Bilince Açılan Gizli Geçit Kuantumdan mı Geçiyor? – Gülsüm Esen

“Beni hiçbir ip tutmuyor,

artık, şimdi özgürüm,

iplerden kurtuldum.”

Pinokyo

---

1. Giriş

Erwin Schrödinger 1944 yılında yazdığı Yaşam Nedir? kitabında, fiziğin içerisinden doğan bir bilimin canlılığı açıklayacağını iddia etmişti.  Geçtiğimiz yüzyılda, madde ve enerji hakkında pek çok yeni şey öğrenildi. Schrödinger’in varlığından dahi habersiz olduğu pek çok yeni fenomen keşfedildi. Ardı arkası kesilmeyen bu bilimsel keşifler bilim ve bilim insanlarına duyulan güveni arttırdı. Ancak geçen zaman içerisinde Schrödinger’in işaret ettiği, organik ile ingorganik dünyayı birbirine bağlayan fiziksel köprü henüz bulunamadı; üstelik, moleküler düzeyde atomlar biyoloji ve fizikte aynı yasalara bağlı olmalarına rağmen. Canlılık neden vardı ve bilinç nasıl var oluyordu? Modern disiplinlere miras kalan bu çok boyutlu enigma, kendisini sıkı sıkıya koruyordu. Bu, gizeminin hiçbir parçasının üzerine henüz ışık düşmedi. Günümüz fizikçileri canlılığı ve bilinci açıklayacak o kıvılcımı, kuantum fiziğinde aramaktadır.[1] Makalemizin konusu olan Roger Penrose’un zihin teorisi de bu bağlamda ileri sürülmüş bir teoridir.

Penrose, ileri sürmüş olduğu “Orch OR” teorisi ile bilince kuantum fiziği açısından bir açıklama sunmayı hedefler. Bilince açılan bir köprü bulduğunu ifade eder, hücre dinamiğinin en temelde bağlı olduğu yasaların ancak kuantum fiziğinin imkanları ile anlaşılabileceğini ifade eder.

2. “Orch OR” Teorisi

Penrose, günümüzde ulaştığımız evren tasvirine dayanak olan fizik yasalarının, insan bilinci anlamanın önündeki engelleri aşacağını düşünür.[2]

Penrose, beynin biyolojik yapısının günümüzde bilgisayarlara kıyasla avantajlı konumda olduğunu belirtir.[3] Peki geleceğin bilgisayarları bilinç sahibi olacak mıdır? Penrose’un odaklandığı soru budur. Okuyucu için sürprizi sona saklamak istesek de burada cevaplamamız daha uygun görünmektedir, makalenin devamında sebebini açıklayacağımız üzere Penrose’un cevabı “Hayır!” olacaktır. Dolayısıyla o zihin felsefesi ve yapay zekâ bağlamında tartışılan güçlü yapay zekaya (strong ai) imkân tanımaz. Bir bilgisayar, henüz bir çocuk ile dahi yarışacak düzeye erişememiştir[4] ve dahası, taklit becerisi göstermek, adım adım işlemleri takip etmek bilinci açıklamak için yeterli değildir. Turing makineleri yalnızca taklit etme becerileri olan makinelerdir ve “Bütün modern genel amaçlı bilgisayarlar aslına bakılırsa evrensel Turing makineleridir.”[5]

O zihin felsefesinde savunulabilir pozisyonları dört farklı grupta değerlendirir:

• “A. Düşünme tamamen hesaplamadır; özelde de bilinçli farkındalık duyguları yalnızca uygun hesaplamaların gerçekleştirilmesi yoluyla ortaya çıkar.
• B. Farkındalık beynin fiziksel faaliyetinin bir özelliğidir ve herhangi bir fiziksel faaliyet hesaplamaya dayanarak simüle edilebilmesine karşın, hesaplamalı simülasyon kendi başına bir farkındalık ortaya çıkaramaz.
• C. Beynin uygun fiziksel faaliyeti farkındalık uyandırır, ancak bu fiziksel faaliyet hesaplamaya dayanarak düzgün bir şekilde simüle dahi edilemez.
• D. Farkındalık fiziksel, hesaplamalı ya da diğer bilimsel kavramlar temelinde açıklanamaz.”[6]

Peki Penrose’un bu görüşlere karşılık olarak savunduğu alternatif nedir? Penrose, “Orkestrasyonyal nesnel indirgeme” (orchestrated objective reduction, Orch OR) olarak adlandırılan teoriyi savunmakta ve önde gelen anestezist Stuart Hameroff ile beraber çalışmalarda bulunmaktadır.  Onlar, mikrotübüllerdeki kuantum titreşim hesaplamalarının sinaptik girdiler ve mikrotübüllerde depolanan bellek tarafından “düzenlendiği” (“Orch”) ve Penrose “nesnel indirgeme” (“OR”), dolayısıyla “Orch OR” ile sonlandırıldığını öne sürmektedirler.

3. Orch OR’un Biyolojik Arka Planı

Öncelikle Hücre yapısında bulunan mikrotübüllerden bahsetmemizin Penrose ve Hameroff’un düşüncelerinin anlaşılması açısından önemli olacaktır.

Ökaryot hücre, sahip olduğu organellerin birbirlerine karşı konumlarını ve hareketlerini düzenleyen, dinamik bir yapı olan sitoskeleton adı verilen hücre iskeleti bulunmaktadır. Bu iskelet, hemen her tür biyolojik olayda önemli rol üstlenir. Örneğin, ağaç gibi dallanan nöron hücresi ve konkav disk görünümündeki eritrosit (kırmızı kan hücresi) yapısını bu iskelete borçludur. Hücreler, farklı morfolojilerini büyük oranda bu iskelete borçludur. Sitoskeleton birbirini destekleyen üç bileşenden oluşur; mikrotübüller, aktin flamentleri ve İntermediyet (orta boy) filamentler.[7]

Hücre iskeletinde görevli her bir filament (Şekil 1) kendi aralarında bir araya gelebilir, parçalara ayırabilir ve birbirleriyle bağlantı kurabilir, düzenleyici ve çapraz bağlayıcı proteinlerin yardımıyla farklı ağ türleri oluşturabilir. Dahası bu ağlar aynı zamanda bu dinamik süreci şekillendirerek, birbirleri ile de etkileşime girer.[9]

Bu yapıları kısaca yakından tanıyacak olursak;

• a. Aktin Filamentleri (Mikrofilamentler): Hücre iskeletini oluşturan bileşenlerin en incesidir. Aktin filamentleri, hücreye mekanik destek sağlayarak hücrelerin göz etmesini, parçacıkları yutmasını sağlar ve plazma membranın altında bol miktarda bulunur.[10]
• b. İntermediyet (orta boy) filamentler: Hücre yapısına göre farklılık gösterirler. Stoplazmanın her yerine yayılmış haldedirler. Mikrotübül ve Aktin filamentlerinin aksine hücre hareketinde doğrudan rol almazlar. Daha ziyade hücrelere ve dokulara mekanik güç sağlayarak temelde yapısal bir rol oynadıkları görülmektedir.[11]
• c. Mikrotübüller: Sitoplazmik iskeletin en kalınlarıdır. Mikrotübüller, aynı zamanda hücre bölünmesinde görev alır,[12] kromozomları kutuplara çeken sentriyoller de mikrotübül filamentlerinden oluşurlar. Sentriyoller sadece hayvanlarda, protozoalarda ve bazı mantarlarda bulunurlar.[13]

Penrose’un mikrotübüllerden hareketle beyin biyolojisi ve kuantum fiziği arasında kurmuş olduğu ilişkinin daha iyi anlaşılabilmesi için mikrotübüllere daha yakından bakmamız önemli görünmektedir. Mikrotübüllerin bileşenleri aşağıdaki gibidir.

Şekil 3: Mikrotübüllerin yapısını gösterir.[14]                       

Nöronlar söz konusu olduğunda da erken embriyonik gelişim sırasında hücre bölünmesi ve göçü, hücre içi trafiği ve sinyal iletiminin yanı sıra uygun akson rehberliği ve sinaps oluşumu dahil olmak üzere birçok farklı süreç için oldukça dinamik biçimde mikrotübüle bağlıdır.[15]

Örneğin, aksonların büyümesi esnasında, büyüme yapısal elemanlarını[17] oluşturan mikrotübüllerin uzamasına bağlıdır; tübülin alt birimleri, mikrotübüllerin serbest uçları üzerine monte edildikleri büyüme konisine taşınır. Aksonun sonunda bir parçalanma süreci başlatıldığında, akson uzaması durur, böylece mikrotübüller birleştirildikleri hızda denatüre olurlar; bu bozulma muhtemelen terminaldeki bir proteazın kalsiyum iyonlarının akışı ile aktivasyonundan kaynaklanmaktadır.[18]

4. Biyolojinin Kuantum ile Yolunun Kesişmesi

Penrose, mikrotübüller etkileşimini içeren bu hücre dinamiklerini bir kuantum bilgisayarına benzettiği teorisini temellendirmek için arşimet noktası Gödel’in eksiklik teoremleridir.[19] Gödel eksiklik teoreminin başardığı sistemlerin kendi tutarlılıklarını kanıtlayamadığını göstermesine borçluydu.[20] Kuramsal matematik dili ile ifade ettiği iki teorem oldukça masum görünmesine rağmen büyük bir yıkım gücüne sahipti;

• “Temel aritmetik içeren tutarlı hiçbir S sistemi eksiksiz değildir: Sistemde doğruluğu veya yanlışlığı kanıtlanamayacak önermeler mutlaka vardır.”
• “Temel aritmetik içeren tutarlı hiçbir S sistemi için, sistemin tutarlılığı kendi içinde ispat edilemez.”[21]

Matematik Profesörü Penrose’un bilinci açıklamak matematiği referans noktası olarak kabul etmesi tahmin edilebilir bir durumdur. Nitekim Penrose’a göre “Düşünme süreçlerimiz en saf biçimini matematikte bulur. Eğer düşünme sadece bir tür hesaplama gerçekleştirmekse, o halde bunu en açık görebilmemiz gereken yer matematiksel düşünme olacak gibi görünebilir.”[22] Ancak o matematiğe, matematiğin bilinci açıklamak için cesaret vermesinden ziyade, neden başarısız olduğumuzu açıklamak ve nasıl başarısız olmaya mahkûm olduğumuzu ifade etmek için başvurur ve şöyle söyler “Matematiksel doğruluğu, bilinebilir doğrulukta bir algoritmik kurallar kümesi aracılığıyla saptayamayız.”[23] Çünkü matematiksel sezgi algoritmik bir doğaya sahip değildir. Gödel, “sınırlı sayıda aksiyom ve çıkarım kurallarından oluşan biçimsel sistemlerin, hiçbir zaman matematiksel gerçeklerin tamamını kapsamakta başarılı olamayacağını” ifade ediyordu.[24] Matematiksel sistemler, diğer bütün sistemler gibi eksik olmaya mahkumdu.

Penrose Gödel’in bu düşüncesini zihin felsefesine uyarlamakta ve bilinci anlamlandırmak için başlangıç noktası kabul etmektedir. Penrose, Gödel’in insan zihninin mekanikleştirilemeceyeğini iddiasını[25] takip eder ve “Sezgiler sistemleştirilemez ve bu nedenle, gerçekten, herhangi bir algoritmik işlemin dışında kalmaktadır,” der.[26] Ona göre hakiki bir anlama, herhangi bir makine tarafından hiçbir zaman simüle edilemeyecektir. Çünkü, zekâ olarak tanımladığımı şey anlamayı anlamak ise farkındalığı gerektirecektir.[27]  Zekâ doğrudan farkındalık kavramını karşılamaz, bu ayrı bir olgudur. Farkında olmak ise bilinçli olmak demektir[28] ve herhangi bir bilgisayar ile gerçekleştirilen insana özgü işlem süreci taklidinin zekâ olmadığını ispatlar görünür.[29]

Bilinç, salt hesaplama değil ama peki bir “hesaplama” değil ise o nedir? Penrose Orch OR teorisini ilk olarak Kralın Yeni aklı kitabında, 1989 yılında ele alır. Çalışmaları atıf almaz ancak Stuart Hameroff, Penrose’un argümanlarına dikkat kesilir ve on yılını mikrotübüllerdeki kuantum dinamiğini bulmaya adar.[30]

Hameroff ile Penrose birlikte yazmış oldukları makalede mikrotübüllerin, kuantum beyinlerin kübitleri olduğunu iddia etmektedir. Onlara göre, tübilinler kuantum bilgisayarlarında olduğu gibi aynı anda uzun ve kısa olabilir. Dahası, tübilinler, bir diğer tübilin ile üst üste gelerek ve bir kuantum dolanıklığına neden olmaktadır.[31] Penrose ve Hameroff’un kuantum bilgisayar olarak beynin mikrotübüllerini seçmelerinin bir nedeni bulunmaktadır; iyon kanalları.[32] Nöronların hücre memranında bulunan iyon kanallarının yüksek hızda ve etkin biçimde çalışmasına dikkat kesilen çalışmalar, kuantum uyumunun gerekli olduğunu ifade etmektedir.[33] Bir diğer deyişle Penrose ve Hameroff’un birlikte ortaya koyduğu çalışmada; “Mikrotübülindeki tübülinler, Hameroff’un teklifinde Penrose’un teorik çerçevesini nörofizyolojik olarak yerleştirmek için kullanılan substrattır. Tübülin durumlarının kuantum olaylarına bağlı olduğu kabul edilir.”[34] Ancak belirtmemiz gerekiyor ki, bazı bilim insanları “Farklı sinirlerdeki iyon kanalları arasında olması gereken dolanıklığın, canlı bir beynin uyumsuzluğa yol açan sıcak, ıslak ve son derece dinamik ortamında gerçekleşmesini” olanaksız kabul ederler.[35]

Orch OR teorisi, bilinci uzay-zaman geometrisindeki temel dalgalanmalarla bağlantılı beyin etkinlikleri olarak tasvir etmektedir.[36]

Sonuç

Penrose’un temel hedefi insanın tutarlı iç benliğine bir açıklama getirebilmektir, bunu yaparken de matematiksel kaotik sistemlere düşmeksizin yen fiziğin araçlarını kullanmaktadır. Beyin bir kuantum bilgisayardır ancak bugün anladığımız haliyle paralel bilgisayarlar ağı değildir, daha ziyade kendi içinde sürekli değişen, plastisiteye sahip bir bilgisayardır.[37] O kendisinin bu yaklaşımı ile kişinin kendi eylemlerinin bağlayıcılığına dair bir açıklama sunmayı ve “özgür irade”yi ve insani yükümlülüklerimizden doğan sorumluluklarımızı rastlantısallığa, salt hesaplamaya veya kaotik sistemlere başvurmaksızın savunmanın mümkün olduğunu ispatlamayı hedefler.[38]

Penrose, bilim insanlarının, bilinci açıklayabileceği rosetta taşını kuantum fiziğinin içerisinde bulacağını düşünmekte ve bu sahayı işaret eder. Nitekim ona göre, “Bilinçlilik evrenimizin bir parçasıdır, dolayısıyla ona uygun bir şekilde yer vermeyen hiçbir fizik kuramı bize evrenin gerçek bir betimlemesini sunmuş sayılmaz.”[39] Penrose, Orch OR teorisi ile insanı bağlıyor kabul edilen salt determinist iplerinden kurtarmak ve onu tekrar özgür kılmak istiyor görünmektedir.

Kaynakça

• Abbott, Derek vd. (ed.). Quantum Aspects of Life. London: Imperial College Press, 2008.
• Bennett, Max R. History of the Synapse. Amsterdam: Harwood Academic Publishers, 2005.
• Geçkil, Hikmet. Biyokimya I. İnönü Üniversitesi, 2012.
• Hameroff, Stuart – Penrose, Roger. “Consciousness in the Universe a Review of the ‘Orch OR’ Theory”. Physics of Life Reviews 11/1 (Mart 2014), 39–78. https://doi.org/10.1016/j.plrev.2013.08.002
• Keçeci, Tugay. Kuantum Fiziği Temelinde Beyin Araştırmaları ve Nörodejeneratif Hastalıklardaki Mikrotübül Değişimlerinin Derlenmesi ve Değerlendirilmes. Eskişehir Osmangazi Üniversitesi, ts.
• Lasser, Micaela vd. “The Role of the Microtubule Cytoskeleton in Neurodevelopmental Disorders”. Frontiers in Cellular Neuroscience 12/ (14 Haziran 2018). https://doi.org/10.3389/fncel.2018.00165
• Lautenschläger, Franziska. Cell Compliance: Cytoskeletal Origin and Importance for Cellular Function. University of Cambridge, 2011. https://www.repository.cam.ac.uk/handle/1810/239393
• Livio, Mario. Tanrı Matematikçi Olabilir Mi? İstanbul: Altın Kitaplar, 4. Basım., 2018.
• M.Cooper, Geoffrey – Robert E. Hausman (ed.). The Cell: A Molecular Approach. Boston: ASM Press, Fourth Edi., 2007.
• McFadden, Johnjoe – Al-Khalili, Jim. Life on the Edge: The Coming of Age of Quantum Biology. New York, NY, US: Crown Publishers, 2014.
• Öztürk, Ali Bilge. Kurt Gödel’in Eksiklik Teoremleri ve Platonculuğu Üzerine Felsefi bir İnceleme. Pamukkale Üniversitesi, 2011.
• Penrose, Roger. Kralın Yeni Aklı. İstanbul: Koç Üniversitesi Yayınları, 3. Baskı., 2020.
• Penrose Roger. Zihin Gölgeleri. İstanbul: Alfa Yayınları, 1. Basım., 2016.
• Stuart, Hameroff. “Quantum Computation in Brain Microtubules? The Penrose–Hameroff ‘Orch OR‘ model of consciousness”. ed. A. Ekert vd. Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences 356/1743 (15 Ağustos 1998), 1869–1896. https://doi.org/10.1098/rsta.1998.0254

---

• [1] Derek Abbott vd. (ed.), Quantum Aspects of Life (London: Imperial College Press, 2008). Örneğin, Paul Davies, kitabı The Demon in The Machine’de moleküler biyolojinin dinamiklerini kuantum perspektifinden ele almaktadır. Makale çerçevesinde ele alınacak görüşe oldukça paralel bir biçimde hücreyi bir makineye benzetir ve şöyle söyler; “Doğa, insanların bilgisayarı keşfetmesinden milyonlarca yıl önce dijital bilgi işleme sürecini zaten keşfetmişti.” 
• [2] Penrose Roger, Zihin Gölgeleri, 24.
• [3] Penrose Roger, Zihin Gölgeleri, 28.
• [4] Penrose Roger, Zihin Gölgeleri, 75.
• [5] Penrose Roger, Zihin Gölgeleri, 100.
• [6] Penrose Roger, Zihin Gölgeleri, 30.
• [7] Hikmet Geçkil, Biyokimya I (İnönü Üniversitesi, 2012), 20.
• [8] Franziska Lautenschläger, Cell Compliance: Cytoskeletal Origin and Importance for Cellular Function (University of Cambridge, 2011), 29.
• [9] Lautenschläger, Cell Compliance: Cytoskeletal Origin and Importance for Cellular Function, 26.
• [10] Geoffrey M.Cooper – Robert E. Hausman (ed.), The Cell: A Molecular Approach (Boston: ASM Press, 2007), 474.
• [11] Geoffrey M.Cooper – Robert E. Hausman (ed.), The Cell: A Molecular Approach, 497.
• [12] Burada belirtmemiz gerekir ki, bölünme göstermeyen, sinir ve göz hücrelerinde bu yapıyı sağlamazlar.
• [13] Geçkil, Biyokimya I, 19–20.
• [14] Geçkil, Biyokimya I, 21.
• [15] Micaela Lasser vd., “The Role of the Microtubule Cytoskeleton in Neurodevelopmental Disorders”, Frontiers in Cellular Neuroscience 12/ (14 Haziran 2018), 1.
• [16] Lasser vd., “The Role of the Microtubule Cytoskeleton in Neurodevelopmental Disorders”, 5.
• [17] Penrose’un teorisini anlama açısından MAP1 ve MAP2 proteinlerini anlamak da oldukça önemlidir, MAP1 ailesinin üyeleri dentrit ve aksonlarda bulunur. Penrose, bu iki proteinin üst üste binmiş durumlarının uzay-zaman ayrımını değiştirttiğini ifade edecektir.
• [18] Max R. Bennett, History of the Synapse (Amsterdam: Harwood Academic Publishers, 2005), 245.
• [19] Johnjoe McFadden – Jim Al-Khalili, Life on the Edge: The Coming of Age of Quantum Biology (New York, NY, US: Crown Publishers, 2014), 265.
• [20] Ali Bilge Öztürk, Kurt Gödel’in Eksiklik Teoremleri ve Platonculuğu Üzerine Felsefi bir İnceleme (Pamukkale Üniversitesi, 2011), 4.
• [21] Mario Livio, Tanrı Matematikçi Olabilir Mi? (İstanbul: Altın Kitaplar, 2018), 219.
• [22] Penrose Roger, Zihin Gölgeleri, 98.
• [23] Penrose Roger, Zihin Gölgeleri, 127.
• [24] Livio, Tanrı Matematikçi Olabilir Mi?, 220.
• [25] Öztürk, Kurt Gödel’in Eksiklik Teoremleri ve Platonculuğu Üzerine Felsefi bir İnceleme, 96.
• [26] Roger Penrose, Kralın Yeni Aklı (İstanbul: Koç Üniversitesi Yayınları, 2020), 131.
• [27] Penrose Roger, Zihin Gölgeleri, 66.
• [28] Penrose, gelişmemiş hayvanlarda da belirli düzeyde bilincin olabileceğini ifade eder. Ona göre, kendisinin farkında olan bir primatların veya evcil kedilerimiz belirli düzeyde bilinç sahibi olmadığını kim iddia edebilir? Ayrıntılı bilgi için bakınız: Penrose, Kralın Yeni Aklı, 392; 433-434.
• [29] Penrose, Kralın Yeni Aklı, 415.
• [30] Tugay Keçeci, Kuantum Fiziği Temelinde Beyin Araştırmaları ve Nörodejeneratif Hastalıklardaki Mikrotübül Değişimlerinin Derlenmesi ve Değerlendirilmes (Eskişehir Osmangazi Üniversitesi, ts.), 91–92.
• [31] Stuart Hameroff – Roger Penrose, “Consciousness in the Universe a Review of the ‘Orch OR’ Theory”, Physics of Life Reviews 11/1 (Mart 2014), 39–78.
• [32] Penrose, Kralın Yeni Aklı, 397–406. Penrose, kitabında bu kitabı oldukça detaylı biçimde ele almıştır.
• [33] McFadden – Al-Khalili, Life on the Edge: The Coming of Age of Quantum Biology, 271.
• [34] Keçeci, Kuantum Fiziği Temelinde Beyin Araştırmaları ve Nörodejeneratif Hastalıklardaki Mikrotübül Değişimlerinin Derlenmesi ve Değerlendirilmes, 95.
• [35] McFadden – Al-Khalili, Life on the Edge: The Coming of Age of Quantum Biology, 272.
• [36] Hameroff Stuart, “Quantum Computation in Brain Microtubules? The Penrose–Hameroff ‘Orch OR‘ model of consciousness”, ed. A. Ekert vd., Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences 356/1743 (15 Ağustos 1998), 1869.
• [37] Penrose, Kralın Yeni Aklı, 405.
• [38] Penrose Roger, Zihin Gölgeleri, 63.
• [39] Penrose Roger, Zihin Gölgeleri, 24.