致幻剂能揭开大脑感知之谜吗？

KEYPOINTS

○ 预测加工理论认为，大脑会对输入的感官信息，基于先验知识做出预测。从该理论看感知，大脑像是一个主动型决策参与者。

○ 预测加工基于原有预期，而研究者提出的理论模型显示致幻剂减少了大脑对原有信念的依赖，阻断大脑中被致幻剂激活的5-HT2A受体会导致信念僵化。

○ 致幻剂可能通过扰乱大脑活动，降低大脑的整体功能性连接，改变脑电波方向等方式干扰预测加工，从而影响大脑感知。

神经科学家阿尼尔·赛斯（Anil Seth）觉得，现在的一切都变得朝气蓬勃，活力四射，充满生机。“如果我现在从海边捡起一块卵石，估计它都会动，会熠熠生辉，闪闪发光，光彩夺目。但在旁人眼中，我可能只是盯着一块普通石头看了好久。”

赛斯来自苏塞克斯大学，致力于研究大脑如何帮助我们认识内部及外部世界，他对致幻剂如麦角酸二乙胺（LSD） 可以如何帮助我们理解大脑感知内外世界的方式也很感兴趣。因此，几年前，他决定拿自己做实验，开始服用严格控制剂量的LSD，并对外人保密。他追踪服用体验并将其记录在笔记本上。他笑着说：“我本子上并没有写很多内容。”

然而，服用LSD期间，赛斯陶醉在一种幸福感之中，体验到一种神奇的“空间和时间的流畅感”。他会盯着云朵看，看着看着就觉得云朵变成了他念头里的人的面孔。但如果他稍不留神，云朵就会变成动物的形状。

赛斯接下来还尝试了死藤水，这是由源自南美的一种灌木植物和另一种藤本植物制成的致幻类饮品。这两种植物常被用在当地的萨满仪式中。这次尝试让他踏上了一趟更加深刻的情感旅程，唤起了很多强烈的记忆。这两次经历都让赛斯更加确定，致幻剂有很大的潜力可以帮助我们理解大脑如何通过内部运作形成感知。

赛斯并不是唯一一个研究这一课题的学者。在功能性磁共振成像（fMRI）扫描、脑电图（EEG）记录、大脑计算模型以及致幻剂使用者自愿受试报告的帮助下，目前为数不多，但数量正在增加的神经科学家们正在尝试利用致幻类药物以及人为诱发幻觉的方式探索大脑如何进行感知。这中间的种种关联尚不明朗，但是众多研究正在为一个100多年前提出的大胆假设提供新的支持。该假设认为，大脑的根本功能之一，是对在任何特定时刻冲击着我们感官的信息的缘由做出最佳猜测，这也是我们感知到的一切事物的根基。这一观点的支持者认为，正是这样的预测能力使大脑能够在模糊、嘈杂的感官信息中找到意义，这是一项很重要的帮助我们理解、探索周围世界的功能。

服用致幻剂似乎会致使该功能紊乱，而当预测功能紊乱，知觉畸变为神经科学家们探知大脑运作提供了途径，可帮助他们弄清楚到底是什么导致神经心理疾病（如精神错乱）患者对现实产生不同的感知。

会预测的大脑

认为大脑在本质上是一部预测机器的观点，最早可以追溯到19世纪的德国物理学家兼医生赫曼·冯·亥姆霍兹（Hermann von Helmholtz）。他指出，大脑必须对人体感官所接收信号的缘由进行推测。他特别指出了人类具备对相同感官信息输入产生不同认知的能力¹（一个很好的例证是一幅著名的视错觉图像：它既可以被看成是两个人在互相对望，也可以被看成一只花瓶的轮廓）。亥姆赫兹认为，既然感官输入是不变的，我们的认知一定是来源于大脑基于先验知识对既存事物做出的预测。

▷ 花瓶还是人脸？大脑不断尝试预测感官输入的缘由，这些预测会生成感知。当感官输入模糊不清时，预测会不断更新。从这幅图片中，你的大脑可能会预测你看到的是一只花瓶，又或者是两个对视的人。

图片来源：Public Domain

在过去的一个世纪中，哲学家、神经科学家和计算机科学家及其他领域的科学家们从未停止过对上述观点的探究。该理论在现代被命名为预测加工理论。从这一角度看感知，大脑并不只是简单整理信息的被动型器官，相反，大脑是一个主动型决策参与者。大脑不断对所接收信息的缘由进行推测，不论这些信息来自人体外部还是内部。从这一角度看感知，伦敦大学学院计算机神经科学家卡尔·弗里斯顿（Karl Friston）指出，“大脑一直在主动作出假设，这些假设是对大脑所接收到的感官信息的最佳解释。”这些预测最终形成感知，有一些永远停留在无意识阶段，有的则进阶成为有意识的觉知。

1999年，两名计算机科学家拉杰什·拉奥（Rajesh Rao）和达娜·巴拉尔德（Dana Ballard）发表了一篇具有划时代意义的论文，确立了预测加工理论在大脑功能研究领域中的主导地位。两人设计开发了一套精细的、针对大脑识别物体和面部的脑区的预测加工计算模型。²这些区域组成了一条分层式通路：从视网膜开始，先到丘脑外侧膝状核，再到越来越高层级的大脑皮层，分别命名为V1,V2,V4,IT，诸如此类。

在拉奥和巴拉尔德的模型中，这条层级分明的通路里的每一级对应的大脑区域会对其下一级区域的活动做出预测。举例来说，V2会对V1预期的神经活动进行预测，然后将预测内容传递给V1。如果V2的预测与V1的实际活动出现偏差，V2便会收到来自V1的错误信号，如此V2便可更新其对V1的预期。因此，预测由上往下传递，从高层到低层，而错误则从下往上反馈，从低层到高层。按照这一思路，最低一层，也就是最靠近视网膜的一层，负责预测接收到的感官信息，而最高的层级区域，即自IT层以上，则负责对物体和面部这样更复杂的特征进行预测。这些预测随着我们到处走动而不断被更新，它们就是我们的感知。

拉奥和巴拉尔德发表论文后的这些年中，神经科学家们已经发现了一些支持上述计算模型的实验证据。比如，他们两人的理论推测，预期中的或者稀松平常的感官刺激，应当会在分层结构中的较低层级形成更少的神经活动（因为形成的错误信号更少）。对被试在观看电脑生成图像时，视皮层较低层级神经活动的fMRI扫描结果，证实了这一推测。³

剑桥大学的行为和临床神经科学家保罗·弗莱彻（Paul Fletcher）和他的学生朱丽叶·格里芬（Juliet Griffin）认为，预测加工也会出错。一旦出错，我们有可能会出现“假感知”，可能是视觉、听觉失常，也可能是其他感官出错。这一观点引发了精神分裂症等病症研究者的极大兴趣，精神分裂症通常伴随着精神错乱。弗莱彻指出，“如果预测加工帮助我们理解大脑如何与外部现实连接，那么很自然地，它也应该能帮助我们理解大脑是如何与外部世界分离的。” 弗莱彻补充说，这种分离正是精神错乱的定义。（格里芬和弗莱彻2017年在《临床心理学年鉴》（Annual Review of Clinical Psychology）发表论文，探索了预测加工与精神错乱之间的潜在联系。⁴）

原有预期

分层结构中每一层形成的、建立在原有预期基础上的预测都包含着一种置信度的意味，这是预测加工的一个重要特点。置信度越高，上层越会忽视其下层反馈的错误信号。置信度越低，上层会更多地听取自下而上反馈而来的错误信号。致幻剂是否正是通过扰乱这一流程来改变我们对现实的感知的？弗里斯顿和帝国理工学院的心理学家兼神经科学家罗宾·卡尔哈特-哈里斯（Robin Carhart-Harris）认为答案是肯定的。2019年，他们提出了一个被命名为REBUS ⁵的模型，旨在研究“因服用致幻剂而松懈了的信念”。他们的模型显示，致幻剂减少了大脑对原有信念的依赖。卡尔哈特-哈里斯表示，“我们对原有信念的置信度减少，在致幻剂影响下它们变得不如以往可靠。”

如果这就是致幻剂的工作原理，那么致幻剂可能会导致认知灵活性增加。反过来，阻断大脑中被致幻剂激活的受体则可能会得到截然相反的结果，即原有信念僵化。

在相关实验中，研究者们向大鼠体内注入阻断主要受体类型的药物，这些受体位于受LSD及其他典型致幻类药物影响的神经元细胞的表面，这些实验为上述观点提供了一些证据。⁶这些名叫5-HT2A的血清素受体，密集地分布在大脑皮层中负责学习和认知的区域。⁷实验结果显示，对5-HT2A受体的阻断导致大鼠认知僵化，它们失去了为获取某个奖励而自主改变行为的能力。从预测加工的角度看，这项发现表明对5-HT2A受体的阻断使得大鼠大脑更深地受制于原有信念。

相反地，当致幻剂与5-HT2A受体结合，大脑会减少对原有预期的依赖而增加对实际感官信息的信任。这可以解释致幻剂所带来的丰富生动的知觉体验。根据预测加工模型显示，受致幻剂影响的大脑更看重较低层级接收来的信息，这些层级负责处理具体的视觉特征，如一朵花的形状和颜色。而由对这种花先前形成的抽象信念和预期所产生的限制则被放宽。弗里斯顿指出，“所有较高层级的架构已被瓦解，这可能会带来一种非常愉悦的体验。”

如果致幻剂真的会干扰原有信念，这或许能解释为什么服用者能幻想出不为现实世界预期所束缚的别样现实。赛斯看到云朵变作熟人脸庞的经历便是一个例子。弗里斯顿认为，大脑的视觉系统有很强的原有信念，举个例子，云朵是天上的，这是一个原有信念。天上没有脸庞，这也是一个原有信念。正常情况下，人们几乎不可能形成“露西在天上（不管有没有钻石）”这样的认知。【译者注：Lucy in the Sky with Diamonds是约翰·列侬创作的一首歌曲，有趣的是，人们推测歌名在影射LSD，因为歌名中三个实义词的首字母缩写恰好是LSD。】但当致幻剂发挥作用时，预测加工层级结构中的较高层级便开始对外部世界做出平时根本站不住脚的预测。这些预测后来变成了感知，我们也就开始产生幻觉。

当然，致幻剂造成的幻觉并不仅限于视觉层面。这些幻觉可囊括各种各样的感知改变。比方说，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·普瑞勒和同事们发现，服用了LSD的被试在听一些他们平日里认为没有意义的或没什么感觉的音乐时，会感到情绪高涨，还会对这些音乐赋予更多的意义。⁸

弗里斯顿认为，致幻剂甚至会改变自我意识。在预测加工框架中，我们大脑中有着关于自身存在的一切的内部模型，自我意识正是建立在这些内部模型的基础上。致幻剂同样会放松这些内部模型的束缚。弗里斯顿描述道，“如此一来，人们会失去准确的自我意识。” 卡尔哈特-哈里斯（Robin Carhart-Harris）和同事们的一项调研显示，自我边界的打破可能解释了为什么有些人在服用致幻剂后，反馈自己体验到一种与周围融为一体的神秘感。⁹

被中断的脑连接

假设致幻剂确实是通过影响大脑来改变预测加工过程的，其实现方式目前尚未可知。但在最近的研究中，研究者们找到了一些解答这问题的方法。大脑受致幻剂影响而发生变化，衡量这些变化的方法之一是测量“兰佩尔-齐夫复杂度（Lempel-Ziv complexity）”，即用脑磁图（MEG）记录以毫秒为单位的大脑活动记录中特殊活动模式的总数量。赛斯指出， “兰佩尔-齐夫复杂度越高，大脑中的信号随着时间推移就会越来越紊乱。”

为了确定服用致幻剂后人类大脑紊乱的程度，赛斯的团队与卡尔哈特-哈里斯（Robin Carhart-Harris）合作，分析了由卡迪夫大学大脑研究成像中心的研究人员收集的脑磁图数据。志愿者们有的服用LSD，有的服用裸盖菇素（Psilocybin），两者均是“迷幻蘑菇”中的致幻成分。据2017年发表的一份对脑磁图（MEG）信号的分析报告显示，服用致幻剂时的大脑活动比正常清醒状态下的活动更为紊乱。¹⁰赛斯指出，虽然大脑内紊乱信号的增加不能完全解释人们的迷幻体验，但仍具有指示意义。“人们会经历走神，感到模糊，体验变得更加混乱，大脑活动也变得更加混乱。”但他也表示，要证实两者之间的明确联系，还有很多工作要做。”

最近，赛斯、卡尔哈特-哈里斯与同事们采用格兰杰因果关系（Granger causality）统计法，对致幻剂影响下的大脑进行了另一项研究。研究内容是大脑不同区域之间的信息流动，神经学家将其称之为功能性连接。举个例子，如果脑区A的活动对脑区B的活动做出的预测比过去脑区B自身做出的预测更准确，用格兰杰因果关系分析下来则说明，脑区A与脑区B有着很强的功能性联系，并积极驱动脑区B。通过分析服用了致幻剂志愿者的脑磁图记录，研究小组再次发现，致幻剂降低了大脑的整体功能性连接。¹¹

赛斯称，对上述格兰杰因果关系和兰佩尔-齐夫复杂度相关发现的一种可能的解读是，功能性组织的丧失以及大脑紊乱的增加扰乱了预测加工。要验证这一点，需要建立计算模型，以精确地显示当预测加工崩溃时，格兰杰因果关系或兰佩尔-齐夫复杂度的测量值是如何变化的，随后还要测试致幻剂服用者的大脑中是否确实发生了这种变化。

与此同时，有越来越多的证据表明，致幻剂确实会扰乱功能性连接。在2018年发表的一项随机双盲研究报告中，普瑞勒和同事将24名健康被试分为安慰剂组、LSD组和LSD与5-HT2A阻滞剂结合组。¹²之后，研究人员使用核磁共振成像机对被试进行扫描，以测量他们大脑不同区域的活动，并评估这些区域之间的连通性。

单服用LSD的被试的大脑中发生广泛的变化：负责处理感官输入的较低层级区域之间的连通性增加，而负责对感官输入作概念性解释的区域之间的连通性减少。普瑞勒认为这可能解释了为何LSD会增强感官体验。实际上，该团队还利用艾伦人类大脑图谱（Allen Human Brain Atlas）这幅详细的基因活动图中的数据找到了佐证，即大脑中产生5-HT2A受体的区域与那些连接性被改变了的区域是相互重叠的，这表明大脑中受LSD影响最大的正是这些区域。

之后，普瑞勒和同事们做了一项更具针对性的研究，利用功能性磁共振成像数据寻找丘脑和大脑皮层之间功能性连接的变化。丘脑位于大脑的中心位置，负责处理来自五官的信息并向大脑皮层发送相关信号。但信息也会向其他方向流动。在预测加工模型中，从大脑皮层向下传递到丘脑的信号代表预测，而由下向上传递到大脑皮层的信号则代表错误。普瑞勒指出，长期以来，研究人员一直假设致幻剂可能会降低丘脑的工作效率。LSD可能就具备这一影响：她于2019年发表的一份研究表明，在服用了LSD的被试体内，从丘脑到特定皮质区域的信息流增加了，而反向的信息流则减少了。¹³

被改变的脑电波

一种全新的观察大脑功能的方式，为查明致幻剂如何干扰预测加工提供了更多线索。2019年，卡尔哈特-哈里斯读到一篇关于大脑预测编码（研究者们对预测加工在大脑中实现方式的称呼）潜在特征的论文，他对此很感兴趣。他找到了验证“致幻剂会扰乱大脑原有信念”这一假说的方法。

这篇论文是由法国图卢兹国家认知研究中心（CNRS）的计算机神经科学家安德里亚·阿拉米亚（Andrea Alamia）和一名同事共同撰写的，文中提到一个简化的预测编码模型。¹⁴每一层都代表一个神经元集群，这些集群位于诸如视觉系统LGN层和V1层这样的地方。模型所需的输入值是一个随机的数字序列，其中的每个数字都代表着某个光信号的强度。该模型有两个关键参数。一个参数是预测信号或错误信号在层与层之间传递所需的时间。另一个参数是在输入减弱后，一个神经元集群恢复到其基线活动所需的时间。研究小组发现，在模型试图预测输入值强度、每一层级因预测错误试图根据收到的错误信号进行自我更新的同时，模型会产生一批又一批频率大约为10赫兹的电波信号，研究者称之为阿尔法电波（α电波）。这些电波在模型的各个层级间上下波动。

在有输入的情况下，α电波在分层结构中从较低层级向上传递到较高层级。而在无输入的情况下，α电波便由上至下传递。阿拉米亚（Andrea Alamia）指出，“这些都只是计算结果。” 因此，为使用实际数据检验模型，研究小组分析了之前所收集的志愿者脑电活动的脑电图记录，这些志愿者有的被要求测量光信号的强度（即有输入），还有的被要求闭上眼睛（即无输入)。小组分析后发现，在有输入的情况下，α电波会上行，而当眼睛闭上时，α电波则会下行——这与他们预测编码模型的实验结果完全一致。

图片来源：Alexey Kashpersky, Radius Digital Science

卡尔哈特-哈里斯对这一结果感到振奋。他说：“我给法国的研究团队写了邮件，我跟他们说道，‘我手上有致幻剂研究数据，我还有一个非常清晰的假说’。” 这个假说非常简单。从没有服用致幻剂的、闭着眼睛的被试的脑电图记录开始分析。他们大脑中的α电波应该是下行的。然后给这些被试注射致幻剂。他们便会开始产生幻觉，脑电波也会掉转方向。这是因为，根据REBUS模型，即使在闭着眼睛、没有真正感官输入的情况下，致幻剂应该能使信息从较低层级流向较高层级。卡尔哈特-哈里斯表示，“这一切只是因为大脑里有了一种会让人们产生幻视的药物。”

碰巧的是，他的团队还留有一项早期研究中，被注射了二甲基色胺（DMT）的志愿者的脑电图记录， DMT是死藤水的主要活性成分。他们将这些记录发送给了法国的研究团队，后者对其进行了分析，发现这些数据与假设惊人的一致。¹⁵卡尔哈特-哈里斯说道，“药物一经注射入体，脑电波就掉转方向。”

赛斯表示，“这些研究发现都非常了不起。” 但他指出，这些研究，包括他本人的研究在内，必须做得细致入微，才能得出更明确的结论。致幻剂会给大脑带来强烈而广泛的影响，他又补充道，“能抵御致幻剂影响的事物少之又少，我现在担心的一个问题是，所有人都将他们最喜欢的研究往致幻剂身上套，还说，‘看，它也变了’，其实我在五十步笑百步，因为我也这样做过。”好吧，一切都会变的。

赛斯认为，下一步须进行微剂量给药实验：给予被试极少量的致幻剂，使他们保持能够完成研究者专门设计的任务的认知能力，而不是简单地趟在扫描仪内体验幻觉。赛斯表示，“微剂量给药后，他们不会到看到独角兽在天空漫步的地步，但与此相关的系统都会被激活。”研究人员可以测试服用微量LSD被试察觉到视觉刺激的速度，比如，当研究人员人为诱发注意力时，研究者可以将被试的反应时间与预测加工计算模型进行对比。

这些刚刚出现的想法，可能最终会帮助研究人员确定预测加工是否是大脑产生感知的真正模型。

这想法很上头。

LSD等致幻剂在国内属于毒品，请勿尝试。本文仅供科学交流，不代表追问公众号（Nextquestion）的立场。

作者：Anil Ananthaswamy

翻译：潘文秀

审校：EY，Jiahui

编辑：Jiahui，夏天，EY

原文：https://nautil.us/issue/102/hidden-truths/psychedelics-open-a-new-window-on-the-mechanisms-of-perception

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