Aivojen sisäinen orkesteri – voivatko mikrotubulukset osallistua tietoisuuden syntyyn?

Nyt vielä tietoisuuden ominaisuuksista, käytän edelleen orkesteri vertauksia!

Barcelonassa heinäkuussa 2025 järjestetty The Science of Consciousness -konferenssi nosti jälleen esiin yhden tietoisuustutkimuksen rohkeimmista ajatuksista: entä jos ajattelu ei tapahdukaan vain neuronien välisissä sähköisissä impulsseissa, vaan jotakin tärkeää tapahtuu myös neuronien sisällä? TSC 2025:ssa Nobel-fyysikko Roger Penrose luennoi aiheesta “Classical and Quantum Realities are Not Quite the Same; How About Conscious Reality?” ja anestesiologi Stuart Hameroff aiheesta “Correlates of qualia in microtubule ‘time crystal’ dynamics”. 

Penrose lähestyy asiaa fysiikan suunnasta. Hänen mukaansa klassinen maailma ja kvanttimaailma eivät ole aivan samanlaisia, ja hän kysyy, voisiko tällä erolla olla merkitystä myös tietoiselle kokemukselle. Penrosen ajatus vielä objektiivisesta reduktiosta, OR:stä, olettaa, että kvanttitila voi päättyä eli ”valita” määrätyn tilan ilman ulkopuolista mittaajaa. Hameroff puolestaan ehdottaa biologista paikkaa, jossa tällainen prosessi voisi tapahtua: neuronien mikrotubuluksia. Näiden kahden ajatuksesta syntyi Orch OR -teoria, Orchestrated Objective Reduction. 

Mikrotubulukset ovat noin 25 nanometrin paksuisia putkimaisia rakenteita, jotka rakentuvat tubuliiniproteiineista. Niiden tunnettuja tehtäviä ovat neuronin rakenteen ylläpitäminen ja aineiden kuljetuksen järjestäminen solun sisällä. Mutta ne eivät näytä olevan täysin passiivisia rakennustelineitä. Eristetyissä aivokudoksen mikrotubuluskimpuissa on mitattu sähköistä värähtelyä, jonka voimakas perustaajuus on ollut noin 39 hertsiä. Myöhemmissä kokeissa samankaltaista 39 hertsin värähtelyä havaittiin myös eristetyissä mikrotubuluksissa. Taajuus on kiinnostava, koska se osuu lähelle aivojen gamma-rytmejä, mutta tästä ei vielä seuraa, että mikrotubulukset synnyttäisivät aivojen gamma-aallot tai tietoisuuden. 

Tutkimuksissa on havaittu myös paljon nopeampia mikrotubulusten sähköisiä, mekaanisia ja sähkömagneettisia resonansseja. Sahu ja työtoverit raportoivat yksittäisten mikrotubulusten resonanssiominaisuuksia, Havelkan ryhmä mallinsi sähköisesti polaarisia värähtelymuotoja, ja Bandyopadhyayn tutkimusryhmä on raportoinut resonanssirakenteita useilla taajuusasteikoilla. Vuonna 2022 ryhmä kuvasi neuronista erotettuja mikrotubuluksia jopa eräänlaisina monitaajuisina ”aikakiteinä”. 

Hameroffin TSC 2025 -esityksessä tämä ajatus vietiin vielä pidemmälle. Hänen, Tanusree Duttan ja Anirban Bandyopadhyayn abstraktissa esitetään, että mikrotubuluksissa esiintyisi toisiinsa liittyviä värähtelyjä hertseistä aina kilo-, mega-, giga- ja terahertsialueille. Erityisesti 6–26 MHz:n signaalien väitetään muuttuvan yleisanestesiassa. Samassa konferenssissa Bandyopadhyay esitteli Dodecanogram-menetelmää, jolla tällaisia megahertsialueen signaaleja pyritään mittaamaan. Nämä ovat kiinnostavia tuloksia, mutta näin voimakkaat väitteet tarvitsevat vielä riippumatonta toistoa ennen kuin niitä voidaan pitää vakiintuneena neurotieteenä. 

Mikrotubulusten kiinnostavuutta lisää anestesia. Vuonna 2024 rotilla tehdyssä kokeessa mikrotubuluksia stabiloiva epotiloni B viivästytti isofluraanianestesian aiheuttamaa tajuttomuutta. Tämä tukee ajatusta, että mikrotubuluksilla saattaa olla toiminnallinen yhteys tajunnantilaan. Se ei kuitenkaan todista Orch OR -teoriaa eikä kvanttitietoisuutta; vaikutukselle voi olla myös tavallisia solubiologisia selityksiä. 

Kvanttifysiikan suuntaan osoittavia vihjeitäkin on. Mikrotubulusten tubuliineissa olevien tryptofaanien välillä on havaittu elektronisen energian siirtymistä, ja vuonna 2024 niiden kaltaisissa suurissa tryptofaaniverkostoissa havaittiin kollektiivista ultraviolettisuperradianssia. Nämä tulokset osoittavat, että biologisissa proteiinirakenteissa voi tapahtua yllättävän järjestäytyneitä fysikaalisia ilmiöitä lämpimässä ympäristössä. Ne eivät vielä osoita, että tällaiset kvantti-ilmiöt tuottaisivat kokemuksen punaisesta väristä, musiikista tai ajatuksesta ”minä olen”. 

Tietoisuus, tajunta ja mieli voidaan tässä hahmottaa kolmena päällekkäisenä tasona. Tietoisuus tarkoittaa perustilaa, jossa kokeminen on mahdollista. Tajunta on tietoisuuden sisältöä: näkemistä, kuulemista, kipua, värejä ja tunnetta omasta olemassaolosta – anestesiassa se voi sammua. Mieli on vielä laajempi kokonaisuus: muistot, tunteet, tavoitteet, mielikuvitus, opitut käsitteet sekä aivojen ja muun kehon jatkuva vuoropuhelu.

Ehkä tietoisuus ei siis sijaitse yhdessä pisteessä. Neuronit muodostavat suuren orkesterin, mutta mikrotubulukset saattavat olla soittimien sisällä olevia hienovaraisempia kieliä. Tiedämme jo, että kielet värähtelevät. Emme vielä tiedä, syntyykö niiden värähtelystä musiikki, jota kutsumme tietoisuudeksi. Siinä kulkee tällä hetkellä tutkimuksen ja hypoteesin raja. 

TSC 2025:n Stuart Hameroffin esitys löytyy myös konferenssin viralliselta videokanavalta plenaarista “Rhythms, Qualia and Time Crystals”.