La reducció objectiva orquestrada (Orch OR), també coneguda com a Teoria Penrose-Hameroff, és una teoria molt controvertida que postula que la consciència s'origina a nivell quàntic dins les neurones, en lloc de ser un producte de connexions neuronals. Considera que el mecanisme és un procés quàntic anomenat reducció objectiva que està orquestrat per estructures cel·lulars anomenades microtúbuls. Es proposa que la teoria pugui respondre al problema difícil de la consciència i proporcionar un mecanisme per determinar el lliure albir. La hipòtesi va ser proposada per primera vegada a principis dels anys noranta pel premi Nobel de física Roger Penrose i l'anestesiòleg Stuart Hameroff. La hipòtesi combina enfocaments de la biologia molecular, la neurociència, la farmacologia, la filosofia, la teoria de la informació quàntica i la gravetat quàntica.
Si bé les teories més generalment acceptades afirmen que la consciència sorgeix a mesura que augmenta la complexitat dels càlculs realitzats per les neurones cerebrals, Orch OR planteja que la consciència es basa en un processament quàntic no computable realitzat per qubits formats col·lectivament en microtúbuls cel·lulars, un procés significativament amplificat a les neurones. Els qubits es basen en dipols oscil·lants que formen anells de ressonància superposats en vies helicoidals a través de les xarxes de microtúbuls. Les oscil·lacions són elèctriques, a causa de la separació de càrrega de les forces de dispersió de London, o magnètiques, a causa de l'espin d'electrons, i possiblement també a causa dels espins nuclears (que poden romandre aïllats durant períodes més llargs) que es produeixen en rangs de freqüències de gigahertz, megahertz i kilohertz. L'orquestració fa referència al procés hipotètic pel qual les proteïnes connectives, com les proteïnes associades a microtúbuls (MAP), influeixen o orquestren la reducció de l'estat de qubit modificant la separació espai-temps dels seus estats superposats. Aquest últim es basa en la teoria del col·lapse objectiu de Penrose per interpretar la mecànica quàntica, que postula l'existència d'un llindar objectiu que governa el col·lapse dels estats quàntics, relacionat amb la diferència de la curvatura espai-temps d'aquests estats en l'estructura a escala fina de l'univers.
La Reducció objectiva orquestrada ha estat criticada des dels seus inicis per matemàtics, filòsofs, i científics. La crítica es concentra en tres qüestions: la interpretació de Penrose del teorema de Gödel; el raonament abductiu de Penrose que vincula la no-computabilitat amb els esdeveniments quàntics; i la inadequació del cervell per acollir els fenòmens quàntics requerits per la teoria, ja que es considera massa "càlid, humit i sorollós" per evitar la decoherència quàntica.
Bases teòriques miniatura|El lògic Kurt Gödel El 1931, el matemàtic i lògic Kurt Gödel va demostrar que qualsevol teoria generada eficaçment capaç de demostrar l'aritmètica bàsica no pot ser alhora coherent i completa. En altres paraules, una teoria matemàticament sòlida no té els mitjans per demostrar-se., , under "The Argument from Mathematics" where he writes "although it is established that there are limitations to the powers of any particular machine, it has only been stated, without sort of proof, that no such limitations apply to the human intellect." En el seu primer llibre sobre la consciència, The Emperor's New Mind (1989), Roger Penrose va argumentar que recentment s'havien proposat declaracions equivalents a "proposicions de tipus Gödel".
Parcialment en resposta a l'argument de Gödel, l'argument de Penrose–Lucas deixa oberta la qüestió de la base física del comportament no computable. La majoria de les lleis físiques són computables i, per tant, algorítmiques. Tanmateix, Penrose va determinar que el col·lapse de la funció d'ona era un candidat principal per a un procés no computable. En mecànica quàntica, les partícules es tracten de manera diferent als objectes de la mecànica clàssica. Les partícules es descriuen per funcions d'ona que evolucionen segons l'equació de Schrödinger. Les funcions d'ona no estacionàries són combinacions lineals dels estats propis del sistema, un fenomen descrit pel principi de superposició. Quan un sistema quàntic interacciona amb un sistema clàssic, és a dir, quan es mesura un observable, el sistema sembla col·lapsar -se a un estat propi aleatori d'aquest observable des d'un punt de vista clàssic.
Si el col·lapse és realment aleatori, cap procés o algorisme pot predir de manera determinista el seu resultat. Això va proporcionar a Penrose un candidat per a la base física del procés no computable que ell plantejava que existia al cervell. Tanmateix, no li agradava la naturalesa aleatòria del col·lapse induït pel medi ambient, ja que l'atzar no era una base prometedora per a la comprensió matemàtica. Penrose va proposar que els sistemes aïllats encara podrien patir una nova forma de col·lapse de la funció d'ona, que va anomenar reducció objectiva (OR).
Penrose va intentar conciliar la relativitat general i la teoria quàntica utilitzant les seves pròpies idees sobre la possible estructura de l'espai-temps. Va suggerir que a l'escala de Planck l'espai-temps corbat no és continu, sinó discret. A més, va postular que cada superposició quàntica separada té el seu propi tros de curvatura espai-temps, una ampolla en l'espai-temps. Penrose suggereix que la gravetat exerceix una força sobre aquestes butllofes espacials, que es tornen inestables per sobre de l'escala de Planck de i col·lapsen a només un dels estats possibles. El llindar aproximat de l'OR ve donat pel principi d'indeterminació de Penrose:
on: és el temps fins que es produeix l'OR, és l'autoenergia gravitatòria o el grau de separació espai-temps donat per la massa superposada, i és la constant de Planck reduïda.
Així, com més gran sigui la massa-energia de l'objecte, més ràpid patirà OR i viceversa. Els objectes mesoscòpics podrien col·lapsar-se en una escala de temps rellevant per al processament neuronal.
Una característica essencial de la teoria de Penrose és que l'elecció dels estats quan es produeix la reducció objectiva no se selecciona ni aleatòriament (com ho són les opcions després del col·lapse de la funció d'ona) ni algorítmicament. Més aviat, els estats són seleccionats per una influència "no computable" integrada a l'escala de Planck de la geometria de l'espai-temps. Penrose va afirmar que aquesta informació és platònica, doncs representa veritats matemàtiques pures, que es relaciona amb les idees de Penrose sobre els tres mons: el físic, el mental i el món matemàtic platònic. Al seu llibre Shadows of the Mind (1994) Penrose indica breument que aquest món platònic també podria incloure valors estètics i ètics, però no es compromet amb aquesta hipòtesi addicional.
L'argument Penrose-Lucas va ser criticat per matemàtics,LaForte, Geoffrey, Patrick J. Hayes, and Kenneth M. Ford 1998.Why Gödel's Theorem Cannot Refute Computationalism. Artificial Intelligence, 104:265–286. informàtics, i filòsofs, i el consens entre els experts en aquests camps és que l'argument falla,In an article at L.J. Landau at the Mathematics Department of King's College London writes that "Penrose's argument, its basis and implications, is rejected by experts in the fields which it touches."Princeton Philosophy professor John Burgess writes in On the Outside Looking In: A Caution about Conservativeness (published in Kurt Gödel: Essays for his Centennial, with the following comments found on p. 131–132) that "the consensus view of logicians today seems to be that the Lucas–Penrose argument is fallacious, though as I have said elsewhere, there is at least this much to be said for Lucas and Penrose, that logicians are not unanimously agreed as to where precisely the fallacy in their argument lies. There are at least three points at which the argument may be attacked." amb diferents autors que ataquen diferents aspectes de l'argument.Dershowitz, Nachum 2005. The Four Sons of Penrose, in Proceedings of the Eleventh Conference on Logic for Programming, Artificial Intelligence, and Reasoning (LPAR; Jamaica), G. Sutcliffe and A. Voronkov, eds., Lecture Notes in Computer Science, vol. 3835, Springer-Verlag, Berlin, p. 125–138. Minsky va argumentar que com que els humans poden creure que les idees falses són certes, la comprensió matemàtica humana no ha de ser coherent i la consciència pot tenir fàcilment una base determinista.Marvin Minsky. "Conscious Machines." Machinery of Consciousness, Proceedings, National Research Council of Canada, 75th Anniversary Symposium on Science in Society, June 1991. Feferman va argumentar que els matemàtics no progressen per la recerca mecanicista a través de proves, sinó per raonament d'assaig i error, visió i inspiració, i que les màquines no comparteixen aquest enfocament amb els humans.
Orch OR Penrose va descriure un predecessor d'Orch OR a The Emperor's New Mind, abordant el problema des d'un punt de vista matemàtic i en particular el teorema de Gödel, però no tenia una proposta detallada sobre com es podrien implementar els processos quàntics al cervell. StuartHameroff va treballar per separat en la investigació del càncer i l'anestèsia, cosa que li va obrir l'interès pels processos cerebrals. Hameroff va llegir el llibre de Penrose i li va suggerir que els microtúbuls dins de les neurones eren uns candidats adequats per al processament quàntic i, al capdavall, per a la consciència. Al llarg de la dècada de 1990, els dos van col·laborar en la teoria Orch OR, que Penrose va publicar a Shadows of the Mind (1994).
La contribució de Hameroff a la teoria va derivar del seu estudi del citoesquelet neural, i particularment dels microtúbuls. A mesura que la neurociència ha avançat, el paper del citoesquelet i els microtúbuls ha adquirit més importància. A més de proporcionar suport estructural, les funcions dels microtúbuls inclouen el transport axoplasmàtic i el control del moviment, creixement i forma de la cèl·lula.
La teoria Orch OR combina l'argument de Penrose-Lucas amb la hipòtesi de Hameroff sobre el processament quàntic als microtúbuls. Proposa que quan els condensats al cervell pateixen una reducció objectiva de la funció d'ona, el seu col·lapse connecta la presa de decisions no computacionals amb experiències incrustades en la geometria fonamental de l'espai-temps. La teoria proposa a més que els microtúbuls influeixen i estan influenciats per l'activitat convencional a les sinapsis entre neurones.
Computació en microtúbuls miniatura|300x300px| A: Un terminal axó allibera neurotransmissors a través d'una sinapsi i són rebuts pels microtúbuls de la columna vertebral dendrítica d'una neurona.B: Les tubulines de microtúbuls simulades canvien d'estat. Hameroff va proposar que els microtúbuls eren uns candidats adequats per al processament quàntic. Els microtúbuls estan formats per subunitats de proteïna tubulina. Els dímers de proteïnes de tubulina dels microtúbuls tenen butxaques hidròfobes que poden contenir electrons π deslocalitzats. La tubulina té altres regions no polars més petites, per exemple 8 triptòfans per tubulina, que contenen anells d'indol rics en electrons π distribuïts per tota la tubulina amb separacions d'aproximadament 2 nanòmetres. Hameroff afirma que això és una distància prou petita com per facilitar que els electrons de la tubulina π s'entrellacin quànticament. Durant l'entrellaçament, els estats de les partícules es correlacionen de manera inseparable.