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脳内の神経細胞で「量子もつれ」が発生してる？　何百万の脳細胞間の同期活動を説明か　上海大学が発表

公開 2024年08月07日 08時01分

著者

山下裕毅

[ITmedia]

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このコーナーでは、2014年から先端テクノロジーの研究を論文単位で記事にしているWebメディア「Seamless」（シームレス）を主宰する山下裕毅氏が執筆。新規性の高い科学論文を山下氏がピックアップし、解説する。

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　上海大学の研究者らが発表した論文「Entangled biphoton generation in the myelin sheath」は、脳内の神経繊維が、量子もつれによって結びついた光子のペアを生成する可能性を理論的に示唆した研究報告である。実験によって裏付けられれば、この現象は、脳内の何百万もの細胞がどのようにして活動を同期させ、脳を機能させるのかを説明できる可能性がある。

神経細胞のイラスト

　脳が活動する際、何百万もの神経細胞が同時に発火（電気信号を発する動き）する。この現象には、多数の神経細胞の同期活動、つまり遠く離れた細胞同士でもタイミングを合わせる必要があるが、そのメカニズムは依然として解明されていない。

　研究チームは、脳内で量子もつれが生じ、離れた神経細胞間の通信を促進する可能性について数学的に調査した。量子もつれとは、2つの粒子がどれだけ離れていても相関関係を保つ現象のことを指す。研究チームが注目したのは、神経線維を覆う保護膜であるミエリン鞘（髄鞘）と、脳内で生成される電磁放射線の粒子（光子）との相互作用である。

　ミエリン鞘は、軸索にエネルギーを提供し、神経信号である活動電位の伝達を効率化し、さらに神経系の電気的絶縁体として機能する。ミエリン鞘の異常や損傷は、多発性硬化症やアルツハイマー病といった神経変性疾患と密接に関連していることが知られている。

神経細胞のミエリン鞘構造と分子レベルの詳細

　理論的計算結果によると、ミエリン鞘内のリン脂質分子の炭素-水素（C-H）結合の振動が、特定の条件下で2つの光子を連続して自発的に放出する可能性がある。放出した光子対の多くが量子もつれの状態になる可能性を示唆している。

　ミエリン鞘は円筒形の空洞を形成し、この構造が量子もつれ光子対の生成を促進する重要な役割を果たすと考えられる。ニューロンには多数のC-H結合が存在するため、これらが神経系全体で量子もつれのリソースとして機能する可能性がある。

　量子もつれが脳内で発生すれば、離れた場所にある神経細胞同士の間に非局所的な相関が生じる可能性がある。これにより、脳内の何百万もの細胞がどのようにして活動を同期させるのかを説明できるかもしれない。

Source and Image Credits: Zefei Liu, Yong-Cong Chen, and Ping Ao. Entangled biphoton generation in the myelin sheath.

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2019年にスタートした本連載「Innovative Tech」は、世界中の幅広い分野から最先端の研究論文を独自視点で厳選、解説している。執筆は研究論文メディア「Seamless」（シームレス）を主宰し、日課として数多くの論文に目を通す山下氏が担当。イラストや漫画は、同メディア所属のアーティスト・おね氏が手掛けている。

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