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是时候实现医疗量子化了——

光子盒研究院 光子盒 2023-11-30
光子盒研究院

医学领域是独特的,因为世界上不同地区采用不同的意识形态,有不同的方法来治疗、治愈和预防他们的疾病。

实际上,医学实践已经存在了几个世纪,但随着文明的发展和世界的扩张,出现了新的文化,因此也出现了新的观点和信仰体系。反过来,不同文化对待医学的方式也是这些社会所特有的。
除此之外,随着教育的扩大和技术创新的不断发展,科学领域的新进程、新进展和新突破也随之出现,医学领域也随之发生了固有的变化。
医学是如此神奇,因为它利用科学帮助个人治疗无数不同的疾病和健康相关问题。当人们想到现代21世纪的医学时,会想到的一些领域是生物学和化学——这很有意义。生物学被定义为生物体的结构,而医学则是关于治疗人体的一切。化学研究不同分子之间的反应,因此是帮助开发药物和医学中众多疾病的不同治疗方法的基础学科之一。

现在,人们对将量子力学和量子理论融入医学的兴趣越来越浓厚,并得到了证实。量子物理学是一个专注于量子力学的科学分支,源于量子理论;量子力学是解释物质和能量行为的一套独特的原理,反过来可以帮助解释量子理论。
量子物理学与大多数经典物理学应用的独特之处在于,它关注亚原子和基本粒子的物理特性、专注于最极端的微观尺度——这是经典物理学所无法实现的。新的量子技术和在临床科学中的应用表明,了解量子力学可以对了解癌症、端粒减少和人脑的神经框架构成巨大的好处
除此之外,在医学中应用量子理论可以更好地了解诱变作用下的DNA变化,甚至可以帮助提高疾病的诊断率、在病人出现症状之前就能诊断出来。量子物理学和医学领域的交叉性可以促进人们更好地了解某些疾病是如何产生的,从而在未来的治疗中帮助患者。
因此,医学领域的科学家以及量子物理学领域的科学家已经开始意识到,这两个领域实际上比人们通常意识到的有更多的关系,值得深入研究这两个领域的交叉性,并将它们结合起来,作为通过量子理论的独特应用推进医学领域发展的一种手段。

一些研究已经深入研究了人类的意识,并以此来了解我们的思维过程、思维方式和认知行为与神经解剖学的关系,帮助防治某些疾病。
例如对人类意识在不同情况下的适应能力的研究。在手术过程中的麻醉状态下,甚至对个体开始出现阿尔茨海默病等疾病时意识的一般变化的研究,都是极其重要的;因为这可能会影响他们的决策能力和行动能力。因此,学习意识如何受到麻醉剂等药物的影响、如何受到神经退行性疾病的影响,在医学领域是极其重要的:因为这些都会影响病人执行日常任务的能力,以及在医疗过程中不感到疼痛。
然而,物理学领域的研究发现,基于某些数学特征,经典力学在构成上不适合容纳意识,而量子力学则适合。大脑状态所代表的信息的性质,以及这些信息进入动力学的方式,都归因于这些数学特征。量子力学与经典力学的独特之处在于,前者依赖于有助于描述波函数特征的方程,并关注离散的可能状态而不是连续的频谱;量子物理学所采用的数学更类似于统计学的种类,而经典物理学则更具有确定性,侧重于对某些物理量的精确、确定的答案。两者都不比对方更正确或错误;相反,它们只是回答了不同类型的问题。
在人类意识领域,特别是在大脑传递信号和信息的能力以及人体神经系统的结构方面,人们发现量子理论领域实际上在帮助我们理解这些基本机制方面具有很大的前景
进一步的研究集中在如何使用量子力学作为描述某些决策过程和行为的手段,这可以帮助推进处理决策和整体意识的特定医学领域,例如在大脑中的神经学,甚至是麻醉学中的镇静剂。
物理学家和数学家已经尝试依靠量子态还原作为帮助描述人脑的意识解释的一种手段。量子态还原对于理解人类思维和意识至关重要,因为当一个有意识的决定被确定、神经网络传输这些信息时,它可以用波函数坍缩来物理表示。这些量子状态的还原是至关重要的,因为它们可以提供一个物理上的理解,即神经系统的传输是如何发生的,以及事物是如何被意识感知的,这对神经学和整个医学领域是极其相关的。
从数学上讲,量子态还原的目标是使波函数坍缩,或者在与外部环境发生某种相互作用或测量之后,将众多不同的特征态拿出来,只产生一个最终的特征态。
在分析这一提议背后的量子理论时,约翰·冯·诺伊曼认为,可以用一个投影定理来帮助描述这些所谓的测量,把它们当作瞬时的、不可逆的行动,用下面的量子公式来描述波函数如何坍缩(或者一般来说,在大脑中如何以其最终的特征态达成一个单一的确定的意识解释):

其中,H是哈密顿算子,p是测量前系统的状态,𝑈𝑡是单位时间演化算子。科学家声称通过这种量子表征数学描述的这些观察系统和观测系统之间的边界实际上位于人脑中,甚至进一步认为突触层面的量子不确定性实际上可以产生足以使宏观大脑活动发生叠加的效应,这发生在神经元集合体层面。
这一假设理论,可能对医学领域产生巨大影响。如果人们用这一量子理论来描述神经元组装是如何发生的,与外部刺激互动时,意识行为如何达到一个单一的最终状态,这可能有助于描述当病人患上神经退行性疾病如阿尔茨海默病时,神经活动的某些变化。
此外,找到麻醉剂如何抑制意识活动背后的潜在机制,可以用这些量子投影进行数学映射,分析一旦这些药物被注入人体就会达到最终特征状态的过程。
这是一个极其迷人的理论,但在这种量子应用于医学之前,还需要更多具体的研究、证据和进一步的实验。尽管如此,这表明量子物理学领域在医学领域的应用要比人们最初预期的多得多。

大脑的神经集合体可以通过兴奋性和抑制性连接来描述。一个问题是,是否存在精神表征的“神经相关性(neural correlate)”。事实上,心理表征的神经相关性可以通过以下事实来描述:那些神经元之间的连接或耦合形成了一个相对于其环境而言被限制的集合体,对其的连接比集合体内部的连接要弱。
因此,如果形成组件本身的神经元更积极地运作(例如产生比正常模式下更高的发射率),那么心理表征的神经关联就会被激活。为了维持一个激活的神经元组合的稳定运行,在神经元之间的抑制性和兴奋性连接之间必须有一个平衡。
神经元之间的平衡。
如果单个神经元的传递函数是严格的单调的(这意味着增加输入会导致增加输出),集合体将很难稳定下来,平衡也无法维持。因此,目标是要有建立非单调的传递函数的结果,在中间输入时有最大的输出;这对神经元集合体的建模具有高度的意义。
然而,在数学上,使用具有二次最大值的耦合图格的网络模型是这种确切行为的典范例子,这是非常有益的。因此,纳入这些不同的网络模型,与量子理论中描述的思想非常相似,其中有意识的决策来自于波函数的坍缩并达到一个最终的不可逆状态,这对解释某些生物现象有很大的好处,带来了量子力学和医学这两个领域的交叉性。

量子力学理论对医学领域有益的另一种方式是,通过量子理论的应用,可以提高在病人出现症状之前识别疾病存在和诊断病人的能力。
例如,细胞膜上有一个巨大的电场(~105 V/cm)。这就意味着,从物理上讲,膜的这一特性使它们有可能以特征频率在1010 - 1011 赫兹,因此每个生物体的所有细胞都可能被视为一个活跃的中心:电磁辐射的来源。
通过这种物理角度分析细胞膜,应用了一种独特而新颖的思维方式,可以帮助我们从不同的角度理解细胞生物学、从这种物理角度理解细胞结构。特别是,应用类似的框架来提高我们对生物体基因组的理解,以及它在转录和翻译中对蛋白质的作用。
众所周知,一个特定生物体的所有体细胞都有相同的基因组——DNA。这一点,再加上之前的断言(即每个细胞都可以被视为一个活跃的中心),可以认为细胞内的每个相干电磁场都可以接收来自DNA的关于基因的信息。反过来,在蛋白质中编码翻译的基因可以从量子力学上解释为一个准连续的能量谱过渡到一个只属于这个特定生物体的离散谱的转化。这将意味着特征特征频率的频谱的形成正在发生。
换句话说,某些细胞过程(如翻译)可以描述为能量的量子力学转换,因此可以通过量子力学来解释。这意味着,利用量子力学的基础工作实际上可以帮助我们在疾病出现症状之前就发现它们
尽管需要更多的研究、技术创新和进一步的知识,但看到人体内的波过程因来袭而产生的干扰,是可以随时推进疾病的检测,帮助医学界拯救更多的生命。
在理解医学领域的科学现象方面,量子理论也为隔离良好的系统提供了很好的解释。例如,从简单的、孤立的量子系统开始,无序和相互作用都很明显,在足够高的密度下,静止状态成为简单的准粒子激发的极其复杂的叠加。
在这个阶段,量子混沌的典型规律性出现了,并带来了热化(thermalization)的特征。所有的阶段和导致热化的过程的结果都用分析和大量的数值例子来解释,适用于现实的原子、核和自旋系统,以及具有随机参数的模型。换句话说,如果一个活的生物系统可以被表示为一个相对隔离良好的冷系统,量子应用可以更容易地应用、建立不同激发的叠加,以更好地描述整个系统作为一个整体的设置。
这在综合医学等领域可能非常重要。因为在这些领域,必须考虑到人体的多个不同方面,才能更好地理解对病人的诊断和治疗。


将量子理论纳入医学应用将被证明是非常有帮助的另一个例子是DNA的突变——被定义为生物体的遗传物质或组成的可遗传变化。了解DNA发生突变的过程极其重要,因为DNA的变化可能导致人体的严重问题,如正常细胞发展成癌细胞。
甚至有人提出,可以应用某些量子理论来解释突变的某些特征。量子物理学的一个重要理论是叠加的概念。叠加的独特之处在于,它“是量子粒子在一个概率区域内同时处于多个位置的特性。这相当于一个粒子同时占据了所有可能的位置,这种特性在量子计算中被高度追求模仿,因为它可以同时测试所有的结果”。
人们可能认为,这与细胞生物学和DNA或生物体的遗传组成领域没有太大关系。然而,情况可能不完全是这样。虽然对叠加的持续时间有争议,但如果某些过程发生在极小的尺度上,那么关于叠加的影响确实可能变得更加普遍。就重要的生物过程而言,如植物细胞的光合作用,这些过程可能发生在极小的尺度上:飞秒到皮秒的范围。
对于突变,有一种可能性,即量子叠加可能在这个过程中发挥作用。当然,要明确地确定这一点,还需要对叠加进行更多的研究,以及调查这种量子现象在突变中得到了多大程度的加强,但这一理论确实与生物体和一般的细胞生物学有明显的关系。
如果人们能够准确地应用这些叠加原理来确定某些类型的突变背后的因果因素,这可能有助于治愈某些癌症和帮助治疗病人。一个缺点是,叠加的应用仍然需要更多的研究和技术的进步,但这个量子理论仍然被证明是有希望帮助推动医学的未来。

量子理论的另一个重要的医学应用涉及到对端粒减少的更好理解;众所周知,端粒减少在癌细胞中有一定的作用。

有一个非常合理的假设,即量子熵可能在细胞周期检查点中起作用,这与癌细胞的凋亡有关。量子熵,也被称为冯·诺伊曼熵,它是在量子力学领域下基于利用扩展的希尔伯特空间而发展起来的。
特别是,有证据暗示,当端粒长度减少诱发DNA损伤反应(促进衰老和抑制细胞检查点,这通常会诱发癌细胞的凋亡),量子熵条件可能会影响转位状态,进而导致细胞周期检查点的改变,诱发细胞中更高的能量需求,导致有丝分裂的增加。
当细胞出现癌变时,它们获得了跳过M1期的能力,而量子熵不平衡引起的细胞检查点的抑制使这种情况得以发生。在癌细胞内,端粒酶的生产出现了上调,这种酶通过核苷酸的添加来增加端粒的长度以帮助促进细胞的持续分裂。当端粒酶的活性不足以克服量子态熵的能量需求时,这是因为绕过了M1阶段而发生的,它不可避免地导致端粒酶延长端粒以允许癌细胞的持续增殖。
总的来说,这个假说主张量子熵在危机阶段促进细胞检查点的变化,这使得癌细胞通过操纵端粒酶的活性超过正常细胞,导致生物体内的癌症。对量子熵有深刻的理解、并分析量子熵的变化如何能诱发细胞周期检查点的变化是极其重要的。如果量子熵能够以某种方式在细胞内被调整,并帮助逆转细胞周期检查点发生的变化,从而逆转端粒酶的活性,这可能被证明是医学领域的一个极其有益的进步,帮助我们通过量子应用来治疗癌症患者

宏观量子现象的量子全息框架可以在我们理解医学的更多整体性方面发挥重要作用。综合医学和超个人心理学的整体方法是至关重要的,因为它们在发达国家的地位越来越突出。
超个人心理学是心理学的一个重要分支,它强调超越个人自我或个人自我意识的人类经验。整合医学将不同形式的医学融合到一个全面的治疗计划中,为护理治疗考虑多个方面。目前对心身疾病的研究表明,需要应用这些整体方法,并通过应用宏观量子理论直接关注针灸和人类意识。
对于宏观量子现象,有人提出用量子退相干和量子全息(QDQH)的方法来研究生物分子的构象异构(conformational transition)。这个过程不能根据半经典预测进行动力学解释:Levinthal悖论。Levinthal悖论的拟议解决方案以生物大分子的一系列过程提供了一个自然的物理解释,包括在开放的生物环境中的链式折叠和生物分子识别。
这种生物过程可以通过宏观层面的量子现象来解释。通过对这些过程的深入研究发现,非互补的(近似孤立的)生物分子能量状态和(环境退相干选择的非孤立的)生物分子构象状态之间的波动正在重复进行。因此,这种QDQH方法允许将相同的非相互作用和动态不耦合的蛋白质系统解释为相同处理器的全球空间量子集合,其构象状态的时间适应密度可以呈现为一个开放型细胞的类似霍普菲尔德量子全息神经网络。因此,应用宏观量子态背后的理论可以证明在解释某些生物过程时是有用和有益的,正如用Levinthal悖论所解释的那样。
在整体医学方面,QDQH方法甚至可以扩展到这种类型的临床领域。通过将宏观量子现象纳入整体医学,我们对心身症状的理解和治疗效果可以通过前述的量子能量状态、解纠缠和量子全息网络的解释得到改善。第二层次(量子整体医学)和第三层次(传统对症医学)的基本活动,忽视了第一层次(不同的治疗方法),将导致个人和集体意识层面的记忆吸引器在这一代和未来一代的进一步超个人转移。
所以,这意味着有必要关注许多心身问题在产前跨代层面上的根源。因此,QDQH方法可以用来帮助解释意识和心身症状以及整体医学的其他相关方面。总而言之,利用宏观量子现象不仅可以提高整体医学领域的知识和理解,而且还可以帮助在未来进一步扩大对个人的治疗

总的来说,量子物理学可以被整合到无数不同的医学应用中。
除了在致癌过程、DNA的突变、甚至大脑的决策思维过程等领域,量子物理学在更多的医学问题上也有重要作用。在人体中,即使不能清楚地看到,量子力学也是普遍存在、并有许多功能和应用。虽然量子理论需要更多的技术进步和进一步的研究才能实现其实际应用,但有明确的证据表明,量子物理在人体中具有重要的作用,可以用来帮助推进医学领域。
医学是关于帮助诊断、治疗和治愈患有不同疾病和健康相关问题的病人。当我们审视量子医学时,我们也需要考虑在医学中实施量子物理所产生的伦理问题。我们需要了解和调查它在隐私、同意和公平方面对病人护理可能产生的影响和作用。将量子理论纳入医学领域有助于带来新的治疗方法,并激发这一领域的新思维方式,有助于在医疗卫生领域带来前所未有的创新想法。
目前,在临床环境中实施基于量子物理学的方法所需的技术仍然很匮乏。即使技术在医学的不同领域都在发展,但目前,实施量子物理学的想法只是一个想法而已。最大的挑战之一将是,当基于量子物理学的方法等新技术成为护理标准时,医疗专业人员和卫生领域的成员需要克服方法和学习曲线上的巨大差异。当我们审视医疗领域和临床环境时,最大的担忧之一是创建和实施基于量子的方法所涉及的潜在成本:目前还没有实现基于量子的医疗技术所需的先进技术
随之而来的是,量子物理学在医学中的应用将需要昂贵的基础设施建设和对医疗专业人士的培训。向更多基于量子物理学的医疗技术转变是一个新颖的概念,但实现这一目标还需要很多年,因为有太多的实际挑战。随着医生不断学习不同的技术、风格和方法来诊断和治疗病人,融入对量子物理学的深刻理解可以帮助弥合不同领域之间的差距,并在不同的科学学科之间形成强大的交叉性,这正是现代医学的特点。
正如《量子医生》一书中、 一位量子物理学家解释了整体医学的治疗能力:“如果有任何领域需要整合,那就是医学。如果有哪个领域需要一个能够从所有不同的治疗模式中理出头绪的整合范式,那就是医学”。
因此,现在是时候在医学上进行量子化了。
参考链接:[1]https://www.mdpi.com/2077-0383/12/13/4506[2]https://www.news-medical.net/news/20230707/Quantum-medicine-the-way-forward.aspx

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