Psychedelics restructure information in the human brain
Met behulp van een multivariat informatie-decompositiekader op gegevens van 80 deelnemers, onthult deze studie dat vijf verschillende psychedelica de menselijke hersenfunctie herstructureren door neurale zelfkoppeling te verminderen, waardoor corticale populaties meer op elkaar gaan lijken in hun informatieverwerking zonder noodzakelijkerwijs te synchroniseren, waarmee een verenigde verklaring wordt geboden voor veranderde subjectieve ervaringen en therapeutische effecten.
Oorspronkelijk artikel gelicentieerd onder CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Dit is een AI-gegenereerde uitleg van een preprint die niet peer-reviewed is. Dit is geen medisch advies. Neem geen gezondheidsbeslissingen op basis van deze inhoud. Lees de volledige disclaimer
Decennialang hebben wetenschappers het brein onder invloed van psychedelische middelen geobserveerd en een bekend patroon gezien: de duidelijke, afzonderlijke regio's van de geest lijken in elkaar over te vloeien. Het heersende verhaal is geweest dat deze stoffen het brein in een staat van totale eenheid dwingen, waarbij informatie vrij stroomt tussen elk deel, wat resulteert in één geïntegreerd geheel. Dit idee van "globale integratie" is de standaardverklaring geworden voor zowel de levendige, expansieve ervaringen die mensen rapporteren als voor het potentieel van deze middelen om mentale gezondheidstoestanden te behandelen. Echter, dit verhaal berust op een vaag begrip van wat "integratie" eigenlijk betekent. Betekent het dat verschillende hersengebieden dezelfde informatie vasthouden? Betekent het dat ze informatie naar elkaar toe en van elkaar af sturen? Of betekent het dat ze hun inspanningen combineren om iets nieuws te creëren? Zonder een precieze manier om deze verschillende mogelijkheden te meten, heeft de wetenschappelijke gemeenschap naar een complex beeld gekeken door een wazige lens, niet in staat om onderscheid te maken tussen verschillende soorten verbindingen.
Een team van onderzoekers heeft die mist nu opgeklaard door een nieuwe wiskundige lens toe te passen op gegevens van tachtig gezonde vrijwilligers die vijf verschillende psychedelische stoffen namen: LSD, psilocybine, ketamine, DMT en 5-MeO-DMT. In plaats van simpelweg te vragen of hersengebieden met elkaar verbonden zijn, braken zij de informatiestroom af in de meest basale componenten, waarbij zij precies vroegen hoe informatie wordt opgeslagen, gekopieerd of getransformeerd terwijl het door de tijd beweegt. Hun bevindingen trekken het simpele narratief van totale eenheid onderuit. Zij ontdekten dat hoewel deze middelen verschillende delen van het brein meer op elkaar gaan lijken, ze de hersenen niet noodzakelijkerwijs op een gecoördineerde, collectieve manier laten samenwerken. Sterker nog, de middelen verstoren vaak het vermogen van het brein om unieke, private informatie vast te houden, waardoor regio's gedwongen worden elkaar te spiegelen in plaats van samen te werken. Het resultaat is een brein dat "gelijksoortig is, maar niet noodzakelijkerwijs samenwerkt."
Om te begrijpen wat de onderzoekers hebben gevonden, moet men eerst het instrument begrijpen dat zij gebruikten. Zij maakten gebruik van een methode genaamd geïntegreerde informatie-decompositie, die fungeert als een hogeresolutiemicroscoop voor gegevens. Stel je voor dat je probeert een gesprek tussen twee mensen te begrijpen. Een standaardmaatstaf zou je misschien alleen vertellen dat ze tegelijkertijd aan het praten zijn. Deze nieuwe methode kan je echter vertellen of ze dezelfde woorden herhalen, of de een de ander kopieert, of ze hun gedachten combineren om een nieuw idee te creëren, of dat de een een geheim bewaart terwijl de ander spreekt. De onderzoekers pasten deze methode toe op de elektrische activiteit van het brein, waarbij zij volgden hoe informatie van het ene moment naar het volgende bewoog over verschillende hersengebieden. Zij zochten naar tien verschillende manieren waarop informatie kan gedragen, variërend van simpel kopiëren tot complexe, coöperatieve creatie.
Toen zij de gegevens van de vijf drugs analyseerden, kwam er een duidelijk en verrassend patroon naar voren. De meest consistente verandering was een verlies van "preservatie" (behoud). In een normaal brein kan een specifieke regio een stukje informatie vasthouden en het een korte tijd uniek voor zichzelf houden. Onder invloed van psychedelica stort dit vermogen om private informatie vast te houden in. De hersengebieden stoppen met het vasthouden van hun eigen unieke data en worden in plaats daarvan overspoeld met informatie die identiek is aan wat hun buren vasthouden. Dit creëert een staat waarin het brein gevuld is met redundante, herhaalde signalen. Het is alsof de interne radiozenders van het brein, die normaal gesproken verschillende programma's uitzenden, plotseling allemaal overschakelen naar het afspelen van exact hetzelfde nummer op elke frequentie. Dit verlies van unieke opslag verklaart waarom het algemene signaal van het brein meer "complex" of divers wordt; zonder het anker van stabiele, private informatie wordt het systeem chaotischer en vrijer om te veranderen.
De geschiedenis is echter niet hetzelfde voor elke drug. Terwijl LSD, psilocybine en DMT over het algemeen deze redundantie vergrootten, waardoor verschillende hersengebieden meer op elkaar gingen lijken, deed de drug 5-MeO-DMT het tegenovergestelde. Het versterkte het vermogen van het brein om informatie privaat en uniek te houden, terwijl het de gelijkenis tussen regio's verminderde. Dit suggereert dat niet alle psychedelische ervaringen op dezelfde neurale basis zijn gebouwd. Bovendien ontdekten de onderzoekers dat de middelen de soort "coöperatie" die zou suggereren dat het brein complexe, collectieve structuren bouwt, niet significant verhoogden. Het idee dat deze middelen een super-geïntegreerd brein creëren waarin delen samenwerken om een hoger geheel te vormen, werd niet ondersteund door de gegevens. In plaats daarvan leek het brein in een staat van constante, ongecoördineerde spiegeling te verkeren.
De onderzoekers bouwden ook een eenvoudig computermodel om te testen wat deze veranderingen veroorzaakt. Zij simuleerden een netwerk van hersengebieden en pasten de instellingen aan om te zien wat er zou gebeuren. Zij ontdekten dat het gehele chaotische effect verklaard kon worden door één enkele, eenvoudige verandering: het verminderen van de "self-coupling" (zelfkoppeling) van de hersengebieden. In gewone taal betekent dit dat de drugs het vermogen van een hersengebied om zichzelf te beïnvloeden verzwakken. Wanneer een regio niet langer in staat is om haar eigen terrein te behouden, wordt zij zeer vatbaar voor de signalen die van haar buren komen, waardoor zij simpelweg deze kopieert. Deze enkele mechanisme — het verliezen van het vermogen om zelfvoorzienend te zijn — was voldoende om de rommelige, gespiegelde staat te recreëren die in de menselijke data werd gezien. Het suggereert dat de diepgaande veranderingen in het bewustzijn veroorzaakt door deze middelen kunnen voortkomen uit een zeer fundamenteel falen in hoe individuele hersencellen hun eigen identiteit behouden.
Deze bevindingen dagen het langgekoesterde geloof uit dat psychedelica werken door een verborgen, verenigde staat van het brein te ontsluiten. In plaats daarvan suggereren ze een genuanceerdere realiteit waarbij het brein zijn interne grenzen verliest. De regio's worden gelijksoortig, waarbij ze elkaars signalen echoën, maar ze voegen de krachten niet noodzakelijkerwijs samen om iets groters te creëren dan de som der delen. Dit onderscheid is cruciaal voor het begrijpen van hoe deze middelen kunnen helpen bij het behandelen van mentale gezondheidstoestanden. Als het therapeutische effect voortkomt uit het doorbreken van rigide, repetitieve patronen van denken, dan is het mechanisme wellicht dit zeer specifieke verlies van zelfgecontroleerde stabiliteit, waardoor het brein uit zijn gebruikelijke lussen kan ontsnappen. De studie beweert niet het mysterie van het bewustzijn te hebben opgelost, maar biedt een veel scherpere definitie van wat er daadwerkelijk gebeurt in de geest wanneer de muren tussen de onderdelen wegvallen. Het psychedelische brein is geen koor dat in perfecte harmonie zingt; het is een kamer waar iedereen plotseling dezelfde woorden spreekt, maar misschien niet naar elkaar luistert.
Verdrinkt u in papers in uw vakgebied?
Ontvang dagelijkse digests van de nieuwste papers die bij uw onderzoekswoorden passen — met technische samenvattingen, in uw taal.