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第一部分 酸碱对意识水平的影响背景与目的:磷-31(31磷)的核自旋为1/2。根据Fisher量子意识假说,31磷形成的自旋纠缠是大脑维持意识的基础。在水中31磷维持纠缠的时间过短,但当31磷处于Posner分子（Ca9（PO4）6）中时,Posner分子保护了31磷的核自旋纠缠,使31磷的自旋纠缠可以维持较长的相干时间,长时间的31磷核自旋纠缠被认为是大脑意识产生和维持的基础。Fisher量子意识假说尚未得到实验的验证。在Fisher量子意识假说中,引起31磷核自旋退相干的因素主要是周围环境中H+的攻击,且H+浓度增加不利于Posner分子的形成,因此我们可以推测出改变脑脊液中的H+浓度可以对意识产生相应影响,即H+浓度的增加减弱意识,反之H+浓度的降低增强意识。本研究使用小鼠翻正反射消失时的七氟烷ED50值来反映意识水平,对上述预测进行验证,即翻正反射消失时ED50值的增加表示意识水平的增加,ED50值的降低表示意识水平的降低。方法:45只C57BL/6小鼠（8周）随机均分为三组:生理盐水组、HCl组和NaOH组。首先在未做任何处理的情况下测量小鼠翻正反射消失时的七氟烷ED50值,此值为小鼠的基础ED50。小鼠充分休息2天后,三组分别经侧脑室给予0.9%的生理盐水、10-6.7 mol/L HCl或10-6.5 mol/L NaOH,给药体积为2μL。侧脑室给药后立即再次测量小鼠失去翻正反射时七氟烷的ED50值。结果:侧脑室给予0.9%生理盐水后小鼠翻正反射消失的七氟烷ED50值与基础ED50值相比差异无统计学意义（0.98±0.12%vs 1.01±0.09%,P＞0.9999）。侧脑室给予HCl后小鼠失去翻正反射时的七氟烷ED50值较给药前的基础ED50值相比差异无统计学意义（1.01±0.20%vs 0.99±0.15%,P＞0.9999）。侧脑室给予NaOH后小鼠失去翻正反射时的七氟烷ED50值较给药前基础ED50值相比差异仍无统计学意义（1.05±0.14%vs 1.02±0.17%,P=0.91）。结论:HCl和NaOH是H+或OH-的直接供体,侧脑室直接给予少量H+或OH-不改变小鼠的意识水平。虽然本部分实验并不能证实或者证伪Fisher的量子意识模型,但却排除了HCl和NaOH对后续实验结果产生干扰的可能性,因为在后续的实验中我们使用了HCl和NaOH来配制试剂和调整p H值。第二部分钙离子浓度对意识水平的影响背景与目的:在Fisher量子意识假说中,Posner分子首先在细胞外相对高钙的环境下形成。从此出发,我们可以推测出:脑脊液中钙离子浓度的增加可以通过加速Posner分子的形成来增强意识,反之钙离子浓度降低减弱意识。本部分同样使用小鼠翻正反射消失时的七氟烷ED50值来反映意识水平,对上述预测进行验证。方法:30只C57BL/6小鼠（8周）随机均分为两组:EGTA组和40CaCl2组。首先在未做任何处理的情况下测量小鼠翻正反射消失时的七氟烷ED50值,此值为小鼠的基础ED50。小鼠充分休息2天后,两组分别经侧脑室给予7.5 mmol/L EGTA或50mmol/L 40CaCl2,给药体积为2μL。侧脑室给药后立即再次测量小鼠失去翻正反射时七氟烷的ED50值。结果:侧脑室给予EGTA后小鼠失去翻正反射时的七氟烷ED50值显著高于给药前的基础ED50值（1.10±0.14%vs 1.00±0.15%,P＜0.001）。侧脑室给予40CaCl2后小鼠失去翻正反射时的七氟烷ED50值较给药前显著降低（0.82±0.09%vs 0.98±0.10%,P＜0.0001）。结论:脑脊液中钙离子浓度的降低使小鼠的意识水平升高,脑脊液中钙离子浓度升高使小鼠的意识水平降低,我们的实验结果与源自Fisher量子意识模型的推论相反。Posner分子中31磷核自旋纠缠介导意识的理论可能并不正确。第三部分钙同位素对意识水平的影响背景与目的:Posner分子中较长时间的31磷核自旋纠缠是Fisher量子意识模型中至关重要的一环。在水中,使31磷核自旋纠缠退相干的因素主要是周围质子核自旋产生的磁偶极子场。自然界中最丰富的钙（40钙）和氧（16氧）的同位素其核自旋都为0,这才使得Posner分子中31磷的核自旋能够保持较长的相干时间,若核自旋不为0的元素替换掉Posner分子中的40钙或者16氧,则31磷核自旋纠缠被干扰,影响大脑中的信息处理,从而降低意识的水平。如43钙是具有7/2核自旋的钙的稳定同位素,若43钙替换掉Posner分子中的40钙,则43钙核自旋产生的磁偶极子场会促使31磷核自旋退相干,对意识产生负面影响。本部分同样使用小鼠翻正反射消失时的七氟烷ED50值来反映意识水平,对上述预测进行验证。方法:首先在未经任何处理的情况下测量小鼠翻正反射消失时的基础七氟烷ED50值,小鼠充分休息2天后侧脑室给予小鼠2μL 50 mmol/L的43CaCl2,侧脑室给药后立即再次测量小鼠翻正反射消失时七氟烷的ED50值。结果:侧脑室给予43CaCl2后小鼠翻正反射消失时的七氟烷ED50值与给药前的基础值相比显著降低（0.80±0.08%vs 0.98±0.09%,P＜0.0001）。但侧脑室注射相同剂量的40CaCl2和43CaCl2对小鼠翻正反射消失时七氟烷ED50的影响无差别（P＞0.9999）。结论:43钙同位素对意识的影响与普通钙并没有不同,我们的研究结果再次与源自Fisher量子意识模型的推论相反。虽然Posner分子中的31磷核自旋可以维持较长的相干时间,但它可能并不参与大脑内的量子计算。同时,我们的研究为量子意识学说的证明提供了实验方法,具有重要的科学意义。