严格来说，眼底的视网膜是大脑的一部分^[1]. 作为眼睛视觉感知的核心部件，其光感性能远超一般人的想象。

早在1941年，就有人注意到人眼视网膜能感知5个左右的光子(闪)^[2][3]:

三十年后，这个下限值被缩小的1^[4]. 但是由于设备的限制，这些实验中的光子源并不能产生指定数量的光子，因此实验结果的可信度存疑。在更为精确的光子源出现后，实验被重新设计^[5][6]:

无论是在离体的实验还是在活体的实验中，眼睛的单光子级感知灵敏度都得到确认。而且，人眼似乎可以直接用来验证贝尔不等式^[7][8]，感知两个光子是否处于量子纠缠态^[9]：

人眼视网膜中的细胞把光信号转化为化学能，再转化为电信号，涉及到一系列的光换能(phototransduction)过程^[10]. 这个过程如果仅仅包含化学反应，那就解释不了单个光子级别的敏感性^[11]。

对视网膜细胞光换能机制的详细研究证明，其核心过程发生在亚皮秒周期内，并且涉及众多量子力学机制过程(An entirely quantum-mechanical description of sub-picosecond proteindynamics has been accomplished on a heuristic potential surface which allows for atleast three qualitatively different reaction pathways)^{[12][13][14][15]}:

另外，视网膜是一个高耗能结构。其能量由线粒体中的氧化磷酸化供应，该过程涉及一系列的氧化还原反应，电子被不断的传递给氧并释放能量。其中的电子传递过程就涉及到量子隧穿效应^[16][17]。从微观上看，大脑结构和功能广泛涉及量子力学机制，并且没有被研究清楚。

参考

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3. ^ Pirenne, M. H. (1947). THE EYE AS A DETECTOR OF LIGHT. QUANTUM FLUCTUATIONS IN VISION. Science Progress (1933-), 35(140), 605-622.
4. ^ Sakitt, B. (1972). Counting every quantum. The Journal of Physiology, 223(1), 131-150.
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6. ^ Tinsley, J. N., Molodtsov, M. I., Prevedel, R., Wartmann, D., Espigulé-Pons, J., Lauwers, M., & Vaziri, A. (2016). Direct detection of a single photon by humans. Nature communications, 7(1), 1-9.
7. ^ Bell, J. S. (1964). On the einstein podolsky rosen paradox. Physics Physique Fizika, 1(3), 195.
8. ^ Clauser, J. F., Horne, M. A., Shimony, A., & Holt, R. A. (1969). Proposed experiment to test local hidden-variable theories. Physical review letters, 23(15), 880.
9. ^ Brunner, N., Branciard, C., & Gisin, N. (2008). Possible entanglement detection with the naked eye. Physical Review A, 78(5), 052110.
10. ^ Altimus, C. M., Güler, A. D., Alam, N. M., Arman, A. C., Prusky, G. T., Sampath, A. P., & Hattar, S. (2010). Rod photoreceptors drive circadian photoentrainment across a wide range of light intensities. Nature neuroscience, 13(9), 1107.
11. ^ Sia, P. I., Luiten, A. N., Stace, T. M., Wood, J. P., & Casson, R. J. (2014). Quantum biology of the retina. Clinical & experimental ophthalmology, 42(6), 582-589.
12. ^ Ben-Nun, M., Molnar, F., Lu, H., Phillips, J. C., Martínez, T. J., & Schulten, K. (1998). Quantum dynamics of the femtosecond photoisomerization of retinal in bacteriorhodopsin. Faraday Discussions, 110, 447-462.
13. ^ Abe, M., Ohtsuki, Y., Fujimura, Y., & Domcke, W. (2005). Optimal control of ultrafast cis-trans photoisomerization of retinal in rhodopsin via a conical intersection. The Journal of chemical physics, 123(14), 144508.
14. ^ Hayashi, S., Tajkhorshid, E., & Schulten, K. (2009). Photochemical reaction dynamics of the primary event of vision studied by means of a hybrid molecular simulation. Biophysical journal, 96(2), 403-416.
15. ^ Polli, D., Altoè, P., Weingart, O., Spillane, K. M., Manzoni, C., Brida, D., ... & Garavelli, M. (2010). Conical intersection dynamics of the primary photoisomerization event in vision. Nature, 467(7314), 440-443.
16. ^ Thomas, L., Lionti, F. L., Ballou, R., Gatteschi, D., Sessoli, R., & Barbara, B. (1996). Macroscopic quantum tunnelling of magnetization in a single crystal of nanomagnets. Nature, 383(6596), 145-147.
17. ^ Hayashi, T., & Stuchebrukhov, A. A. (2010). Electron tunneling in respiratory complex I. Proceedings of the National Academy of Sciences, 107(45), 19157-19162.

大脑的结构中，树突轴突、突触、离子输运等等结构，是大脑功能的基础。这些结构一般在1到十几个纳米范围内，它们肯定是基于量子力学机制才能发挥作用的。所以说，人脑的运转中当然有量子力学机制。

但是，这是人脑逻辑部件的硬件机制，和题主的问题是两码事。就好像说，我们问类似的问题：

“电脑运转到底有没有量子力学机制？”

我们说，当然有。集成电路、芯片、逻辑门、乃至底层的半导体能带结构，这些都是量子力学机制。没有量子力学，我们造不出现在的硬件，也就不可能有一个运转的电脑。但是我们肯定不能说，因此我们的电脑就是量子计算机。因为在软件层面上，整个运算逻辑都是经典的。

所以，现在的问题就是，抛开人脑的硬件机制中的量子力学效应，在逻辑运算和信息处理上，人脑是经典的还是量子的？

我这里搬运一篇文章的观点，来自Max Tegmark^[1]。在他看来，由于退相干时间的极其迅速，以及神经元激发和传导的过程极其缓慢（相对而言），人脑的运算逻辑中不太可能有量子机制。

这里就涉及到了我们对神经激发和传导过程中的退相干时间的估算。这里的研究对象是神经元细胞中最关键的部分，轴突。我们知道，轴突可以看作是一条长长的中空纤维管，直径大于是十几微米，而管壁的厚度大约是十几个纳米。整个轴突被绝缘的髓鞘包裹（可以想象成为电线外面的绝缘包皮），但是这个绝缘层每隔一段距离就中断一个空隙（兰氏结），裸漏出内层的管壁。如下图所示：

裸漏出来的管壁是一个对各种离子的半透膜，由于离子的电性，所以内外日常维持着一些微妙的电位平衡（具体细节不在本文范围内略过不谈）。当神经元在激发过程的时候，由于电位的刺激，会打开半透膜上的电压钠离子通道，瞬间大量的钠离子涌入内部，然后沿着轴突传导，再激发下一个兰氏结处离子通道的开关状态，完成电信号沿着神经元的传导。这个传导速度大约是100m/s。每次激发的时间大约是几毫秒，然后钠离子通道关闭，神经元渐渐恢复原来的电位。

通过神经科学的实验发现，Tegmark估算，再一次神经冲动过程中，大约有10^6个钠离子完成了这次传输过程。也就是说，从量子力学上，神经元的激发状态和静息状态的叠加态，就是这10^6个钠离子的整体状态的叠加态：

这些离子与外界环境密切相互作用。包括了与周边的钠离子、水分子、以及与周边的电场的相互作用。这种系统与环境的密切耦合就必然导致退相干。Tegmark用粒子散射模型进行了估算，大约算出，退相干时间在 。也就是说，这是维持叠加态的时间尺度。

然而，神经元的一次激发过程大约为毫秒级，Tegmark进而估算，人类的大概认知过程（如思考、精细动作、感知）的时间尺度大约是零点几秒。也就是说，相比于人类的意识活动，退相干基本上可以看作是瞬时的。整个神经网络的激发过程，就是经典过程。

此外，Tegmark还估算了神经元中的神经微管的退相干过程。神经微管是神经元中的关键结构，曾被某些人认为是最有可能形成量子计算的地方，甚至被认为是“人类意识的起源之处”^[2]。

神经微管是由13根所谓的原纤维拼接而成的，每根原纤维则是由一系列的“蛋白二聚体”（tubulin dimer，百度翻译而来，不知准确否）连接而成。整个微管直径24纳米，长度可达到微米到毫米级。每个tubulin dimer由一个α单体和一个β单体构成，带有明显极性。拼接成长纤维的时候，就形成了两段的电位差。

而这中间有一个相对自由的电子，它的状态可以引发整个tubulin dimer的两种不同状态，对应不同的极性（就好像自旋态那样）。因此它的变化会导致极性沿着整个纤维快速传递。

Tegmark以周边钙离子的电场干扰对一长段纤维进行估算，估算的结果大致上退相干时间为10^-13s。这个时间要比前面提到的激发态时间长得多，但是仍然，比起人类意识而言，也可以算作瞬间了。因此，它参与量子计算的可能性也微乎其微。

Hagan^[2]等人对Tegmark的结果进行了挑战，他们计算单个的tubulin dimer 而不是一段纤维的退相干时间，认为，单个dimer的退相干时间要比整个纤维长若干数量级，因此完全有可能形成较长的量子相干态。但是他们的结果又被Rosa等人质疑^[3]，认为他们的一个基本假设有误，而实际上退相干时间和Tegmark估算的大致相似。

总而言之，现在看来，还没有证据显示大脑内有量子计算的迹象。

参考

1. ^ M. Tegmark, Importance of quantum decoherence in brain processes, Phys. Rev. E 61, 4194–4206 (2000)
2. ^ ^{a b} S. Hagan, S. R. Hameroff, J. A. Tuszynski, Quantum computation in brain microtubules: Decoherence and biological feasibility, Phys. Rev. E 65, 061901 (2002).
3. ^ L. P. Rosa, J. Faber, Quantum models of the mind: Are they compatible with environment decoherence?, Phys. Rev. E 70 (3), 31902 (2004).