量子认知：大脑中核自旋处理的可能性

我们提出并探讨了大脑中可能存在基于核自旋的量子处理的可能性。磷被认定为具有核自旋的独特生物元素，可作为此类假定量子处理（即神经量子比特）的量子比特，而磷酸根离子是唯一可能的量子比特载体。我们认定“Posner 分子”，即 $\text{Ca}_9 (\text{PO}_4)_6$，是唯一能够长期保护神经量子比特并因此充当（工作）量子存储器的分子。量子处理的核心要求是量子纠缠。本文论证了由酶催化的将一个焦磷酸根离子裂解为两个磷酸根离子的化学反应可以使成对的量子比特发生量子纠缠。由这些磷酸根对与细胞外钙离子结合形成的 Posner 分子将继承这种核自旋纠缠。我们提出了一种在“kiss and run”胞吐作用期间将 Posner 分子运输到突触前神经元中的机制，该胞吐作用将神经递质释放到突触间隙中。当一对 Posner 分子发生化学结合并随后融化时，会释放大量细胞内钙离子，从而触发进一步的神经递质释放并提高突触后神经元放电的概率，此时即可发生量子测量。多个纠缠的 Posner 分子引发神经元放电率的非局域量子关联，将为神经量子处理提供关键机制。文中简要提及了体外和体内的相关推论。