왼쪽에서 오른쪽으로 (a) 길이를 따라 여러 개의 미엘린 덮개가 있는 뉴런, (b) 축삭 세그먼트를 둘러싸고 있는 미엘린 덮개 세그먼트의 모델링, (c) 미엘린의 주요 구성 요소인 인지질 분자를 보여주며, 꼬리는 많은 수의 탄소-수소(C-H) 결합으로 구성됩니다. 크레딧: Physical Review E(2024). DOI: 10.1103/PhysRevE.110.024402

의식의 본질을 이해하는 것은 과학에서 가장 어려운 문제 중 하나입니다. 일부 과학자들은 양자 역학, 특히 양자 얽힘이 현상을 푸는 열쇠라고 제안했습니다.

중국의 한 연구 그룹은 신경 섬유를 덮고 있는 미엘린 수초(myelin sheath) 내부에서 많은 얽힌 광자가 생성될 수 있음을 보여주었습니다. 지금까지는 뉴런 사이의 동기화가 소리의 속도 보다 느리다고 생각해 왔기 때문에 뉴런 사의의 빠른 정보교환을 설명하기가 어려웠습니다.

이 논문은 학술지 '피지컬 리뷰 E(Physical Review E)'에 게재되었습니다.

"진화의 힘이 먼 거리에서 편리한 행동을 찾고 있다면, 양자 얽힘은 이 역할에 이상적인 후보가 될 것"이라고 Yong-Cong Chen은 Phys.org에 보낸 성명에서 말했습니다. 첸은 상하이 대학교의 교수입니다.

뇌는 신경 조직의 주요 구성 요소인 뉴런 사이에서 시냅스라는 전기 신호를 발사하여 자체 내에서 의사소통을 합니다. 뉴런 간의 의사소통은 의식(다른 뇌 활동 중에서도)이 의존하는 수백만 개의 뉴런의 동기화된 활동입니다. 그러나 이러한 정확한 동기화가 어떻게 이루어지는지는 알려져 있지 않습니다.

뉴런 사이의 연결은 축삭돌기로 이루어지며, 축삭돌기를 덮고 있는 것은 지질로 이루어진 백색 조직인 미엘린으로 만들어진 코팅입니다.

최대 수백 개의 층으로 구성된 미엘린은 축삭을 절연할 뿐만 아니라 축삭을 형성하고 축삭에 에너지를 전달합니다. (실제로, 일련의 그러한 덮개는 축삭의 길이를 가로 질러 뻗어 있습니다. 미엘린 수초는 일반적으로 길이가 약 100 미크론이며 그 사이에는 1-2 미크론 간격이 있습니다.) 최근의 증거에 따르면 미엘린은 뉴런 간의 동기화를 촉진하는 데도 중요한 역할을 합니다.

그러나 신호가 축삭돌기를 따라 전파되는 속도는 음속보다 낮고, 때로는 훨씬 낮아서 뇌가 할 수 있는 모든 놀라운 일들의 기초가 되는 수백만 개의 뉴런 동기화를 만들어내기에는 너무 느립니다.

이 문제를 해결하기 위해 첸과 그의 동료들은 이 축삭-미엘린 시스템 내에 양자 얽힘의 마법에도 불구하고 관련된 거리를 가로질러 즉시 통신할 수 있는 얽힌 광자가 있을 수 있는지 조사했습니다.

트리카르복실산 회로는 영양소에 저장된 에너지를 방출하며, 순환 과정에서 방출되는 적외선 광자의 폭포가 있습니다. 이 광자는 지질 분자의 탄소-수소(C-H) 결합의 진동과 결합되어 더 높은 진동 에너지 상태로 여기시킵니다. 그런 다음 결합이 더 낮은 진동 에너지 상태로 전환됨에 따라 광자의 폭포를 방출합니다.

중국 연구진은 미엘린으로 둘러싸인 완벽한 원통에 캐비티 양자 전기역학을 적용하여 미엘린 덮개의 외벽이 완벽한 원통형 전도벽이라는 합리적인 가정을 했습니다.

이상의 기사는 2024년 8월 16일 Phys.org에 게재된 “Photon entanglement could explain the rapid brain signals behind consciousness”제목의 기사 내용을 편집하여 작성하였습니다.

* 원문정보 출처 : Photon entanglement could explain the rapid brain signals behind consciousness (phys.org)

* 추가정보 출처 : Phys. Rev. E 110, 024402 (2024) - Entangled biphoton generation in the myelin sheath (aps.org)

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