La conscience repose-t-elle sur la physique quantique ?

L’origine de la conscience est un mystère qui fascine les humains depuis des siècles. Certains des plus grands penseurs de l’Antiquité, comme Platon, Aristote ou Marc Aurèle, cherchaient déjà à déterminer pourquoi notre espèce dispose de cette sensibilité en apparence rare à ses propres pensées et émotions. Et même si la méthodologie a radicalement changé, cette quête continue aujourd’hui ; des tas de chercheurs essaient tant bien que mal de définir un cadre rigoureux pour l’étude de la conscience — avec des résultats assez mitigés, il faut bien l’admettre. Aucun consensus n’a jamais émergé ; même les plus grands spécialistes sont incapables d’affirmer en quoi consiste exactement cette conscience et sur quels mécanismes elle repose.

Récemment, une équipe chinoise composée de chercheurs des universités de Shanghai et du Sichuan a encore apporté de l’eau à ce moulin avec une nouvelle proposition assez exotique, mais fascinante repérée par ScienceAlert. Selon eux, la réponse pourrait se cacher dans le domaine de la physique quantique.

Plus spécifiquement, leur théorie repose sur l’intrication quantique. C’est un phénomène à travers lequel deux ou plusieurs particules se retrouvent corrélées de telle manière que leurs états quantiques sont interdépendants, quelle que soit la distance qui les sépare. Mesurer l’état d’une de ces particules revient aussi à déterminer instantanément l’état des autres, quelle que soit la distance qui les sépare — d’où la célèbre phrase d’Einstein qui parlait de « spooky action at a distance » (« action effrayante à distance »).

Même si cela peut sembler extrêmement contre-intuitif, c’est un phénomène aujourd’hui plutôt bien documenté qui joue un rôle important en physique théorique, mais aussi dans des applications concrètes comme l’informatique quantique… et la neuropsychologie, si l’on en croit les auteurs Zefei Liu, Yong-Cong Chen et Ping Ao.

La “conscience quantique“, une idée déjà explorée

Les bases de ces travaux ont été posées il y a quelques mois, quand une autre équipe de chercheurs a découvert que certaines structures cellulaires pouvaient être sujettes à la superradiance. C’est un phénomène quantique où un groupe d’atomes ou de molécules dans un état excité peuvent émettre collectivement un rayonnement extrêmement cohérent. Jusqu’à présent, c e phénomène a surtout été étudié dans des domaines comme l’optique ou l’astrophysique ; le fait d’en retrouver la trace dans des structures biologiques a beaucoup inspiré certains chercheurs, qui se sont mis à chercher des liens entre la superradiance et certains phénomènes physiologiques encore inexpliqués… comme la conscience.

Rapidement, ces discussions se sont recentrées autour d’une théorie proposée par Stuart Hameroff et surtout Roger Penrose. Ce dernier est un titan de la physique moderne qui a notamment reçu un Prix Nobel en 2020 pour ses travaux sur les singularités et la formation des trous noirs.

Ensemble, ils ont accouché d’un modèle dit de la réduction objective orchestrée (ou Orch-OR). L’idée centrale, c’est que des éléments structuraux des cellules appelés microtubules pourraient être le siège d’un autre phénomène quantique : la superposition, où une même particule peut exister simultanément dans différents états quantiques. En d’autres termes, le squelette de nos neurones se comporterait comme une sorte de minuscule ordinateur quantique dont le fonctionnement serait à l’origine de la conscience.

Une réconcilliation progressive de la biologie et de la physique quantique

Il faut admettre qu’il s’agit d’une expérience de pensée assez séduisante. Intuitivement, on peut facilement dresser certains parallèles entre la conscience et la physique quantique. Mais en dépit du pedigree de ses auteurs, cette théorie exotique reste malgré tout très controversée.

Les physiciens ont déjà toutes les peines du monde à maintenir des atomes en interaction et en superposition dans des ordinateurs quantiques, car il s’agit de phénomènes très délicats que l’on ne sait reproduire que dans des conditions extrêmement précises et contrôlées. Traditionnellement, ils ont donc toujours considéré que la biologie est par nature trop instable et chaotique pour servir de support à ces phénomènes quantiques, et surtout à l’intrication qui est notoirement fragile et délicate.

Mais petit à petit, au fur et à mesure que la physique quantique progresse, cet état de fait est de plus en plus remis en question. Par exemple, un nombre croissant d’études suggère désormais que certains animaux migrateurs s’appuieraient sur une sorte de « boussole quantique » pour retrouver leur chemin sur de très longues distances. L’année dernière, des chercheurs américains ont aussi prouvé que les plantes vertes utilisent un tour de passe-passe quantique dans le cadre de la photosynthèse.

L’idée que des pans entiers de la biologie pourraient reposer sur des phénomènes quantiques n’est donc plus aussi absurde qu’elle ne l’était autrefois. Et des tas de chercheurs commencent à s’engouffrer dans la brèche. C’est justement le cas de Liu et ses collègues, qui estiment en avoir trouvé un nouvel exemple potentiel dans le cerveau.

Une communication quantique entre les neurones

Leurs travaux portent sur la myéline, une gaine isolante qui entoure les axones (les “bras” des neurones). Son rôle est de protéger les signaux qui voyagent dans le système nerveux et d’en augmenter la vitesse.

Mais elle pourrait aussi être le siège d’un autre phénomène jamais documenté à ce jour. Selon les chercheurs chinois, la cavité cylindrique formée par la gaine de myéline pourrait favoriser l’apparition d’une sorte de résonance dans les liaisons entre les innombrables atomes de carbone et d’hydrogène au sein des neurones (on parle de liaisons C-H). Ces vibrations conduiraient à l’émission spontanée de photons, les particules qui servent de vecteur à la lumière, par ces liaisons C-H. Parfois, ces photons se retrouveraient dans l’état d’intrication décrit plus haut. Ces ensembles de particules liées au niveau quantique pourraient donc servir de vecteurs d’information, un peu comme les qbits des ordinateurs quantiques.

Les signaux ainsi créés seraient interconnectés et, grâce à l’intrication, voyageraient immensément plus vite que les décharges électriques traditionnellement associées au système nerveux. Cela pourrait permettre d’expliquer comment différentes parties de notre cerveau synchronisent leurs activités respectives de manière si efficace, et en extrapolant, comment fonctionne la conscience.

Une piste encore balbutiante, mais fascinante

Ces travaux sont encore extrêmement exploratoires, et largement insuffisants pour parvenir à une conclusion rigoureuse. Pour en arriver là, il faudra déjà commencer par vérifier expérimentalement le phénomène décrit par Liu et ses collègues, ce qui ne sera pas une mince affaire. Et même si d’autres chercheurs réussissent à prouver que de tels phénomènes quantiques ont bel et bien lieu dans les neurones, il sera tout sauf évident de relier ces observations aux mécanismes de la conscience.

Quoi qu’il en soit, il s’agit tout de même d’une piste de recherche très excitante. En attendant d’obtenir des preuves plus concrètes, le débat sur l’origine de la conscience va sans doute continuer de faire rage pendant de très longues années, et il sera fascinant de suivre ces discussions à la croisée de la physique quantique, de la biologie et, en un sens, de l’essence de la psyché humaine.

Le texte de l’étude est disponible ici.

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