ORCH-OR

Orch-OR (Orchestrated Objective Reduction) er en teori om bevissthet utarbeidet av Sir Roger Penrose og Stuart Hameroff. Penrose er teoretisk fysiker og Hameroff er anestesiolog. Innledningsvis utviklet de ideene sine separat, Penrose fra et matematisk og kvantefysisk standpunkt, Hameroff fra en karriere innen kreftforskning og bedøvelse, og spesielt funksjonen til intracellulære strukturer kalt mikrotubuli.

Penrose om bevissthet

I 1989 gav Penrose ut The Emperor’s New Mind hvor han argumenterer mot den rådende oppfatningen om at bevissthet oppstår som et produkt av algoritmer. Han tar utgangspunkt i Gödels teorem og hevder å vise at den måten bevissthet fungerer på ikke kan være et produkt av algoritmer. Penrose foreslår at fenomener beskrevet av kvantefysikken kan være nøkkelen til å forstå bevissthet.

Hameroff og Orch-OR

Hameroff ble interessert i rollen mikrotubuli spilte i celledeling, og spekulerte på om de var kontrollert av en form for kalkulering. Han gav ut Ultimate Computing i 1987 hvor han argumenterte for at mikrotubuli kunne være de mest fundamentale enhetene i hjernens prosessering, og ikke nevronene som tradisjonelt er antatt.
Da Hameroff leste Penroses bok, bemerket han at mens han selv hadde en mekanisme, men manglet en teori, hadde Penrose en teori, men manglet en mekanisme. Han tok dermed kontakt med Penrose, som fattet interesse for hans forskning på mikrotubuli. Dette samarbeidet resulterte i boken Shadows of the Mind som kom ut i 1994, hvor Orch-OR først beskrives.

Mikrotubuli som biomolekylære prosessor enheter

Mikrotubuli er bygget opp av protein polymer  som kalles tubuliner. De er formet som rør. Penrose og Hameroff mener at hver av disse tubulinene kan oppføre seg som bits i en datamaskin, dvs. være i to forskjellige tilstander på grunn av van der Waals-London krefter. Tubulinene antas videre å koherere på grunn av Frölich koherens. Det finnes om lag 108¬  tubuliner per nevron, hvilket gir en kapasitet på 1015 operasjoner per sekund per nevron, og 1026 operasjoner per sekund i hele hjernen.

Objektiv reduksjon og bevissthet

Orch-OR baserer seg på en forklaring av kvantemekanikken som går ut på at bølgefunksjonen kollapser som en følge av gravitasjon. Kvantetilstander forblir i superposisjon frem til forskjellen i rom-tid krummingen når et signifikant nivå. Tiden dette tar er avhengig av massen. Et elektron kan forbli i superposisjon i lang tid, mens større objekter kollapser mye fortere. Dette forsøket på å løse Scrödingers katt paradokset testes for tiden eksperimentelt.
Penrose og Hameroff har foreslått at et øyeblikk av protobevissthet oppstår når en kvantetilstand  kollapser, og at frekvensen til disse kollapsene korrelerer med gamma synkronien i hjernen, som regnes som det beste korrelatet til bevissthet. Mange slike samlede (orkestrerte) protobevisstheter (objektive reduksjoner) som et resultat av Frölich koherens mellom kvantetilstandene i en stor mengde mikrotubuli antas å utgjøre bevisstheten slik vi kjenner den.

Kritikk

Fysikeren Max Tegmark publiserte en kritikk  basert på at han kalkulerte dekoherens tider for mikrotubuliner i biologisk temperatur til 100-13, som er altfor kort for å gi en utslag i hjernen. Dette viste seg å være et resultat av at Tegmark  antok at det var solitoner i superposisjon teorien omhandlet, hvilket ikke stemmer. Orch-OR går ut i fra at superposisjonene er på atomkjerne-nivå. På denne størrelsesordenen vil dekoherens tidene være vesentlig lenger, og kan muligens gi biologisk effekt.
I den senere tiden har det etter hvert kommet forskning som påviser at kvante-effekter er sentralt i enkelte biologiske mekanismer, som for eksempel fotosyntese, fuglers navigasjon, ionekanaler, luktesansen, proteinfolding, og biologisk vann.
Filosofene Grush og Churchland stilte spørsmåltegn ved Penroses konklusjoner vedrørende Gödels teorem, samt flere biologiske faktorer. Hameroff og Penrose svarte på denne kritikken, men det er fortsatt bred uenighet mot Penroses påståtte implikasjoner av Gödels teorem.
Koch og Hepp gav Orch-OR en utfordring i et tankeeksperiment publisert i tidsskriftet Nature, som beskrev en person som observerte en katt både død og i live med det ene øyet, mens det andre øyet ble distrahert av en serie bilder. Så spurte de: «Hvor i observatørens hjerne ville reduksjonen foregå?». Koch og Hepp hadde tydeligvis misforstått og regnet med at Orch-OR fulgte København tolkningen av kvantemekanikk, hvor en bevisst observasjon fører til en reduksjon av kvantetilstanden. Dette er det motsatte av det Orch-OR hevder, som er at bevissthet er den orkestrerte reduksjonen av kvantetilstanden.