Roger Penrose e la coscienza quantistica: la mente nasce soltanto dai neuroni ?

La teoria Orch OR di Roger Penrose e Stuart Hameroff ipotizza che alla base della coscienza vi siano processi quantistici nei microtubuli dei neuroni

A distanza di oltre trent’anni continua a essere discussa e studiata, ma rimane controversa: gli indizi sperimentali non equivalgono ancora a una dimostrazione
Da dove nasce la coscienza ?

È una delle domande più difficili che scienza e filosofia continuano ad affrontare. Sappiamo che modificando determinate attività cerebrali possiamo modificare percezione, memoria e stati coscienti. Lesioni, anestesia, sonno, farmaci e stimolazioni cerebrali mostrano chiaramente lo stretto rapporto tra cervello e coscienza.

Ma spiegare quali strutture e processi neurali siano associati agli stati coscienti non equivale necessariamente a spiegare perché esista un’esperienza soggettiva.

Perché l’elaborazione dell’informazione non avviene semplicemente “al buio”? Perché vedere il rosso, provare dolore, ricordare una persona o ascoltare una musica significa anche vivere un’esperienza in prima persona?

È all’interno di questo problema che si colloca una delle ipotesi più affascinanti e controverse sulla coscienza: la teoria Orchestrated Objective Reduction, più conosciuta come Orch OR, elaborata dal fisico matematico Roger Penrose e dall’anestesista Stuart Hameroff.

Secondo questa prospettiva, per comprendere la coscienza potrebbe non essere sufficiente studiare soltanto l’attività elettrica e chimica delle reti neuronali. Occorrerebbe scendere ancora più in profondità. Fino alla fisica quantistica.

Penrose : la mente potrebbe essere più di un algoritmo

Il punto di partenza di Roger Penrose non furono inizialmente i microtubuli. Fu il problema della computazione. Penrose, uno dei maggiori fisici matematici contemporanei, si interrogò sulla possibilità che il pensiero umano fosse completamente descrivibile come l’esecuzione di un algoritmo.

In opere come The Emperor’s New Mind e Shadows of the Mind sostenne che alcuni aspetti della comprensione matematica umana potrebbero non essere riducibili a una procedura computazionale.

Uno degli elementi centrali della sua argomentazione è legato ai teoremi di incompletezza di Kurt Gödel. In termini necessariamente semplificati, Penrose sostiene che la capacità del matematico di riconoscere determinate verità non possa essere completamente riprodotta da un sistema formale algoritmico.

L’argomento è stato molto discusso e numerosi filosofi, matematici e scienziati non condividono le conclusioni che Penrose ricava da Gödel. Ma la domanda rimane straordinariamente attuale nell’epoca dell’intelligenza artificiale: la mente umana è interamente computabile?

Se la risposta fosse negativa, imitare sempre meglio il comportamento intelligente non significherebbe necessariamente riprodurre ciò che rende una mente cosciente.

Dai limiti del calcolo alla fisica

Penrose compie quindi un secondo passaggio. Se alcuni aspetti della mente non sono algoritmici, deve esistere secondo lui qualche processo fisico non computabile che contribuisca al funzionamento della coscienza. La fisica conosciuta, nella sua interpretazione, non sarebbe ancora completa.

Penrose guarda in particolare al problema della misura nella meccanica quantistica e alla relazione ancora irrisolta tra teoria quantistica e gravità. Da qui nasce la sua proposta della Objective Reduction, o OR. Secondo Penrose, la riduzione dello stato quantistico non dipenderebbe necessariamente soltanto dall’osservazione o dall’interazione con un apparato di misura.

Potrebbe rappresentare un processo fisico oggettivo collegato alla struttura dello spazio-tempo e alla gravità. È un’ipotesi radicale. Ed è importante sottolinearlo: non si tratta di un risultato sperimentale consolidato della fisica, ma di una proposta teorica.

Hameroff e i microtubuli

Mancava però ancora un collegamento con il cervello. Qui entra in scena Stuart Hameroff, medico anestesista che da tempo studiava il possibile ruolo dei microtubuli nei processi cellulari e nella coscienza.

I microtubuli sono strutture del citoscheletro presenti all’interno delle cellule, compresi i neuroni. Sono formati principalmente da proteine chiamate tubuline e svolgono funzioni fondamentali nella struttura cellulare, nel trasporto intracellulare e in altri processi biologici.

Hameroff propose che potessero svolgere anche un ruolo nell’elaborazione dell’informazione. Dall’incontro tra questa ipotesi biologica e la proposta fisica di Penrose nacque Orch OR.

Nella teoria, processi quantistici organizzati all’interno dei microtubuli arriverebbero a una riduzione oggettiva dello stato quantistico. Questi eventi contribuirebbero ai momenti elementari dell’esperienza cosciente. La coscienza non sarebbe quindi soltanto una proprietà emergente dall’attività delle reti neuronali classiche. Avrebbe radici a un livello fisico più profondo.

Perché i microtubuli?

L’idea può apparire sorprendente perché per molto tempo il neurone è stato rappresentato principalmente attraverso sinapsi, neurotrasmettitori e impulsi elettrici. Ma un neurone è una cellula biologicamente molto più complessa. Al suo interno esistono strutture molecolari che partecipano alla sua organizzazione e al suo funzionamento.

Penrose e Hameroff sostengono che i microtubuli possano costituire un livello di elaborazione più profondo rispetto alla tradizionale descrizione delle reti neuronali. La versione moderna della teoria non considera necessariamente questo livello come alternativo all’attività neuronale ordinaria.

L’idea è piuttosto quella di una relazione tra differenti scale: processi quantistici microscopici contribuirebbero all’attività cellulare, che a sua volta interagirebbe con le dinamiche delle reti neuronali. Da qui la parola orchestrated. La coscienza deriverebbe da processi quantistici non casuali, ma organizzati dall’attività biologica.

Il grande problema : un cervello caldo, umido e rumoroso

Fin dall’inizio Orch OR ha incontrato una difficoltà fondamentale. Gli stati quantistici coerenti sono estremamente delicati. Il cervello è invece un ambiente caldo, umido e biologicamente molto attivo. Come potrebbero stati quantistici sufficientemente complessi sopravvivere abbastanza a lungo all’interno dei neuroni da avere un ruolo nella coscienza ?

È il problema della decoerenza. Le interazioni con l’ambiente tendono rapidamente a distruggere le delicate sovrapposizioni quantistiche necessarie alla teoria. Proprio questo argomento ha alimentato alcune delle critiche più importanti a Orch OR.

Una critica pubblicata su Physical Review E nel 2000 da Max Tegmark stimò tempi di decoerenza estremamente brevi rispetto alle scale temporali rilevanti per il funzionamento cerebrale. Hameroff e collaboratori contestarono successivamente alcune delle assunzioni utilizzate in quei calcoli e proposero stime differenti. Il problema, tuttavia, non è scomparso. Rimane una delle questioni sperimentali decisive per qualsiasi teoria che attribuisca alla coerenza quantistica un ruolo funzionale nel cervello.

La biologia quantistica ha cambiato almeno una parte della domanda

Negli ultimi decenni è però cambiato il contesto scientifico. L’idea che fenomeni quantistici possano avere effetti biologicamente rilevanti non viene più considerata di per sé assurda. La biologia quantistica studia infatti il possibile ruolo di fenomeni quantistici in processi biologici come trasferimenti di energia, reazioni enzimatiche e magnetoricezione.

Questo non dimostra Orch OR. È una distinzione fondamentale. Dimostrare che la natura utilizza fenomeni quantistici in alcuni sistemi biologici non significa dimostrare che la coscienza dipenda da fenomeni quantistici nei microtubuli.

Ha però indebolito una versione troppo semplice dell’obiezione secondo cui “il quantistico non può avere alcun ruolo nella biologia”. La domanda scientifica diventa quindi più precisa: quali fenomeni quantistici possono sopravvivere in determinate strutture biologiche, per quanto tempo e con quale funzione?

Nuovi studi mantengono aperta la discussione

Il dibattito non appartiene soltanto agli anni Novanta. Nel settembre 2025 Frontiers in Human Neuroscience ha pubblicato un articolo dedicato proprio alla complessità quantistico-classica della coscienza e a Orch OR. Gli autori discutono la possibilità di un’interazione tra dinamiche quantistiche e classiche nei microtubuli e sostengono la necessità di sviluppare modelli capaci di produrre previsioni sperimentalmente verificabili.

Nello stesso periodo altri lavori hanno cercato di mettere in relazione Orch OR con cicli percettivi discreti e con modelli contemporanei dell’elaborazione cerebrale.

Nel 2026 una review pubblicata su Frontiers in Psychology ha riesaminato criticamente diverse teorie quantistiche della coscienza, compresi i modelli basati sui microtubuli. Il quadro che emerge è interessante proprio perché non autorizza conclusioni semplicistiche.

Le teorie quantistiche della coscienza non possono essere liquidate esclusivamente perché coinvolgono la meccanica quantistica, ma devono ancora affrontare problemi rilevanti di fattibilità fisica, sufficienza esplicativa e verificabilità empirica. In altre parole, la discussione continua. Ma una teoria discussa non è una teoria dimostrata.

Indizi non significano prove

Questo è probabilmente il punto più importante per valutare correttamente Orch OR. Negli ultimi anni sono stati pubblicati studi su proprietà fisiche dei microtubuli, effetti degli anestetici, oscillazioni molecolari e possibili fenomeni quantistici in sistemi biologici. Sono risultati che possono rendere alcune domande più interessanti. Ma esiste un’enorme distanza logica tra due affermazioni:

• nei microtubuli possono verificarsi fenomeni quantistici
• questi fenomeni producono la coscienza.

La seconda non segue automaticamente dalla prima.

Per dimostrare Orch OR occorrerebbe identificare i processi previsti dalla teoria, mostrarne la presenza nelle condizioni biologiche appropriate e stabilire un rapporto causale con gli stati coscienti, escludendo spiegazioni alternative. È una sfida sperimentale enorme.

Anche le critiche devono evolvere

Allo stesso tempo, sarebbe sbagliato valutare una teoria formulata trent’anni fa utilizzando soltanto le obiezioni di trent’anni fa. Le teorie scientifiche evolvono. Penrose e Hameroff hanno modificato e aggiornato Orch OR in risposta alle critiche e ai nuovi risultati. Nel 2014 pubblicarono su Physics of Life Reviews un’ampia revisione del modello, discutendo microtubuli, anestesia, oscillazioni e possibili dinamiche quantistiche. Questo non rende automaticamente corretta la teoria.

Significa però che la discussione scientifica deve confrontarsi con le formulazioni contemporanee dell’ipotesi e soprattutto con esperimenti capaci di distinguerla da modelli concorrenti. La domanda decisiva non è se Orch OR sia suggestiva. È se possa essere falsificata o corroborata sperimentalmente.

La coscienza rimane un problema aperto

Il fascino esercitato dalla teoria di Penrose nasce anche da una situazione più generale. Non possediamo ancora una teoria universalmente accettata della coscienza. Esistono modelli neuroscientifici importanti che cercano di spiegare differenti caratteristiche dell’esperienza cosciente attraverso l’integrazione dell’informazione, l’accesso globale ai contenuti mentali, l’elaborazione ricorrente e altre dinamiche cerebrali.

Queste teorie hanno prodotto programmi sperimentali estremamente importanti. Ma il problema fondamentale rimane. Spiegare come un’informazione diventi disponibile a numerose aree cerebrali equivale a spiegare perché quell’informazione venga vissuta ? È qui che scienza e filosofia della mente continuano inevitabilmente a incontrarsi.

Penrose, dai buchi neri alla mente

La figura di Roger Penrose rende questa storia ancora più interessante perché non parliamo di uno studioso marginale rispetto alla fisica contemporanea. Nel 2020 Penrose ha ricevuto metà del Premio Nobel per la Fisica per avere mostrato che la formazione dei buchi neri è una robusta previsione della teoria generale della relatività.

SRM aveva raccontato allora il Nobel assegnato a Penrose insieme a Reinhard Genzel e Andrea Ghez, premiati per le loro ricerche sui buchi neri e in particolare sull’oggetto supermassiccio al centro della Via Lattea.

Questo naturalmente non dimostra la teoria della coscienza di Penrose. L’autorevolezza di uno scienziato in un campo non trasferisce automaticamente validità a ogni altra sua ipotesi. È però una ragione in più per distinguere attentamente due atteggiamenti ugualmente sbagliati: accettare Orch OR perché proposta da un Nobel oppure respingerla senza esaminare gli argomenti perché appare troppo radicale. La scienza richiede prove in entrambi i casi.

Coscienza, universo e realtà

Su SRM abbiamo già affrontato nel gennaio 2026 un’altra dimensione del pensiero di Penrose: il rapporto tra coscienza, universo, matematica e struttura della realtà. È un collegamento importante. Per Penrose il problema della coscienza non è infatti semplicemente un dettaglio ancora irrisolto delle neuroscienze. Si inserisce in una visione molto più ampia nella quale mondo fisico, mondo matematico ed esperienza cosciente pongono problemi reciprocamente collegati.

Come può la materia produrre esperienza? Come può una mente comprendere strutture matematiche astratte? E perché quelle stesse strutture matematiche descrivono con straordinaria efficacia l’universo fisico? Sono domande diverse. Ma nella prospettiva di Penrose sembrano indicare che la nostra descrizione della realtà sia ancora incompleta.

Se Penrose avesse ragione, che cosa cambierebbe per l’intelligenza artificiale ?

È forse qui che Orch OR diventa ancora più interessante nel 2026. I sistemi di intelligenza artificiale sono diventati capaci di produrre linguaggio, immagini, codice e ragionamenti apparentemente sempre più sofisticati.

Questo rende inevitabile una domanda: un sistema sufficientemente complesso potrebbe diventare cosciente?

Se la coscienza fosse interamente il risultato di determinate forme di elaborazione computazionale, almeno in linea di principio potrebbe essere possibile riprodurne alcune condizioni in una macchina. Ma se Penrose avesse ragione e la coscienza dipendesse da processi fisici non computabili, gli attuali sistemi digitali potrebbero diventare straordinariamente capaci senza diventare per questo coscienti.

La differenza tra simulare un comportamento intelligente ed essere un soggetto che vive un’esperienza diventerebbe fondamentale. Non avremmo necessariamente macchine meno utili o meno potenti. Avremmo però una ragione fisica per non identificare automaticamente prestazione cognitiva e coscienza.

La prudenza è parte della meraviglia scientifica

Orch OR continua ad affascinare perché collega alcuni dei più grandi misteri della conoscenza contemporanea: coscienza, meccanica quantistica, gravità, struttura del cervello e natura della computazione.

Proprio per questo è necessario evitare due estremi. Il primo consiste nel presentare la coscienza quantistica come una scoperta ormai dimostrata. Non lo è. Il secondo consiste nel considerare qualsiasi tentativo di mettere in relazione fisica quantistica e coscienza necessariamente pseudoscientifico.

Anche questa conclusione sarebbe troppo semplice. La domanda corretta è scientificamente più difficile: quali previsioni produce la teoria e quali esperimenti possono metterle realmente alla prova ? È qui che si decide il suo futuro.

La mente nasce soltanto dai neuroni ?

Forse persino il titolo della domanda richiede infine una precisazione.

I microtubuli di cui parlano Penrose e Hameroff si trovano anch’essi nei neuroni.

L’alternativa non è quindi letteralmente tra “neuroni” e “quantistica”.

La vera questione riguarda quale livello della realtà fisica sia necessario per spiegare ciò che accade nei neuroni.

Sono sufficienti le dinamiche elettrochimiche e computazionali che già conosciamo?

Oppure alcuni aspetti della coscienza richiedono fenomeni fisici più profondi che ancora non comprendiamo pienamente?

O, ancora, scopriremo che nessuna delle formulazioni attuali pone la domanda nel modo corretto?

Non lo sappiamo.

Ed è probabilmente questa la conclusione scientificamente più interessante.

Dopo decenni di neuroscienze, progressi nell’imaging cerebrale e una rivoluzione nell’intelligenza artificiale, possiamo descrivere sempre meglio che cosa fa il cervello.

Rimane straordinariamente difficile spiegare perché una parte di ciò che accade nel cervello sia accompagnata dall’esperienza di esserci.

La teoria di Penrose e Hameroff potrebbe rivelarsi sbagliata.

Potrebbe contenere soltanto alcuni elementi utili.

Oppure potrebbe indicare un livello della realtà che oggi stiamo appena iniziando a esplorare.

È precisamente per distinguerlo che servono nuovi esperimenti.

Perché davanti al mistero della coscienza la scienza non deve scegliere tra meraviglia e rigore.

Ha bisogno di entrambe.