LSD和神奇蘑菇：导致大脑熵增加
新研究表明，人的大脑在服用药物之后显示出的活动性模式与做梦时的模式是类似的。迷幻药物如LSD和神奇蘑菇(magic mushrooms)可以深刻改变我们体验世界的方式，但究竟在大脑内部发生了什么几乎无从得知。发表在《人脑电图》（Human Brain Mapping）杂志上的新研究，使用注射了裸盖菇素（psilocybin）的志愿者的脑部扫描数据，研究了神奇蘑菇中的迷幻化学成分——裸盖菇素对大脑的影响。研究结果发现,受裸盖菇素的影响，会使更多的原始思维和情感相关的大脑网络变得更加活跃，而且是在人脑网络的几个不同的区域——如海马体（hippocampus）和前扣带皮层（anterior cingulate cortex）区域在同一时间出现活跃。这种活动模式,类似于观察到的人在做梦中的大脑活动模式。相反，那些已经取消了裸盖菇素的志愿者，在与高级思维，包括自我意识相关联的大脑网络中出现了更多的脱节和不协调的活动。
在其它作用于精神的化学物质中，使用者经常描述为“扩展意识（expanded consciousness）”,包括增强关联、生动的想象和梦幻般的状态的化学物质中，迷幻药是独一无二的。为了探索这种经历的生物学基础,研究人员分析了15个志愿者的脑成像数据，首先给志愿者静脉注射裸盖菇素，然后让其躺在功能磁共振成像(fMRI)扫描仪之下。扫描志愿者受裸盖菇素的影响状况,同时与那些注射了安慰剂的志愿者进行比较。英国伦敦帝国理工学院（Imperial College London）实验医学系、神经精神药理学中心的罗宾•卡哈特-哈里斯（Robin Carhart-Harris）博士说，“在这项研究中，我们所做的仅仅是确定以前报道的思维扩张与迷幻药物有关的生物学基础的开始，我很着迷看到在迷幻状态大脑活动模式与人们深睡梦境中的大脑活动模式相似，尤其是当两种情景都涉及到与情感和记忆有关的原始大脑区域。人们通常描述用裸盖菇素作为产生一种梦幻状态，但是我们的研究结果是首次提供了大脑的一种经验的物理表示。”
新研究检查了振幅波动变化，即所谓的血氧水平依赖(BOLD)信号,跟踪大脑的活动水平。这表明重要的大脑网络活动与人的高级思维相连接，在裸盖菇素的作用下，变得不同步和杂乱无章。一个特定的网络,尤其是在大脑中起着核心作用的网络,基本上与其一致,是与我们的自我意识相连接的。相比之下，更原始的大脑网络不同区域的活性在裸盖菇素的作用下变得更加同步，表明它们工作更加协调，声音更加响亮。此网络涉及到与记忆和情绪有关海马区，相关的前扣带脑皮层的处于兴奋状态。
卡哈特-哈里斯博士说道：“迷幻药物的影响下会发生什么是我们研究学习机制的基础，也可以帮助理解它们可能的用途。我们目前正在研究LSD对创造性思维的影响，我们也会观察裸盖菇素可能帮助减轻抑郁症的症状，让患者改变他们严重悲观的思维模式。迷幻药用于治疗目的并非今天才有，早在20世纪50年代和60年代就有,但现在我们终于开始理解它们在大脑内的行动轨迹，对于更好地利用它们有了更加深入的认识。”
伦敦帝国学院最初收集的数据是2012年由卡哈特-哈里斯博士和伦敦帝国学院实验医学系、神经精神药理学中心的大卫•纳特（David Nutt）教授领导的研究小组收集的。初步结果显示大脑中各种变化与药物摄入量有关。为了进一步探索这些数据，卡哈特-哈里斯博士招募了大脑网络数学建模方面的专家, 阿根廷CONICET的Dante Chialvo教授和德国歌德大学神经学系脑成像中心的Enzo Tagliazucchi博士，大家合作共同研究裸盖菇素是如何改变大脑活动，产生不同寻常的心理影响。
由德国、英国以及阿根廷科学家合作开展的这项新研究中，研究者采用了熵（entropy）度量。熵是体系混乱程度的一种衡量指标，在控制论、概率论、数论、天体物理、生命科学等领域都有重要应用，在不同的学科中也有引申出的更为具体的定义，是各领域十分重要的参量之一。虽然熵最早是由德意志帝国物理学家鲁道夫•克劳修斯（Rudolf Clausius，1822～1888）提出，并应用在热力学中。但是后来被美国数学家，信息论创始人克劳德•艾尔伍德•香农（Claude Elwood Shannon，1916～2001）首次将熵的概念引入到信息论之中。英国伦敦帝国学院的研究人员与德国、阿根廷科学家的合作研究过程中，又首次将熵应用于大脑迷幻状态下，不同网络水平的熵计算。结果显示在越是原始的网络体系中，熵的增加愈加明显,这意味着在裸盖菇素的影响下，大脑的活动模式数量的增加是可能的。似乎表明志愿者的大脑状态具有更大范围的潜在可用性,这可能就是迷幻药使用者谈论的“思维扩张（mind expansion）”生物物理表现特征。
先前的研究已经表明，大脑中可能存在一个最佳动态网络活跃数，既不太多也不太少。这可能依据意识的稳定性和灵活性之间的优化平衡，提供了进化优势。大脑的最佳工作是在临界点左右，即在有序与无序之间存在一种平衡，而且是大脑保持动态网络的最佳数时。然而，当数量超过这一点，心灵技巧成为一个更加混乱的政体（regime）有比平时更多的可用网络。总的来说，目前的结果表明，裸盖菇素可以操纵这个关键操作点。
