abre nuevos horizontes para hallar la base física de la conciencia. A través de una clara y genial exposición acerca de los fundamentos cuánticos del mundo físico, Penrose se centra en el proceso de transición clásico-cuántico, es decir, en la medida de un sistema cuántico. No existe una teoría física canónica de la medida cuántica. Simplemente, se interpreta como una reducción cuasi-instantánea de la superposición de estados cuánticos de un sistema físico en un estado clásico concreto. Es el colapso de la función de onda en un estado clásico.

La causa de este colapso es desconocida. Sabemos que al medir se produce la transición desde el indeterminismo cuántico a la concreción clásica. Pero, el criterio físico que la determina es desconocido. Ocurre, aunque no sabemos por qué causas. Es el problema de la medida en física cuántica.

Teoría cuántica y conciencia

No parece evidente una relación entre el problema de la medida cuántica y el enigma de la conciencia. A nuestro entender, se trata de la intuición principal que Penrose desarrolla en La nueva mente del emperador. Establece una conexión entre la transición cuántico-clásica y el fundamento físico de la conciencia, a través de un proceso denominado reducción objetiva.

Son varios los físicos que, antes que Penrose, han propuesto relaciones entre procesos físicos y conciencia. Brevemente, destacamos los múltiples universos de Everett-Witt y el desperdigamiento de una conciencia original en ellos, la necesidad de un observador consciente que produzca la reducción cuántico-clásica de Wigner o el abrupto dualismo entre un mundo cuántico inerte y un mundo clásico consciente de von Neumann.

Sin embargo, es Penrose quien establece un criterio científico objetivo en el proceso de medida, que involucra a la única interacción física desligada del Modelo Estándar: la gravedad cuántica. Propone que ante un estado de superposición cuántica, el mismo espacio-tiempo permanece en un estado de indefinición cuántica hasta que se establece una diferencia de energía superior al quantum de gravedad. Entonces, se produce el colapso de los espacio-tiempo cuánticos en un espacio-tiempo clásico donde se obtiene el valor determinado tras la medida. Finalmente, el observador toma conciencia de este estado.

En definitiva la reducción cuántico-clásica es un proceso físico objetivo pautado por el criterio del gravitón, ajeno a cualquier subjetivismo que involucre la conciencia. El estado consciente es una consecuencia de este proceder físico de la materia. De algún modo, la mente debe reproducir estos mecanismos físicos para producir los estados de conciencia.

El modelo de microtúbulos de Hameroff-Penrose

Sombras de la Mente (1994) es su obra especialmente dedicada a la conciencia. Basado en ciertas hipótesis biológicas de Hameroff, Penrose implementa su propuesta de la reducción objetiva a la biofísica del cerebro. La pieza clave de este complejo entramado de física, matemáticas y biología es una estructura tubular de 25 nanómetros de diámetro y una longitud que alcanza el milímetro. Son los microtúbulos formados por un tipo de proteínas denominadas tubulinas, que presenta un doble estado conformacional según la disposición de sus electrones.

Cada conformación de la tubulina se corresponde con un estado cuántico. Así, por lo general, una tubulina permanece en una superposición cuántica de dos estados. Se forma, pues, un bit cuántico o qubit. En conjunto cada microtúbulo es una estructura conexa de múltiples qubits, capaces de procesar cuánticamente la información.

Los microtúbulos se asocian en estructuras más complejas denominadas centriolos, formadas por un conjunto de nueve tripletes microtubulares con forma cilíndrica. A su vez, los centriolos se agrupan por pares en estructuras de cruz. Los centriolos desempeñan un papel fundamental en los procesos de división celular, así como en la coordinación de otros procesos celulares como el movimiento de la propia célula por medio de la acción de cilios y flagelos. Estos son especialmente importantes en seres unicelulares pues, simultáneamente, contactan sensitivamente con el medio y coordinan el citoesqueleto para sobrevivir en él.

El modelo Penrose-Hameroff supone que la información física del medio queda registrada cuánticamente en las tubulinas. El entrelazamiento cuántico entre las tubulinas del microtúbulo permite la formación de estados macroscópicos de coherencia cuántica. Al procesar la información cada microtúbulo incrementa su nivel de coherencia, suficientemente protegido de las perturbaciones del entorno, hasta que media la transición cuántico-clásica descrita por el proceso de reducción objetiva.

A diferencia de otros sistemas cuánticos, la concreción del estado clásico está regulada por un agente proteico asociado a los microtúbulos llamado MAP. Las MAP permanecen inocuas durante el procesado de la información. Una vez se alcanza un elevado nivel de coherencia en el microtúbulo, el desplazamiento de las MAP provoca un incremento de energía superior quantum de gravedad, que causa la reducción objetiva. Al tratarse de una reducción mediada por agentes internos, Penrose y Hameroff lo denominan proceso de reducción objetivo y orquestado por las MAP.

Tras el proceso de reducción objetiva y orquestada los microtúbulos alcanzan un estado de concreción clásica. En esta fase clásica intermedia, entre la reducción cuántico-clásica y el nuevo incremento de coherencia cuántica, se forma un estado consciente. A intervalos de medio segundo se culmina un nuevo ciclo: formación del estado macroscópico de coherencia cuántica, reducción objetiva-orquestada y concreción de un estado clásico de conciencia.

Hacia una nueva física

El modelo Penrose-Hameroff es una propuesta especulativa sobre el funcionamiento básico de la conciencia. No hay comprobación experimental alguna y, en este sentido, no es científico; pero si tenemos en cuenta que la ciencia también es proposición de teorías que puedan ser sometidas a prueba en el futuro, en este sentido, sí sería científico. Ahora bien, se trata de un modelo que permite explicar mejor el conjunto de rasgos fenomenológicos de la conciencia. La intuición matemática, por ejemplo, equivaldría a un estado más intenso de coherencia cuántica en los microtúbulos.

Penrose es muy consciente de las limitaciones de su modelo. No es ningún ilusionista embaucador. Es un científico de primera línea capaz de aventurarse en marcar propedéuticamente el proceder futuro de las ciencias físicas. Penrose va más allá de la física canónica porque la física actual no es capaz de explicar el fenómeno psico-biofísico de la experiencia consciente. Su propuesta explicativa es un modelo heurístico que anticipa una teoría mejor.

Esta nueva física capaz de explicar la conciencia ha de estar estrechamente relacionada con el problema de fondo de la física moderna: la incompatibilidad entre la teoría gravitatoria de Einstein y la física cuántica. En este sentido, Penrose augura una teoría completa de la gravedad que integre la hipotética gravedad cuántica en el conjunto de las demás interacciones físicas. Los avances en esta teoría supondrán valiosísimas aportaciones para la construcción de una teoría general de la conciencia. Según Penrose, no hay gravedad cuántica sin conciencia cuántica y viceversa; ello apuntaría a una nueva teoría psico-biofísica.

Esta teoría general compete a cosmólogos, físicos y neurocientíficos. Su construcción exige conocer las propiedades geométricas del Big Bang, coherentes con los datos experimentales que parecen confirmar la hipótesis de un estado físico primigenio ordenado que evoluciona hacia nuevos estados de mayor entropía. De igual modo, como ya hemos anticipado, la teoría completa de la gravedad requiere explicar científicamente el proceso de reducción objetiva en coherencia con la Segunda Ley de la Termodinámica. Por último, dicha teoría no será completa si no ofrece una explicación física del psiquismo consciente. Necesariamente ha de explicar el funcionamiento físico de la conciencia.

A diferencia de la mayoría de físicos que buscan una teoría de la gravedad a partir de la cuantización, más o menos canónica, de la Relatividad General de Einstein, Penrose pondera la Relatividad sobre la Cuántica. Su idea se basa en modificar la estructura básica del espacio-tiempo. En vez de interpretarla como el conjunto del espacio cuadridimensional de Minkowski, Penrose la define a partir de haces de luz asociados a un espacio de Penrose o de twistores. La teoría de twistores, desarrollada junto a Rindler en los dos volúmenes de Spinors and Space-Time, habilita un espacio-tiempo no-local que explicaría mejor los fenómenos cuánticos de no-localidad tipo Aspect. Dichos fenómenos pueden desempeñar una función holística, de coherencia cuántica generalizada, entre los microtúbulos del cerebro.

¿Se puede construir una conciencia artificial?

Supuestos los mecanismos físico-cuánticos que operan en la mente, resulta natural preguntarse por la posibilidad de construir en el laboratorio un ente consciente. Ante esta pregunta Penrose responde que de ser posible, tal objeto artificial consciente no sería un ordenador.

Penrose no cierra definitivamente la posibilidad de la tentativa. Sin embargo, sensatamente, advierte que antes de poder simular o incluso crear una conciencia artificial, es necesario conocer cómo funciona la conciencia. Es imprescindible haber descubierto los procesos funcionales psicobiofísicos que producen la conciencia.

Por ello, consecuentemente, Penrose prioriza la investigación fundamental ante el hipotético desarrollo tecnológico que produjera conciencia. Antes de una ingeniería de la mente, se requiere una biofísica del psiquismo. Puesto que la física actual no parece capaz de explicar el fenómeno de la conciencia, se requiere investigar una nueva física.

Sería la teoría completa de la gravedad la que, explicando la fenomenología de los seres vivos conscientes, marcaría las pautas científicas a los ingenieros cuánticos para construir una conciencia artificial. De conseguirse, Penrose advierte de la responsabilidad ética para con este supuesto ser artificial consciente. No sería un mero robot computacional; hablamos de una conciencia artificial.

¿Es integralmente explicable la conciencia desde la física?

Para concluir nos preguntamos si la nueva física de Penrose alcanzará el estatus de la teoría definitiva de la conciencia. En la línea popperiana, que acentúa el carácter abierto de la ciencia, y conscientes del error de cuantos creyeron haber topado con una teoría final, consideramos que no es probable.

La teoría completa de la gravedad de Penrose será capaz de explicar la conciencia de forma limitada. Seguramente, la teoría que Penrose anticipa, u otra pensada por otro científico, logre explicar mejor los procesos biofísicos de la mente que producen conciencia. Hoy en día los desconocemos. En el futuro los conoceremos mejor.

Conocer la mente biofísicamente abrirá nuevas puertas a la investigación en ingeniera cuántica de la conciencia. Sabremos con mejor aproximación lo que queremos reproducir artificialmente. Toda esta ciencia permitirá, sin duda, mejorar la salud psíquica de los pacientes. Ahora bien, no consideramos probable conquistar un conocimiento científico íntegro de la conciencia. Siempre quedarán elementos psíquicos de realidad más allá de la demostración científica formal. El futuro lo dirá. Pero, en todo caso, las especulaciones teóricas de Penrose son hoy probablemente la contribución más importante hacia una explicación psicobiofísica del psiquismo, dentro de una visión holística de lo real que supera las estrecheces del reduccionismo de décadas anteriores y nos abre a una ciencia más humanística y, desde luego, mucho más cercana al diálogo con el teísmo.



Manuel Béjar es investigador en la Cátedra CTR. Licenciado en física por la Autónoma de Madrid, en la actualidad prepara una tesis doctoral sobre la conexión de las físicas de David Bohm y Roger Penrose en relación al problema de la conciencia.