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Cérebro Quântico: Somos computadores quânticos biológicos?


Já que todas as analogias do cérebro com um computador falharam, a ideia agora é ver se ele não seria um computador quântico.[Imagem: Peter Allen/UCSB]

Projeto Cérebro Quântico

Nos últimos séculos, os cientistas têm-nos comparado com máquinas e as máquinas conosco - temos uma "maquinaria celular" e computadores são "cérebros eletrônicos", lembra-se?

Com o advento das tecnologias quânticas, físicos e neurocientistas estão pensando em dar um upgrade nessas comparações.

"Será que nós poderíamos ser computadores quânticos, em vez de meros robôs inteligentes que estão projetando e construindo computadores quânticos?" propõe o professor Matthew Fisher, da Universidade da Califórnia em Santa Barbara, nos EUA.

E ele vai tentar responder a essa pergunta; não sozinho, mas junto a uma equipe interdisciplinar e interinstitucional que está se reunindo em torno de um projeto multimilionário batizado de Projeto Cérebro Quântico, ou QuBrain (Quantum Brain Project).

Computação quântica biológica

Algumas funções que o cérebro realiza continuam a iludir a neurociência - o substrato que "guarda" as memórias de longo prazo, por exemplo, ou mesmo como o cérebro registra, retém e recupera todas as memórias.

A mecânica quântica, que lida com o comportamento da natureza em níveis atômicos e subatômicos, pode ser capaz de dar algumas pistas. E isso, por sua vez, poderia ter grandes implicações em muitos níveis, da computação quântica e das ciências dos materiais à biologia, saúde mental e até mesmo na conceituação do que é ser humano.

A ideia de uma computação quântica ocorrendo em nossos cérebros não é nova. O que Fisher planeja fazer é identificar um conjunto preciso e único de componentes biológicos e mecanismos chave que possam fornecer a base para o processamento quântico no cérebro.

De fato, um estado quântico tipicamente marcado pela fragilidade sobreviveu 39 minutos, uma verdadeira "eternidade" pelos padrões da física de partículas, usando átomos de fósforo como qubits. [Imagem: Stef Simmons/CC BY]

Qubits bioquímicos

A marca registrada dos computadores quânticos reside em sistemas infinitesimais de átomos e íons que podem funcionar como qubits ao apresentar o estranho fenômeno do entrelaçamento, ou emaranhamento quântico. Vários qubits podem formar redes que codificam, armazenam e transmitem informações.

Ocorre que, nos computadores quânticos que estamos tentando construir, esses efeitos são gerados e mantidos em ambientes altamente controlados, isolados e a baixas temperaturas, porque qualquer interferência do ambiente faz com que os dados e a computação inteira se percam - e, na escala dos átomos, há sempre outros átomos, elétrons e fótons interferindo uns com os outros.

Assim, o cérebro, quente e úmido, tipicamente não é visto como um ambiente propício para exibir efeitos quânticos, já que esses efeitos devem ser facilmente "lavados" pelo movimento térmico de átomos e moléculas.

No entanto, Fisher afirma que os spins nucleares (no núcleo dos átomos, e não o spin dos elétrons) fornecem uma exceção à regra.

"Spins nucleares extremamente bem isolados podem armazenar - e talvez processar - informações quânticas em escalas de tempo humanas de horas ou mais," disse ele, acrescentando que os átomos de fósforo - um dos elementos mais abundantes no corpo humano - têm o spin nuclear necessário que pode servir como um qubit bioquímico.

Assim, um dos primeiros esforços experimentais de Fisher será monitorar as propriedades quânticas dos átomos de fósforo, particularmente o entrelaçamento entre dois spins nucleares de fósforo quando os dois átomos estão ligados em uma molécula que passa por processos bioquímicos.

Enquanto isso, Matt Helgeson e Alexej Jerschow, da Universidade de Nova York, investigarão a dinâmica e o spin nuclear das moléculas de Posner - nanoaglomerados esféricos de fosfato de cálcio - e se elas têm a capacidade de proteger os spins nucleares dos qubits atômicos de fósforo, o que poderia viabilizar o armazenamento de informações quânticas. Eles também explorarão o potencial do processamento não-local de informações quânticas que poderia ser ativado pelo emparelhamento e dissociação das moléculas de Posner.

Recentemente, um pesquisador brasileiro criou um design radical de computador quântico também baseado em qubits de fósforo. [Imagem: Tony Melov/UNSW]

Neurônios entrelaçados

Em outro conjunto de experimentos, a equipe do professor Tobias Fromme, da Universidade Técnica de Munique, na Alemanha, estudará a possível contribuição da mitocôndria para o entrelaçamento e seu acoplamento quântico com os neurônios. O objetivo é determinar se essas organelas celulares - responsáveis por funções como o metabolismo e a sinalização celular - podem transportar moléculas de Posner dentro e entre os neurônios através de suas redes tubulares.

A expectativa é que fundir e fissionar as mitocôndrias possa permitir o estabelecimento do entrelaçamento quântico não-local intra e intercelular. A subsequente dissociação das moléculas de Posner poderia desencadear a liberação de cálcio, correlacionado através da rede mitocondrial, ativando a liberação de neurotransmissores e o subsequente disparo sináptico através do que seria essencialmente uma rede quântica de neurônios - um fenômeno que Fromme pretende emular em laboratório.

"Se a questão sobre se processos quânticos ocorrem no cérebro for respondida de forma afirmativa, isso pode revolucionar nossa compreensão e o tratamento da função cerebral e da cognição humana," disse Matt Helgeson.

Agora será uma questão de acompanhar os progressos do Projeto Cérebro Quântico e ver se todas essas hipóteses sustentam-se na prática - ou se vamos precisar usar nossos cérebros misteriosos para bolar outras teorias.

FONTE: SITE INOVAÇÃO TECNOLÓGICA

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