裸盖菇素（Psilocybin）通过改变视觉情境计算调控Ebbinghaus错觉和皮层环绕抑制

《Nature Communications》：Psilocybin alters visual contextual computations

　　【编辑推荐】裸盖菇素如何影响大脑高级功能尚不明确。本研究针对其计算机制，通过心理物理学、7T功能磁共振成像（fMRI）和计算建模，发现裸盖菇素可增强Ebbinghaus错觉强度并降低早期视觉皮层（V1-V3）的环绕抑制（surround suppression）。研究提出基于 divisive normalization 的群体感受野（pRF）模型，揭示其通过降低激活常数（parameter b）统一解释行为与脑响应变化，为 psychedelics 改变情境计算提供了潜在通用机制。

　　

在探索意识与感知边界的科学前沿，经典致幻剂如裸盖菇素（psilocybin）长期以来因其能够深刻改变主观体验而备受关注。既往研究已确认裸盖菇素可影响大脑动态活动，但其背后的计算层面机制始终模糊不清。研究者推测，这类物质的核心作用可能在于改变大脑的“情境计算”（contextual computations）——即神经系统如何处理一个信息与其背景环境的关系。这种计算广泛存在于感知、认知等多个层面，例如在视觉系统中，一个刺激物的感知会受到其周围环境的影响。如果裸盖菇素确实通过改变这种基础的计算过程发挥作用，那么它将为理解 psychedelics 如何统一影响大脑和行为提供一个简洁而有力的解释框架。为了验证这一假说，由 Marco Aqil、Tomas Knapen 和 Serge O. Dumoulin 等领导的研究团队在《Nature Communications》上发表了他们的最新成果。

研究人员采用了一项精心设计的随机、双盲、安慰剂对照、交叉实验。他们招募了健康志愿者，分别给予安慰剂、5毫克和10毫克剂量的裸盖菇素。研究综合运用了心理物理学测量（以经典的Ebbinghaus错觉范式评估情境感知）、超高场强7特斯拉功能磁共振成像（fMRI）技术（用于测量大脑对视觉刺激的血氧水平依赖（BOLD）信号响应），以及基于 divisive normalization 的群体感受野（population receptive field, pRF）计算建模方法。这种pRF模型能够捕捉诸如环绕抑制（surround suppression）和非线性空间总和等多种情境调制现象，并通过其调制参数（如激活常数b和归一化常数d）的局部变化来量化这些效应。

裸盖菇素改变情境感知

研究首先利用Ebbinghaus错觉考察裸盖菇素对行为的影响。在该任务中，参与者需要判断两个同时呈现的圆圈哪个更大。在控制试次中，圆圈单独呈现；在测试试次中，一个目标圆圈被多个更大的圆圈包围，从而因视觉情境的存在而产生它看起来更小的错觉效应。

结果显示，与安慰剂相比，5毫克和10毫克剂量的裸盖菇素分别使Ebbinghaus错觉的强度增加了39%和59%。具体而言，相对于刺激的真实大小，视觉情境的存在在安慰剂条件下使感知大小降低了6%，而在裸盖菇素作用下，这一降低幅度进一步增加至8.3%（5毫克）和9.6%（10毫克），且贝叶斯检验表明差异具有统计学意义。重要的是，在无情境的控制试次中，参与者的感知并未受药物影响，表明裸盖菇素的效应特异于情境处理，而非普遍性的感知噪声或决策失误增加所致。

裸盖菇素改变情境性脑响应

为了探究裸盖菇素如何影响大脑层面的情境处理，研究人员使用fMRI记录了参与者在观看一个在视野中扫过的对比度定义的棋盘格条形刺激时的大脑活动。他们重点关注了早期视觉皮层（如V1, V2, V3）中一种重要的情境调制形式——环绕抑制，即神经元对位于其经典感受野中心的刺激的反应会受到周围刺激的抑制。

对单个时间进程和整个视觉区域图平均响应的分析均表明，裸盖菇素显著降低了早期视觉区域（V1-V3）的环绕抑制强度。这种降低在时间进程的特定阶段尤为明显，并且通过了严格的聚类校正统计检验。这表明裸盖菇素确实在神经响应水平上改变了视觉情境计算。

计算模型捕捉裸盖菇素效应

为了统一解释行为和脑成像层面的发现，研究人员应用了基于 divisive normalization 的pRF模型。该模型将BOLD信号预测为激活成分与归一化成分的比值，再与血流动力学响应函数（HRF）进行卷积。

模型拟合结果显示，裸盖菇素并未显著改变模型的整体拟合优度（R2）、pRF大小、归一化pRF大小或归一化常数。然而，它特异性地、系统地降低了模型的激活常数（参数b）。这一参数变化与观察到的环绕抑制减弱方向完全一致。进一步的分析排除了噪声或血流动力学响应形状改变作为替代解释的可能性。因此，模型表明裸盖菇素通过降低激活常数这一特定参数，导致了神经响应中环绕抑制的减弱。

研究结论与意义

本研究的主要结论是，裸盖菇素通过改变早期视觉皮层中的情境计算，同时增强了行为层面的Ebbinghaus错觉强度并降低了神经层面的环绕抑制。计算模型成功地将这些变化联系起来，将其归因于divisive normalization机制中激活常数的降低。

这项研究的意义重大。首先，它首次在严格控制的实验条件下，将裸盖菇素的行为效应与特定脑区（早期视觉皮层）的特定神经计算（环绕抑制）变化直接联系起来，并提供了统一的计算模型解释。其次，研究提出的“情境计算改变”机制可能具有普适性。情境计算不仅存在于视觉系统，也广泛参与其他感觉和认知过程，甚至与抑郁症等精神疾病中背景信息整合受损有关。研究表明，致幻剂可能通过一个相对简单、但在大脑中广泛存在的计算层面的改变（即改变divisive normalization的增益），来解释其多样甚至看似矛盾的效果。这为理解psychedelics如何影响大脑功能提供了一个新颖且简洁的框架。最后，研究采用的中等剂量（5mg, 10mg）在产生显著计算层面效应的同时，并未严重损害参与者的任务表现或注视稳定性，这有助于将药物的特异性效应与非特异的注意力下降等混淆因素分离开来，为未来在临床和认知神经科学领域更精确地研究psychedelics奠定了基础。

关键实验方法概述

本研究采用随机、双盲、安慰剂对照、交叉设计，纳入18名健康志愿者（最终分析12名），分别接受安慰剂、5毫克和10毫克裸盖菇素口服。主要技术方法包括：1) 心理物理学评估：使用Ebbinghaus错觉范式，通过贝叶斯层次模型拟合感知偏差、噪声和失误率参数；2) 超高场强脑功能成像：使用7特斯拉磁共振成像系统，采集高分辨率血氧水平依赖（BOLD）信号，通过 population receptive field (pRF) 映射范式（移动棋盘格条形刺激）评估视觉皮层反应；3) 计算建模：应用基于 divisive normalization 的pRF模型，分别拟合每个皮层位置、每个参与者和每种药物条件下的模型参数（包括激活常数b和归一化常数d），以量化情境调制变化。数据预处理包括热噪声去除、头动校正、表面配准等。