E一切都充满了生机和生气。如果我从海滩上捡起一块鹅卵石，它就会动。它会闪闪发光，绝对迷人，”神经学家阿尼尔·塞思说。“看着我的人会看到我盯着一块石头好几个小时。”
或者似乎是几个小时到赛。英国苏克塞克斯大学的研究员，他研究大脑如何帮助我们在内部和没有的情况下察觉世界，并且由于LSD等荧光学可以告诉我们大脑如何创造这些看法而感兴趣。所以，几年前，他决定尝试一些，在受控剂量和与他身边的可信人。他有一个笔记本来跟踪他的经历。“我没有在笔记本上写得非常写，”他说，笑。
相反，在服用LSD时，他陶醉在一种幸福感中，惊叹于“时间和空间的流动性”。他发现自己目不转睛地望着云，看到它们变成了他所想的人的面孔。如果他心不在焉，云朵就会变成动物。
大脑只是一个简单地整理感官信息的被动器官吗?或者它是一个活跃的同谋?
赛斯接着尝试了死藤茶，这是一种由南美本土的灌木和藤蔓酿制而成的迷幻饮品，经常用于那里的萨满教仪式。这一次，他进行了一次更加情绪化的旅行，勾起了强烈的回忆。这两种经历都强化了赛斯的信念，即致幻剂在教导我们产生感知的大脑内部运作方面具有巨大的潜力。
他不是一个人。有了功能磁共振成像扫描、脑电图记录、大脑计算模型，以及志愿者服用致幻剂后的报告，一小部分但正在不断增长的神经科学家正试图利用这些药物和它们引发的幻觉，更好地理解大脑是如何产生感知的。连接仍然是模糊的,但研究也开始提供新的支持挑衅,more-than-a-century-old假说:当前的基本功能之一,我们会感觉到一切的根源做出最佳的猜测的原因信息侵犯我们的感官在任何给定的时刻。这一观点的支持者认为，这种预测能力使大脑能够在嘈杂和模糊的感官信息中找到意义，这是一种帮助我们理解和驾驭周围世界的关键功能。
当这些预测变得混乱时，就像在迷幻剂的作用下一样，知觉偏差为神经科学家提供了一种方法来探究大脑的工作方式，并可能了解神经心理学状况中出现了什么问题，比如精神病，导致对现实的认知发生了改变。
预测的大脑
大脑本质上是一台预测机器的观点可以追溯到19世纪德国物理学家和内科医生赫尔曼·冯·亥姆霍兹(Hermann von Helmholtz)。他指出，我们的大脑必须对我们通过感官接收到的信号的可能原因做出推断。他特别指出我们在相同的感官信息下感知不同事物的能力1(这方面一个很好的例子就是著名的视觉错觉，既可以出现两个人面对面的剪影，也可以出现一个花瓶的轮廓)。鉴于感官输入是不变的，亥姆霍兹认为，我们所感知到的东西必须基于大脑对事物的预测，基于先验知识。
在过去的一个世纪里，这些想法一直引起哲学家、神经科学家、计算机科学家和其他人的兴趣。该理论的现代版本被称为预测处理。从这个观点来看，大脑不是一个简单地整理感官信息的被动器官。相反，它是一个活跃的同谋。它不断地预测信息传入的原因，无论是外部世界还是身体内部。伦敦大学学院(University College London)的计算神经学家卡尔·弗里斯顿(Karl Friston)说，从感知的角度来看，“大脑正在积极地……创造假说，这些假说是对它接收到的感官样本的最佳解释。”这些预测导致感知，感知可以保持无意识，也可以进入意识意识。
在1999年一篇具有里程碑意义的论文中这使得预测加工作为脑功能的主要假设，两位计算机科学家，拉杰什饶犬和达纳尔巴德（现在在华盛顿大学的西雅图大学和奥斯汀大学）开发了一种预测加工的详细模型 -寻址涉及识别物体和面部的大脑区域。2这些区域包括在视网膜中开始的途径的水平，移动到丘脑的横向遗传核，然后升高且较高水平的脑皮质，命名为V1，V2，V4，IT和向前。
在Rao和Ballard的模型中，在这样一个层次中组成一个层次的每个大脑区域都会对下面层次的活动做出预测:例如，V2预测它对V1的神经活动的预期，并向V1发送一个信号，表明这个预测。V1中的预测与实际活动之间的任何差异都会产生一个错误信号，该信号从V1向上移动到V2，以便V2可以更新其对V1的预期。因此，预测从更高的层次流向更低的层次，而错误从更低的层次流向更高的层次。在这种思维方式下，最下层——最接近视网膜的那一层——对传入的感官信息做出预测，而最高层——it和上面的那一层——则对物体和面部等更复杂的特征进行假设。这样的预测，随着我们的移动而不断更新，就是我们所感知到的。
在Rao和Ballard的论文发表后的几年里，神经科学家已经开始寻找支持这种计算模型的实验证据。例如，该理论预测，预期的或意料之中的感官刺激应该在较低层次产生较少的神经活动(因为它们产生较少的错误信号)。在人们观看电脑生成的图像时，功能性核磁共振成像(fMRI)扫描了视觉皮层下层的神经活动也证实了这一点．3.
英国剑桥大学的行为和临床神经学家保罗·弗莱彻和他的学生朱丽叶·格里芬假设，预测过程可能出错——当这种情况发生时，我们可能会感知到一些不真实的东西，比如视觉、听觉或其他感觉的失常。这一观点引起了那些研究精神分裂症等病症的人的兴趣，而精神分裂症通常伴有精神病。弗莱彻说:“如果预测处理有助于我们理解大脑是如何与外部现实联系在一起的，那么我认为这是理解大脑似乎与现实脱节的情况的一种有用方法。”事实上，弗莱彻指出，这种脱节本质上就是精神病的定义。(Griffin和Fletcher探讨了预测性加工和精神病之间的潜在联系2017年临床心理学的年度审查．4）
之前的预期
预测处理的一个重要方面是，由层次结构中的一个层次生成的每个假设都与假设的信心概念相关联，而这种信心又基于先前的预期。置信度越高，给定的水平就越忽略来自下面水平的错误信号。信心越低，给定的水平对向上移动的错误信号的监听就越多。致幻剂会通过干扰这个过程来改变我们对现实的看法吗?弗里斯顿和伦敦帝国理工学院的心理学家和神经科学家罗宾·卡哈特-哈里斯(Robin Carhart-Harris)认为是这样。2019年，他们说转发一个叫做REBUS的模型，5“迷幻剂下的放松信念。”根据他们的模型，迷幻剂降低了大脑对世界先验信念的依赖。卡哈特-哈里斯说:“我们觉得他们缺乏信心。”“在迷幻药的作用下，它们就不那么可靠了。”
如果这是什么盲目的做法，一个结果可能会增加认知灵活性。相反，阻止受荧光学激活的大脑中的受体可能会使相反的信念变得更加僵硬。
一些证据为此，来自研究人员将动物给予动物的实验，该药物阻断了响应LSD和其他经典迷幻药物的神经元表面上的主要受体的药物。6这些受体叫做5-HT2血清素受体，密集分布于Cortex的地区负责学习和认知．7阻断5 -2事实证明，受体使老鼠在认知上缺乏灵活性:它们不再能够为了获得奖励而自发地从一种行为改变到另一种行为。在预测加工的背景下，这项发现表明5-HT2-受体阻滞剂使大鼠的大脑受到先前对世界信念的更严格约束。
如果迷幻剂降低了大脑对世界的先验信念的依赖，其结果之一可能是认知灵活性的提高。
相反，当致幻剂与5-HT结合时2受体，它们似乎使大脑更依赖于实际的感觉信息而不是先前的预期。这可以解释它们引起的生动的知觉体验。根据预测处理模型，服用迷幻药的大脑更重视进入较低层次的信息，这些层次处理具体的视觉特征，比如一朵花的形状和颜色。对花的抽象信念和期望所施加的限制被放松了。“所有这些更高层次的结构都被溶解了，”Friston说。“这是一种非常愉快的经历。”
如果致幻剂扰乱了先前的信念，这也可能解释了为什么它们会使人产生幻觉，而这种幻觉与现实世界的期望没有关联。举个例子，赛斯看到云变成熟悉的面孔的经历。据弗里斯顿说，大脑的视觉系统有很强的先验信念，例如，云在天空中。另一个先验的信念是上面没有脸。正常情况下，这将使它几乎不可能察觉，例如，天空中的露西(有或没有钻石)。但随着致幻剂的流行，更高层次的预测处理阶层开始对外界做出原本站不住脚的预测。这些预测变成了认知。我们开始产生幻觉。
当然，迷幻的幻觉不仅仅是视觉上的。它们可以涉及所有类型的感知改变。例如，2017年，瑞士苏黎世大学精神病学医院的神经心理学家卡特琳·普雷勒(Katrin Preller)及其同事发现，人们听他们通常认为无意义或中性的音乐在服用LSD时，感觉情绪高涨，并认为音乐的意义增强．8
Friston认为，这些改变的认知甚至延伸到我们的自我意识，在预测处理框架中，自我意识是基于我们自身存在的所有方面的大脑内部模型。致幻剂会再次放松这些内部模型的控制。“你现在失去了一个精确的自我意识，”Friston说。的确,Carhart-Harris和他的同事进行了一项调查他认为，自我界限的崩溃可能是解释为什么一些服用迷幻药的人报告说，他们有一种与周围环境相统一的神秘感觉。9
中断连接
如果迷幻药确实对大脑起作用，改变了预测过程，目前还不清楚它们是如何做到的。但在最近的研究中，研究人员找到了解决这些问题的方法。一种测量服用迷幻药后大脑发生变化的方法是测量一种叫做Lempel-Ziv复杂度的东西，也就是用一种叫做脑磁图(MEG)的方法来记录大脑活动在几毫秒内的不同模式的数量。赛斯说:“伦普尔-齐夫复杂度越高，随着时间的推移，你的信号就越混乱。”
为了确定迷幻剂对人类大脑的影响程度，赛斯的团队与卡哈特-哈里斯合作，研究了威尔士卡迪夫大学大脑研究成像中心的研究人员收集的MEG数据。志愿者们要么服用LSD，要么服用裸盖菇素(“神奇蘑菇”中的致幻成分)。根据对脑磁图信号的分析，服用迷幻药后，他们的大脑活动比正常清醒时更紊乱在2017年出版．10赛斯说，虽然紊乱的大脑信号的增加不能完全解释人们的幻觉体验，但它具有启发性。赛斯说:“我有很多走神和模糊的想法。“体验变得越来越紊乱，大脑动力学也变得越来越紊乱。”但他表示，要在两者之间建立明确的联系，还有更多工作要做。
自我界限的瓦解可以解释为什么一些服用迷幻药的人报告说他们有一种与周围环境相统一的神秘感觉。
最近，赛斯、卡哈特-哈里斯和同事们使用一种名为格兰杰因果关系的统计指标，对迷幻剂对大脑的影响进行了另一种观察。这是大脑不同区域之间信息流动的一种迹象，神经学家称之为功能连接。例如，如果大脑A区域的活动比B区域过去的活动更能预测B区域的活动，格兰杰因果关系指标表明，A区域与B区域有很强的功能联系，并驱动其活动。同样，使用迷幻剂志愿者的脑磁图记录，研究小组发现，迷幻剂降低了大脑的整体功能连通性．11
赛斯说，对格兰杰和伦佩尔-齐夫的这些发现的一种可能的解释是，功能性组织的丧失和紊乱的增加正在破坏预测处理。要验证这一点，需要建立计算模型，精确显示预测处理中断时，格兰杰因果关系或莱姆普尔-齐夫复杂性的度量是如何变化的，然后测试，看看服用迷幻药的人的大脑中是否发生了这种变化。
与此同时，证据表明荧光性杂乱功能是用功能连接的。在随机的双盲研究中在2018年出版在美国，普勒勒和他的同事给24名健康的人服用了安慰剂、LSD或LSD和5-HT2阻碍药物效果的阻滞剂。12随后，研究人员在核磁共振机中对受试者进行扫描，以测量他们大脑不同区域的活动，并评估他们的连通性。
那些只服用LSD的人表现出了广泛的变化:他们的大脑显示，负责处理感觉输入的低阶大脑区域之间的连接增强了，但参与感觉输入概念解释的大脑区域之间的连接减弱了。普雷勒认为这可以解释LSD引起的感官体验增强。事实上，研究小组还发现了确凿的证据，使用的数据来自艾伦人类大脑图谱这是一幅详细的基因活动图:大脑中产生5-HT的区域2受体与改变的连接区域重叠，这表明LSD对这些大脑区域的影响最大。
然后，普雷勒和同事们做了一项更有针对性的研究，利用功能磁共振成像数据寻找丘脑和皮层之间功能连接的变化。丘脑位于大脑的中心，在将相关信号发送到大脑皮层之前处理来自感官的信息。但信息也会向另一个方向流动。在预测处理模型中，从大脑皮层向下传递到丘脑的信号代表预测，向上传递到大脑皮层的信号代表错误。普雷勒说，长期以来，研究人员一直假设，致幻剂可能会导致丘脑功能降低。这可能发生在LSD上:她的研究发表于2019年研究显示，服用LSD的人从丘脑流向特定的皮层区域的信息流增加了，而相反方向的信息流减少了。13
改变脑电波
腓特尼的额外提示可能会干扰预测性处理来自一种完全不同的方式看大脑功能。2019年，Carhart-Harris通过读取预测编码的潜在大脑签名的纸张感兴趣（这是研究人员如何在大脑中实现预测处理的方式）。他看到了一种方法来测试迷幻性搞砸了大脑的先前信仰。
本文由法国图卢兹CNRS Cerveau et Cognition中心的计算神经学家Andrea Alamia和他的一位同事所做的研究，涉及了一个简化的预测编码模型。14每一层都代表一个神经元群，比如视觉系统的LGN和V1层。模型的输入是一个随机的数字序列，每个数字代表一个光信号的强度。该模型有两个关键参数。一个是预测或错误从一个关卡传到另一个关卡所需要的时间。另一个是输入减弱后，一群神经元恢复到基线活动所需的时间。研究小组发现,模型来预测输入和每一层的强度尝试更新本身时它所获得的基于误差信号的预测是错误的,该模型产生一波又一波的信号的频率大约10赫兹,研究者称之为α波。这些波在模型的各个层次上下波动。
在有输入的情况下，α波从层次结构的较低层次向较高层次传播。在没有输入的情况下，波向下传播。“这些都是计算结果，”Alamia说。因此，为了将他们的模型与实际数据进行对比，研究小组查看了先前收集的志愿者的脑电活动的脑电图记录，这些志愿者被要求测量光信号的强度(有输入)或闭上眼睛(没有输入)。研究小组发现，在输入信号存在时，传播的阿尔法波向上移动，而当眼睛闭上时，阿尔法波向下移动——这与他们的预测编码模型完全相同。
卡哈特-哈里斯发现结果令人兴奋。“我给法国团队写信，说，‘看，我们有迷幻数据，我有一个非常明确的假设’，”他说。这个假设很简单。从不使用迷幻药的闭着眼睛的人的脑电图记录开始。波应该向下传播。然后，给他们注射迷幻剂。他们会出现幻觉阿尔法波会改变方向。这是因为，根据REBUS模型，即使是闭着眼睛，在没有真正的感官输入的情况下，迷幻剂也会导致信息从低级向高级流动。卡哈特-哈里斯说:“飞机上有一种毒品，让你看到所有这些疯狂的幻象。”
碰巧的是，他的团队有早期研究志愿者的脑电图记录，这些志愿者被注射了死藤的主要活性成分DMT。他们把这些录音发给了法国小组，他们分析了这些录音，然后发现数据与假设非常一致．15“这种药物进入......和海浪就会转变，”Carhart-Harris说。
赛斯说:“我觉得所有这些东西都很棒。但他表示，这类研究，包括他的研究，将不得不进行细致入微的研究，以得出更明确的结论。致幻剂对大脑有强大而广泛的影响，他说:“很难找到在致幻剂作用下不会发生变化的东西。”“目前我的一个担忧是，基本上每个人——这是五十步笑百步，我对此也感到内疚——都拿他们最喜欢的分析来抨击致幻剂，并说，‘看，它变了。’好吧，但一切都变了。”
赛斯认为，一种前进的方法是进行微剂量实验:给受试者服用极少量的致幻剂，使他们仍有认知能力完成专门设计的任务，而不是在扫描仪内产生幻觉。赛斯说:“他们并没有看到天空中有独角兽出没，但你仍然在激活同样的系统。”例如，当研究人员诱导注意力转移时，可以测试服用微剂量LSD的人检测视觉刺激的速度，并将他们的反应时间与预测处理的计算模型进行比较。
这些刚刚出现的想法可能有一天会让研究人员确定预测处理是否确实是大脑创造感知的正确模式。
这是一个迷幻的想法。
Anil aanathaswamy他是一名科学记者，喜欢写关于宇宙学、意识和气候变化的文章。他是2019-20年度麻省理工学院奈特科学新闻研究员。他的新书是一次通过两扇门．
这篇文章最初发表于可知的杂志，2021年6月。
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