迷幻药如何改变大脑?研究发现,混乱之中可能隐藏着秩序

过去十年来,主流观点一直认为,迷幻药会让大脑陷入混乱。大脑网络——负责视觉、注意力、自我意识等功能的稳定信息交流模式——会变得松散,并开始彼此同时交流。脑电图(EEG)记录也会变得更加嘈杂、复杂。

澳大利亚莫纳什大学(Monash University)的神经科学家德文·斯托利克(Devon Stoliker)说:“可以把大脑网络想象成高速公路。在迷幻药的作用下,这些高速公路会瓦解,出现许多不同的方向。”

在《自然》(Nature)杂志最近发表的一项研究中,斯托利克的团队设计了一项实验,试图检验这些方向是否真的混乱且随机。

研究人员招募了62名从未使用过迷幻药的人,给他们服用19毫克裸盖菇素(psilocybin)——一种常见于某些真菌中的迷幻物质——随后扫描他们的大脑。接着,研究人员利用人工智能分析受试者在药物作用下和清醒状态下的脑部扫描结果。

研究发现,事情并不完全是混乱的。

一次不中断的迷幻体验

斯托利克认为,仅用“混乱”来解释迷幻药对大脑的影响并不令人满意。他说:“这种解释始终无法真正说明,为什么一个人会获得有意义的体验,为什么可能产生顿悟、感受到思维清晰,以及为什么这些体验可能转化为积极的心理变化。”

为了探究是否存在其他解释,他与同事设计了一项名为 PsiConnect 的研究。

志愿者按照同样的四个环节完成两轮实验,一轮处于清醒状态,另一轮服用了裸盖菇素。四个环节分别是:静卧休息8分钟、进行引导式冥想、聆听一份经过精心编排的11分钟音乐播放列表,以及睁着眼睛观看一段持续6分钟、展现天空中云朵移动的视频。

每位参与者在服药约80分钟后,进入磁共振成像(MRI)扫描仪完成全部四个环节;约150分钟后,再接受脑电图(EEG)检测。

研究人员没有安排脑科学实验中常见的认知任务,这样做是有意为之。

“我们希望研究具有生态效度的体验,”斯托利克说。“我们想知道,当一个人真正处于迷幻状态、体验没有被打断时,大脑是什么样的。如果一个人在治疗环境中使用迷幻药,你不会要求他同时完成各种任务。”

斯托利克还指出,有证据表明,在迷幻体验过程中突然让人执行任务,可能会把他们从这种状态中拉出来。研究人员有时将这种现象称为“接地”(grounding)。

他说:“一旦引入这类任务,你实际上就在打断自己原本想要测量的现象。”

而这项实验确实取得了预期效果。

一半参与者将这次体验评为自己一生中最有意义的经历之一,其中24人将其列入个人生命中最有意义的五次经历。随后,斯托利克及其同事开始分析脑部扫描数据,试图弄清楚其中的原因。

模糊的边界

研究团队测量了全局功能连接性,即大脑皮层的每个区域对其他区域活动具有多大影响。他们发现,当参与者闭上眼睛时,感觉区域的影响力减弱,而负责整合信息的联想区域影响力增强。

斯托利克说:“这似乎意味着,大脑构建现实、进行想象、形成联想和信念,以及维持自我意识的能力,对感觉区域产生了更大的支配作用。”

不过,他强调,这只是一个假设性的解释。

他认为,这种变化或许有助于解释,为什么人们会经历有意义、内容复杂的意象体验,以及为什么会出现带有个人意义的意象和神秘体验。

研究团队还发现,大脑各个网络内部的连接减弱,而不同网络之间的连接增强。

大脑的“模块化程度”也在实验的四个环节中全部下降。模块化是一个用于描述大脑神经元能否清晰地划分为不同专业功能群体的指标。

此外,研究人员发现,在清醒状态下,闭眼时的大脑活动与观看电影时的活动存在明显差异。但在裸盖菇素的作用下,这种差异几乎消失了。

在视觉网络中,睁眼与闭眼时功能连接的差距缩小了85%。脑电图实验也独立证实了这一发现:通常与大脑过滤视觉输入有关的α波段活动减少了近一半。

斯托利克说:“当一个人服用迷幻药后闭上眼睛,却能够看到复杂的意象时,这似乎意味着,我们平时所体验到的内在世界与外部世界之间的界限变得不那么清晰了。”

无论这些具体发现如何,研究结果相当程度上再现了许多研究人员此前所说的迷幻药引起的大脑混乱。不过,当研究团队采用一种略显非传统的数据处理方法时,这种混乱之中竟然显现出了秩序。

隐藏的秩序

在标准的脑成像研究中,科学家通常会进行两种平均处理。

第一种是对时间进行平均。一段8分钟的脑部扫描包含数百张连续采集的全脑图像。为了理解两个特定脑区如何协同工作,研究人员通常会将这些图像的数据进行平均处理,最终得到一个数字,用来描述这两个区域在整个8分钟内的活动有多大程度的同步性。

这种分析方法的问题在于,它可能错过一些短暂出现、随后又消失在混乱中的有序结构。

第二种是对不同参与者的数据进行平均。研究人员为每位参与者计算出相应的数值后,通常会将所有人的结果汇总,计算群体平均值。他们这样做,是因为通常认为个体之间的差异属于噪声,可以通过平均处理相互抵消。

但斯托利克的研究关注的是个体体验,因此他希望避免这种处理方式。

研究团队没有采用传统方法,而是将332个脑区随时间变化的活动数据输入一种名为 CEBRA 的机器学习工具。该工具能够将数据压缩成最核心的结构,同时保留事件发生的先后顺序。

对于每位参与者,系统都会生成一条“轨迹”——在三维空间中描绘出的一条路径,每个点代表脑部扫描过程中的一个时刻。

斯托利克说:“当参与者没有服用裸盖菇素时,大脑活动对不同情境的区分并不明显。但在裸盖菇素的作用下,我们发现,大脑活动会随着时间形成某种组织结构,并且对不同情境的区分更加清晰。”

这些轨迹分成了四个明显的聚类,分别对应休息、冥想、听音乐和观看视频。

研究人员训练的分类器能够读取某一时刻的大脑活动,并判断参与者当时处于哪一种情境。

研究还发现,分类器的判断表现与参与者对自身体验深刻程度的评价呈正相关:参与者认为体验越深刻,分类器所识别出的相关模式也越明显。

与世界融为一体

为了确定哪些脑区在发挥作用,研究团队将某个脑网络在裸盖菇素作用下的活动数据替换成同一网络在清醒状态下的数据,然后观察分类器的表现下降了多少。

结果显示,默认模式网络和视觉网络分别贡献了超过20%的相关效应。斯托利克解释说:“默认模式网络与自我意识密切相关,包括白日梦、思绪游离以及对自身的思考。它经常被称为‘叙事性自我’。”

与之相对,视觉系统则更加面向外部世界。

在裸盖菇素的作用下,这两个网络之间的差异缩小了。研究团队认为,这或许可以解释为什么参与者会报告一种主观体验:自我与外部世界之间的界限似乎没有那么分明了。

斯托利克将这种状态称为“嵌入感”(embeddedness),即感觉自己深深融入周围世界,而不是一个与外部环境截然分开的独立个体。

他说:“从理论上讲,我们可以提出这样的解释:迷幻药暂时改变了大脑网络的组织方式,而这些网络在通常情况下有助于维持我们所体验到的内外世界之间的区分。”

“这确实挑战了内在世界与外部世界是否彼此分离的观念,也突显出一种可能性:大脑或许参与构建了这两个世界。”

调整体验环境

在实验结束后的第二天,研究人员要求参与者评估自己的某些感受是否发生了变化,包括与自我、他人和自然的联结感,以及平静感、接纳感和创造力。评分范围从-100到100。

斯托利克说:“我们发现,绝大多数参与者在第二天都出现了积极的心理变化。”

研究团队此前使用的脑活动分类器,能够区分冥想、休息、观看视频和听音乐时的大脑状态。分类器数据所反映的变化程度,与参与者报告的心理变化幅度存在关联。

未来,斯托利克希望将这些发现用于治疗。

他认为,如果周围环境不仅仅是在营造气氛,而是能够以某种机制影响大脑的组织方式,那么治疗室的布置、音乐播放列表和引导说明,就可能成为临床人员可以有意识调整的治疗变量,从而改善治疗效果。

不过,研究团队仍有一些问题需要解决。

目前,研究人员承认,即使两个人报告了相同程度的“嵌入感”,他们的主观体验也可能截然不同。

此外,斯托利克研究中的所有志愿者都是健康人士,而不是那些未来可能接受迷幻药辅助治疗的心理或精神疾病患者。

最后,研究人员仍不清楚音乐、视觉内容等变量究竟应该如何调整。

斯托利克说:“未来我们需要开展更多研究,确定究竟应该优化哪些条件,以及针对哪些人群。我们很可能需要根据每个人的具体情况,或者他们所患疾病的诊断结果,采取不同的方法。”

“尽管如此,能够在表面上的混乱与无序之下发现这种程度的组织结构,仍然具有很强的解释价值。”(原文)