DMT作用下信号多样性提高、网络调节紊乱与幸福感提升：一项EEG研究

《Brain Research》：Higher signal diversity, network dysregulation, and increased well-being under DMT administration: An EEG study

　　

**摘要**

N,N-二甲基色胺（DMT）是一种强效的5-HT2A受体激动剂，能引发强烈的迷幻体验，已成为神经科学和精神健康研究的焦点。尽管迷幻剂的脑电图（EEG）研究通常报告α功率降低、δ功率增加和信号复杂性增强——主要使用Lempel-Ziv复杂性（LZc）来评估——但关于DMT对其他复杂性指标、基于EEG的连接性以及情绪相关性的影响知之甚少。本研究通过脑电图（EEG）考察了13名健康参与者静脉注射DMT与盐水安慰剂的效果对比。我们分析了频谱功率、脑信号复杂性和功能性连接，并检验了它们与情绪反应和主观强度评分的关联。评估了四种复杂性指标：Lempel-Ziv-Welch（LZW）复杂性、Higuchi分形维度（HFD）、置换熵（PE）和波形复杂性（WC）。连接性通过加权符号互信息（wSMI）进行评估，通过聚类系数和路径长度推断网络分离度和效率。情绪相关性包括β/α比率（BAR，觉醒指标）和额叶α不对称性（FAA，幸福感指标）。DMT显著降低了宽带wSMI连接性、分离度和效率，尤其是在后部和额顶区域的α和β频段。复杂性指标与主观强度呈正相关；HFD和PE最为敏感，揭示在DMT作用下β/γ频段复杂性增加，δ/θ/α频段复杂性降低。BAR和FAA在DMT作用下均增加，且与感知强度相关。这些发现表明，DMT会诱导更大的神经不可预测性和情绪唤醒，与熵脑理论一致。研究结果突出了动态脑状态，可能支持精神疾病治疗相关的治疗性脑网络重组。

**引言**

5-HT2A受体激动剂作为血清素迷幻剂的一个子集，具有诱发认知、感知、情感和自我意识深刻改变的非凡能力（Farnes等人，2020；Timmermann等人，2023；Timmermann等人，2023；Timmermann等人，2023），并作为几种心理健康疾病（例如，Griffiths等人，2016；Vollenweider等人，2020；Ko等人，2022；Johnson等人，2022；Moreno等人，2006；COMPASS Pathways，2021；Spriggs等人，2021）的潜在治疗方法而受到特别关注。包括N,N-二乙基安非他明（LSD）、裸盖菇素和N,N-二甲基色胺（DMT）在内的这些物质，已被用作众多旨在揭示人类意识脑机制的研究中的调查工具。DMT是一种强效的迷幻化合物，作为5-HT2A受体激动剂起作用（R. Strassman，2001；Szára，1956），似乎在人脑的中央和外周神经系统中发挥作用（Carbonaro & Gatch，2016）。它对心理健康的潜在影响已在各种出版物中得到证明（例如，Timmermann等人，2024；Chaves等人，2024；Kargbo等人，2024；Colosimo等人，2024；Melani等人，2026；Wallace等人，2026）。在科学环境中，主观现象学报告通常描述在DMT影响下强烈且沉浸式的感知状态（Sanders等人，2026；Lawrence等人，2022；Michael等人，2021），有时被描述为"突破性体验"（R. Strassman，2001），这可能导致世界观和信仰的变化（Timmermann等人，2021；Davis等人，2020）。外源性合成的DMT可以通过吸烟、鼻吸或注射的方式使用，这会迅速引发强烈的意识改变体验，其特点是视觉和听觉幻觉或扭曲，对时间和空间的感知发生剧烈改变，并可能产生出体体验（Gouzoulis-Mayfrank等人，2005；Sanders等人，2026）。在科学环境中，DMT主要通过静脉注射给药。与其他迷幻剂相比，静脉注射DMT的优势在于主观效果迅速起效，特征是不寻常的生动视觉意象和躯体效应，这些效应在注射后数秒内产生（Timmermann等人，2019；Timmermann等人，2019）。

利用脑电图（EEG）等具有高时间分辨率的技术，研究人员试图理解和量化这些迷幻剂诱导的体验在脑中的复杂性。之前关于LSD或DMT的脑电图和脑磁图（MEG）研究显示振荡功率的宽带变化，全局α功率显著抑制（例如，Timmermann等人，2019；Timmermann等人，2019；Pallavicini等人，2021；Tagliazucchi等人，2021；Eckern?s等人，2023），δ功率增加（Pallavicini等人，2021；Tagliazucchi等人，2021；Timmermann等人，2023；Timmermann等人，2023；Timmermann等人，2023）。除了更常见的频谱分析外，迷幻剂神经影像研究的另一个可靠发现是脑活动的复杂性、多样性或熵增加（例如，Schartner等人，2017；Timmermann等人，2019；Timmermann等人，2019；Timmermann等人，2023；Timmermann等人，2023；Timmermann等人，2023；Eckern?s等人，2023；Varley等人，2020；Herzog等人，2023；Ruffini等人，2023；Mediano等人，2024），通过Lempel-Ziv复杂性（LZc）测量。然而，还有其他的复杂性指标如分形维度和基于熵的指标，尚未在迷幻剂的背景下进行研究，尽管各种意识理论也以它们为基础，如Kolmogorov意识理论（KTC，Ruffini，2017）、注意方案理论（AST，Webb & Graziano，2015）以及某些版本的主动推理（Pezzulo等人，2024），后者将大脑视为一个通过与世界交换信息来建模世界的计算系统，并力求以最简单的方式对其进行建模。这些理论预测迷幻剂下脑生成信号的复杂性增加（Ruffini等人，2022b），但这种增加通常通过LZc来测量。在本研究中，我们考察了DMT对LZc、Higuchi分形维度（HFD）、置换熵（PE）和波形复杂性（Cw）的影响。目标是确定哪种EEG复杂性指标最能反映DMT的效果。在所选指标中，LZc是一种算法复杂性指标，在本研究使用的数据集上已被广泛研究（Timmermann等人，2019；Timmermann等人，2019），PE和Cw是基于熵的测量，而HFD是分形维度测量。这些指标似乎彼此相关（例如，Joosten等人，2016；Teixeira等人，2011；Parameshwaran等人，2019），但它们之间的关系不是线性的，目前仍不清楚其中哪一个能更好地反映DMT的效果。我们特意选择了这四个指标，因为它们涵盖了Lau等人（2022）确定的两个理论上的不同轴：可预测性（HFD，Cw）和规则性（LZW，PE）。其他候选信号无序估计器，如样本熵或近似熵、多尺度熵、频谱熵以及Katz和Petrosian的分形维度估计器，未被纳入，因为它们与保留的四个指标高度相关且很大程度上是冗余的。因此，添加它们将增加多重比较负担而不会为分析带来新颖性。

尽管各研究在EEG功率和LZc复杂性发现方面具有一致性，但连接性分析并非如此。采用功能性磁共振成像（fMRI）的脑成像研究发现在大脑大规模网络中迷幻剂减少了信息的功能分离和整合，然而一些研究发现迷幻剂的影响在高阶网络中尤为明显（Girn等人，2023；Timmermann等人，2023；Timmermann等人，2023；Timmermann等人，2023；Carhart-Harris等人，2016；Carhart-Harris等人，2016；Mortaheb等人，2024；Tagliazucchi等人，2016），而其他研究发现这些变化发生在感觉系统中（Preller等人，2020；Preller等人，2018）。此外，尽管有一些关于LSD和裸盖菇素下EEG功能性连接的研究（Barnett等人，2020；Kometer等人，2015；Pallavicini等人，2019），除了一个报告（Alves等人，2024）外，EEG功能性连接在DMT期间研究不足。而且，关于功能性连接的EEG研究主要使用源空间方法，这些方法虽然能提供具有生理意义的信息，但复杂且容易受到选定的逆模型依赖性和假设的影响。本研究使用加权符号互信息（wSMI）（King等人，2013）作为主要连接性测量，考察DMT对EEG通道基功能性连接的影响。wSMI被认为反映了意识变化背后的计算过程的整合（Imperatori等人，2020），并具有减少EEG记录固有体积传导的方法学优势。鉴于其能够通过两个信号的序数表示联合概率来量化共享的互信息，从而捕获线性与非非线性信号关系，这一指标被优先于其他连接性指标。这不同于传统的连接性指标，后者通常局限于相位差或振幅相关性。值得注意的是，wSMI在区分不同意识状态方面已显示出有效性（Corazzol等人，2017；King等人，2013；Imperatori等人，2020），但其应用于迷幻状态的研究仍未被探索。经典迷幻剂的给药也与心理健康和幸福感（通过主观问卷测量）在健康个体和临床人群中的改善有关，这使其成为精神疾病治疗干预的有力工具（例如，Ko等人，2022；Johnson等人，2022；Moreno等人，2006；COMPASS Pathways，2021）。迷幻剂对心理健康的潜在积极影响也与使用迷幻剂后对情绪负性刺激的反应性降低的证据有关（例如，Or?owski等人，2022），以及与与自然世界连接感相关的积极效价（Newton等人，2023）。额叶α不对称性（FAA）与积极效价和情绪（Palmiero等人，2017）以及接近行为（Allen等人，2018）和幸福感（Wutzl等人，2023）广泛相关，但尚未应用于迷幻剂研究中。在本研究中，我们同样旨在通过EEG测量额叶α不对称性来评估情绪效价，并探索其与体验感知强度的关系，以及调查DMT对通过β/α比率测量的情绪唤醒的影响，预期发现体验主观强度与EEG测量的情绪唤醒之间存在关系（Ramirez等人，2015）。

因此，本研究旨在确定快速静脉注射DMT与安慰剂（快速静脉注射盐水）相比，对多种EEG复杂性指标、传感器基EEG连接性以及EEG测量的情绪标记物的影响。此外，将调查在DMT效应全过程中信号复杂性/连接性/情绪反应与人类主观强度体验之间的关联。为进行这些分析，本研究使用了一个已用于回答相关但不同的研究问题的数据集（Alamia等人，2020；Timmermann等人，2019；Timmermann等人，2019；Eckern?s等人，2023；Galv?o-Coelho等人，2021），如EEG功率、LZc或fMRI连接性的影响，但尚未用于探索不同EEG基复杂性指标的行为，或情绪特征或传感器基EEG连接性。具体而言，不同的复杂性指标将在DMT和安慰剂条件下进行独立比较，并进行额外的相关性分析，以进一步确立上述复杂性指标的效用。这将反过来给出在识别意识改变，尤其是受DMT影响时哪种复杂性指标最优越的指示。关于连接性，尽管各研究间高度不一致，我们预期即使在传感器基EEG下，在DMT期间也会发现信息整合、分离度和网络效率的丧失。我们还预期在DMT下会发现比安慰剂条件下更高的积极效价、幸福感和情绪唤醒，以及这些因素与体验主观强度的正相关。

**人群**

本研究采用单盲、交叉、固定顺序设计，在英国国家卫生研究院帝国临床研究设施开展（Timmermann等人，2019；Timmermann等人，2019）。它包括一项安慰剂对照临床研究，涉及13名健康参与者（7名男性和6名女性，34.4 ± 9.1 SD岁）。采用固定顺序是为了减轻DMT对第二次会话的潜在残留效应，如果先给予DMT的话。

**连接性 – wSMI**

所有受试者给药后分钟数的安慰剂和DMT会话的平均wSMI连接性图呈现在图2A中。

全局上，与安慰剂条件相比，DMT下的wSMI有所降低。非参数聚类置换检验显示，DMT与安慰剂之间存在显著差异（p = 0.02），其中有四个聚类达到了最高的检验统计量值（t14 = -57, t20 = -176, t22 = -51, t26 = –222）。这些聚类的t值，四个
讨论 在这项研究中，我们探讨了DMT对健康志愿者的情感效应与连接性、复杂性以及脑电图（EEG）标志物之间的关系。总体而言，我们发现DMT下的信息整合、分离和效率均显著降低，尤其是在后部和额顶叶区域。我们还发现，使用四种不同的指标衡量，DMT下的复杂性更高，且与主观强度评分呈正相关。这些结果与熵脑假说相符，
CRediT作者贡献声明
Eleni Kroupi：撰写 – 审阅与编辑，撰写 – 初稿，可视化，方法学，形式化分析，数据整理，概念化。
Helena Araujo：可视化，形式化分析，数据整理。
Cas Oosterveld：形式化分析，数据整理。
Christopher Timmermann：撰写 – 审阅与编辑，监督指导，数据整理。
Fernando Rosas：撰写 – 审阅与编辑，监督指导，数据整理。
Robin Carhart-Harris：数据整理，概念化。
Giulio Ruffini：撰写 – 审阅与
未引用参考文献
Carhart-Harris等人，2014，Carhart-Harris，2018，Viol等人，2017，Vollenweider和Preller，2020，Preller等人，2020a，Marek和Dosenbach，2018年6月，Tononi等人，2016，Wig和Systems，2017，Chan等人，2014，Bandt和Pompe，2002，Bender和Hellerstein，2022，Andersen等人，2020，Kangaslampi，2023，Spriggs等人，2021a，Barbut Siva等人，2024，Gandy，2019，Palmiero和Piccardi，2017，Carhart-Harris和Friston，2019，Vargas等人，2023，van den Heuvel等人，2009年6月10日，
利益冲突声明
Giulio Ruffini是Starlab和Neuroeletrics的首席执行官兼联合创始人。
Eleni Kroupi|Helena Araujo|Cas Oosterveld|Christopher Timmermann|Fernando Rosas|Robin Carhart-Harris|Giulio Ruffini|Aureli Soria-Frisch
Starlab Barcelona SL，神经科学业务单元，巴塞罗那，西班牙