(Część 2)
Entropia i stany świadomości
Carhart-Harris i współpracownicy twierdzą, że jakość każdego stanu świadomości zasadniczo zależy od entropii systemu, gdzie systemem może być cały mózg lub jego poszczególne podsystemy, takie jak sieci wyższego rzędu, np. domyślna sieć mózgu (DMN) czy sieć czołowo-ciemieniowa. Entropia to formalna miara ilościowa, którą można obliczyć na różne sposoby, mierząc pewne aspekty funkcjonowania mózgu. Entropia określa losowość lub zaburzenie systemu pod względem różnorodności sygnałów neuronowych, a jednocześnie wskazuje na poziom niepewności co do stanu systemu w danym momencie.
Autorzy porównują to do przykładu ekspansji gazu w zamkniętym pojemniku: gdy bariery nie ma, gaz zajmuje większą objętość, co utrudnia określenie pozycji poszczególnych cząsteczek, ponieważ entropia systemu wzrosła. W ten sposób miary entropii służą do indeksowania poziomu "zaburzonej aktywności" w systemie. Autorzy chcą przekazać tę analogię dla doświadczeń psychodelicznych: psychodeliki zwiększają entropię systemu, co pozwala osobie doświadczać szerszego zakresu możliwych stanów świadomości, jednocześnie utrudniając przewidywanie jej bieżącego stanu w danym czasie.
Warto zauważyć, że różne miary entropii mózgu były używane do opisywania i porównywania różnych stanów świadomości, nie tylko normalnych czy psychodelicznych. Miary entropii były stosowane do lepszego zrozumienia zaburzeń nastroju, zaburzeń lękowych, schizofrenii, zmienionych stanów świadomości, takich jak hipnoza, a także zmian poziomów entropii w procesie starzenia się.
Badania wykazały związek między entropią mózgu a inteligencją oraz kreatywnością. W odniesieniu do EBT, decyzja o użyciu entropii mózgu do opisania zmian w świadomości wynika z własnych badań autorów nad stanami psychodelicznymi, które sugerują, że ta forma świadomości charakteryzuje się głównie wzrostem zaburzeń systemowych. Aby zrozumieć to twierdzenie, trzeba wiedzieć, jak entropia jest formalnie określana na podstawie danych z obrazowania mózgu i jak różne obszary mózgu mogą różnić się stopniem entropii.
Sieci funkcjonalne i mierzenie entropii
Jednym z elementów, które sprawiają, że nasza świadomość jest wyjątkowa w porównaniu do innych zwierząt, jest fakt, że nasze doświadczenia są często mediowane przez różne złożone funkcje poznawcze, takie jak pamięć, planowanie i uwaga. Aby sprostać wymaganiom codziennego życia, ludzki mózg musi skutecznie koordynować te funkcje, priorytetowo integrując informacje z różnych obszarów mózgu jednocześnie, aby nadążyć za ogromną ilością informacji przetwarzanych w każdej chwili. Metody stosowane w neuronaukach poznawczych pozwoliły zidentyfikować różnorodne sieci funkcjonalne mózgu, które przetwarzają różne rodzaje informacji dla różnych zadań i zachowań. Sieci te (nazywane także "wielkoskalowymi") rozprowadzają informacje w koordynowany sposób, co z kolei pozwala na realizację złożonych funkcji poznawczych w normalnej świadomości.
Przykładem takiej sieci jest "DMN", składająca się z przedniego zakrętu obręczy, tylnego zakrętu obręczy i kątnicy; innym przykładem jest sieć istotności, złożona z wyspy przedniej i grzbietowej przedniej części zakrętu obręczy. DMN jest aktywna podczas rozmyślań i marzeń sennych, a jej aktywność jest osłabiana, gdy osoba koncentruje się na wykonywaniu zadań zewnętrznych. Sieć istotności jest zaangażowana w filtrowanie informacji istotnych dla zadania oraz rekrutację innych sieci funkcjonalnych dla konkretnych funkcji poznawczych. Oba rodzaje sieci wymagają skutecznego integrowania informacji z różnych obszarów mózgu, aby mogły być szybko wykorzystane do różnych funkcji poznawczych.
Każda sieć ma własne funkcje, dlatego sieci wielkoskalowe, takie jak DMN czy sieć istotności, wykazują stabilną synchronizację wewnętrzną. Wykorzystując fMRI, można określić średni sygnał BOLD danej sieci i obliczyć, jak bardzo każdy woksel odstaje od średniego sygnału. Carhart-Harris mierzyli zmienność sygnału w dziewięciu sieciach spoczynkowych w dwóch warunkach eksperymentalnych: po podaniu placebo i po podaniu psylocybiny. W obu przypadkach średni sygnał mierzono przed i po podaniu placebo lub psylocybiny. Autorzy zaobserwowali znacznie większą zmienność sygnału (tzn. większą entropię) w sieciach wysokiego poziomu po podaniu psylocybiny w porównaniu do placebo. Efekt ten dotyczył jednak tylko konkretnych sieci, takich jak DMN i sieć istotności, nie obejmował zaś innych sieci związanych z podstawowym przetwarzaniem sensorycznym czy ruchowym. Carhart-Harris interpretują te wyniki jako wsparcie dla EBT i koncepcji entropii jako miary stanów świadomości.
Jako dalszy dowód na zwiększoną entropię w stanie po podaniu psylocybiny, opracowano rozkłady prawdopodobieństwa dla sieci wysokiego poziomu (np. dla DMN), ilustrujące szansę, że sygnał będzie się różnić od swojej średniej synchronizacji wewnętrznej w danym warunku. Rozkłady te były niemal identyczne przed i po podaniu placebo, co wskazuje na niską zmienność, co sugeruje, że łatwo jest przewidzieć stan danej sieci po podaniu placebo, na podstawie jej stanu przed podaniem. Po podaniu psylocybiny sygnał po infuzji różnił się znacznie od aktywności synchronicznej wykrytej przed infuzją, co odbijało wyższą zmienność. Wyższa zmienność wskazuje na większą trudność w przewidywaniu stanu sieci, innymi słowy, większą entropię systemu.
Inną metodą ilościowego określania entropii jest określenie liczby motywów łączności (wzorów aktywacji funkcjonalnej) w systemie za pomocą grafów łączności. W tej metodzie ustala się próg, dzięki któremu wykrywane są tylko połączenia przekraczające określony poziom siły sygnału. Wyniki analizy w obu warunkach wskazywały na większy repertuar motywów łączności specyficznych dla podawania psylocybiny, a niektóre z nich były nawet wyjątkowe dla tego stanu. Ponieważ sekwencja aktywacji motywów łączności jest silnie wzorcowana w konkretnych stanach, poziom przewidywalności może być użyty do określenia entropii dla danej sekwencji. Autorzy stwierdzili, że sekwencja motywów łączności w stanie po podaniu psylocybiny była znacznie bardziej losowa niż w stanie bazalnym, co wskazuje na znacznie wyższy poziom entropii. Wspiera to podstawowe twierdzenie EBT, które sugeruje, że stan mózgu staje się bardziej losowy w stanie psychodelicznym, co sprawia, że trudniej przewidzieć aspekty doświadczeń świadomych. Intuicyjnie ma to sens: im bardziej losowa jest aktywność mózgu, tym bardziej zróżnicowane będą doświadczenia świadome.
Rzeczywiście, stany psychodeliczne wywołane na przykład magicznymi grzybkami często charakteryzują się dużą zmiennością między osobami.
Carhart-Harris utrzymują, że różnice w entropii systemowej są jednym z kluczowych czynników, które odróżniają ludzki mózg od mózgów innych gatunków w królestwie zwierząt: ponieważ nasze mózgi wykazują większą entropię, możemy doświadczać znacznie szerszej gamy stanów świadomości, które są (przypuszczalnie) bogatsze i bardziej złożone niż u tzw. niższych zwierząt. Podkreśla się tu, że liczba potencjalnych stanów psychicznych dostępnych dla jednostki determinuje rodzaj świadomości, jaką możemy oczekiwać od tego systemu. Inny sposób wyrażenia tego to stwierdzenie, że rodzaj świadomości, jaką można doświadczyć, zależy w dużej mierze od liczby dostępnych stanów mózgu (lub stanów systemu) dla danej osoby; im więcej możliwych stanów, tym więcej możliwych doświadczeń. Widać to w doświadczeniach psychodelicznych, gdzie wzrost entropii towarzyszy większej różnorodności stanów systemu w istotnych sieciach poznawczych, co pozwala na świadome stany, których zwykle nie doświadczamy w normalnej świadomości.
Ciąg dalszy: Część 3
*Źródło: NoC
