Published October 20, 2020 | Version v1
Publication Open

RETRACTED ARTICLE: A mechanistic model of the neural entropy increase elicited by psychedelic drugs

Creators

  • 1. University of Valparaíso
  • 2. University of Cambridge
  • 3. Imperial College London
  • 4. University of Buenos Aires
  • 5. Centro Científico Tecnológico - San Juan
  • 6. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
  • 7. University of San Andrés

Description

Psychedelic drugs, including lysergic acid diethylamide and other agonists of the serotonin 2A receptor (5HT2A-R), induce drastic changes in subjective experience, and provide a unique opportunity to study the neurobiological basis of consciousness. One of the most notable neurophysiological signatures of psychedelics, increased entropy in spontaneous neural activity, is thought to be of relevance to the psychedelic experience, mediating both acute alterations in consciousness and long-term effects. However, no clear mechanistic explanation for this entropy increase has been put forward so far. We sought to do this here by building upon a recent whole-brain model of serotonergic neuromodulation, to study the entropic effects of 5HT2A-R activation. Our results reproduce the overall entropy increase observed in previous experiments in vivo, providing the first model-based explanation for this phenomenon. We also found that entropy changes were not uniform across the brain: entropy increased in some regions and decreased in others, suggesting a topographical reconfiguration mediated by 5HT2A-R activation. Interestingly, at the whole-brain level, this reconfiguration was not well explained by 5HT2A-R density, but related closely to the topological properties of the brain's anatomical connectivity. These results help us understand the mechanisms underlying the psychedelic state and, more generally, the pharmacological modulation of whole-brain activity.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

تحفز العقاقير المخدرة، بما في ذلك ثنائي إيثيل أميد حمض الليسرجيك وغيرها من ناهضات مستقبلات السيروتونين 2A (5HT2A - R)، تغييرات جذرية في التجربة الذاتية، وتوفر فرصة فريدة لدراسة الأساس العصبي البيولوجي للوعي. يُعتقد أن واحدة من أبرز التواقيع العصبية الفسيولوجية للمخدر، وهي زيادة الإنتروبيا في النشاط العصبي التلقائي، ذات صلة بالتجربة المخدرة، حيث تتوسط في كل من التغيرات الحادة في الوعي والآثار طويلة الأجل. ومع ذلك، لم يتم تقديم تفسير ميكانيكي واضح لهذه الزيادة في الإنتروبيا حتى الآن. سعينا إلى القيام بذلك هنا من خلال البناء على نموذج حديث لكامل الدماغ لتعديل الأعصاب السيروتونية، لدراسة التأثيرات الإنتروبية لتنشيط 5HT2A - R. تعيد نتائجنا إنتاج الزيادة الإجمالية في الإنتروبيا التي لوحظت في التجارب السابقة في الجسم الحي، مما يوفر أول تفسير قائم على النموذج لهذه الظاهرة. وجدنا أيضًا أن تغيرات الإنتروبيا لم تكن موحدة في جميع أنحاء الدماغ: فقد زادت الإنتروبيا في بعض المناطق وانخفضت في مناطق أخرى، مما يشير إلى إعادة تشكيل طبوغرافية بوساطة تنشيط 5HT2A - R. ومن المثير للاهتمام، على مستوى الدماغ بأكمله، أن إعادة التشكيل هذه لم تفسر بشكل جيد بكثافة 5HT2A - R، ولكنها ترتبط ارتباطًا وثيقًا بالخصائص الطوبولوجية للتوصيل التشريحي للدماغ. تساعدنا هذه النتائج على فهم الآليات الكامنة وراء الحالة المخدرة، وبشكل أعم، التعديل الدوائي لنشاط الدماغ الكامل.

Translated Description (French)

Les médicaments psychédéliques, y compris le diéthylamide de l'acide lysergique et d'autres agonistes du récepteur de la sérotonine 2A (5HT2A-R), induisent des changements radicaux dans l'expérience subjective et offrent une occasion unique d'étudier la base neurobiologique de la conscience. L'une des signatures neurophysiologiques les plus notables des psychédéliques, l'augmentation de l'entropie dans l'activité neuronale spontanée, est considérée comme pertinente pour l'expérience psychédélique, médiant à la fois les altérations aiguës de la conscience et les effets à long terme. Cependant, aucune explication mécaniste claire de cette augmentation de l'entropie n'a été avancée jusqu'à présent. Nous avons cherché à le faire ici en nous appuyant sur un modèle récent de neuromodulation sérotoninergique du cerveau entier, pour étudier les effets entropiques de l'activation de la 5HT2A-R. Nos résultats reproduisent l'augmentation globale de l'entropie observée dans les expériences précédentes in vivo, fournissant la première explication basée sur un modèle de ce phénomène. Nous avons également constaté que les changements d'entropie n'étaient pas uniformes dans tout le cerveau : l'entropie augmentait dans certaines régions et diminuait dans d'autres, suggérant une reconfiguration topographique médiée par l'activation du 5HT2A-R. Fait intéressant, au niveau du cerveau entier, cette reconfiguration n'était pas bien expliquée par la densité 5HT2A-R, mais étroitement liée aux propriétés topologiques de la connectivité anatomique du cerveau. Ces résultats nous aident à comprendre les mécanismes sous-jacents à l'état psychédélique et, plus généralement, la modulation pharmacologique de l'activité cérébrale globale.

Translated Description (Spanish)

Los fármacos psicodélicos, incluida la dietilamida del ácido lisérgico y otros agonistas del receptor de serotonina 2A (5HT2A-R), inducen cambios drásticos en la experiencia subjetiva y brindan una oportunidad única para estudiar las bases neurobiológicas de la conciencia. Se cree que una de las firmas neurofisiológicas más notables de los psicodélicos, el aumento de la entropía en la actividad neuronal espontánea, es relevante para la experiencia psicodélica, mediando tanto en las alteraciones agudas de la conciencia como en los efectos a largo plazo. Sin embargo, hasta ahora no se ha presentado una explicación mecanicista clara para este aumento de la entropía. Buscamos hacer esto aquí basándose en un modelo reciente de cerebro completo de neuromodulación serotoninérgica, para estudiar los efectos entrópicos de la activación de 5HT2A-R. Nuestros resultados reproducen el aumento general de entropía observado en experimentos anteriores in vivo, proporcionando la primera explicación basada en modelos para este fenómeno. También encontramos que los cambios de entropía no fueron uniformes en todo el cerebro: la entropía aumentó en algunas regiones y disminuyó en otras, lo que sugiere una reconfiguración topográfica mediada por la activación de 5HT2A-R. Curiosamente, a nivel de todo el cerebro, esta reconfiguración no se explicó bien por la densidad de 5HT2A-R, sino que se relacionó estrechamente con las propiedades topológicas de la conectividad anatómica del cerebro. Estos resultados nos ayudan a comprender los mecanismos que subyacen al estado psicodélico y, más en general, a la modulación farmacológica de la actividad de todo el cerebro.

Files

s41598-020-74060-6.pdf.pdf

Files (3.8 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:8ea012521ee6d81a77d5b62f4c834e78
3.8 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
مقالة متراجعة: نموذج ميكانيكي لزيادة الانتروبيا العصبية التي تثيرها العقاقير المخدرة
Translated title (French)
ARTICLE RÉTRACTÉ : Un modèle mécaniste de l'augmentation de l'entropie neurale provoquée par les médicaments psychédéliques
Translated title (Spanish)
ARTÍCULO RETRAÍDO: Un modelo mecanicista del aumento de la entropía neural provocado por las drogas psicodélicas

Identifiers

Other
https://openalex.org/W3093680025
DOI
10.1038/s41598-020-74060-6

Is supplement to
https://openalex.org/W640107417 (Other)
https://openalex.org/W4298588296 (Other)
https://openalex.org/W2296203535 (Other)
https://openalex.org/W2077782358 (Other)
https://openalex.org/W2059114228 (Other)
https://openalex.org/W2044354629 (Other)
https://openalex.org/W1995242354 (Other)
https://openalex.org/W1995127336 (Other)
https://openalex.org/W1983617820 (Other)
https://openalex.org/W1487904120 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Argentina

References

  • https://openalex.org/W1596185512
  • https://openalex.org/W1968672311
  • https://openalex.org/W1974105735
  • https://openalex.org/W2026832357
  • https://openalex.org/W2033134445
  • https://openalex.org/W2058046532
  • https://openalex.org/W2063393199
  • https://openalex.org/W2068252829
  • https://openalex.org/W2074483296
  • https://openalex.org/W2094930158
  • https://openalex.org/W2102204212
  • https://openalex.org/W2108714018
  • https://openalex.org/W2109543774
  • https://openalex.org/W2112151839
  • https://openalex.org/W2113431893
  • https://openalex.org/W2121441663
  • https://openalex.org/W2134248637
  • https://openalex.org/W2137478377
  • https://openalex.org/W2146052710
  • https://openalex.org/W2167822639
  • https://openalex.org/W2170596036
  • https://openalex.org/W2210387432
  • https://openalex.org/W2232938174
  • https://openalex.org/W2336389811
  • https://openalex.org/W2336630210
  • https://openalex.org/W2341558148
  • https://openalex.org/W2346262441
  • https://openalex.org/W2396675581
  • https://openalex.org/W2553251493
  • https://openalex.org/W2560177432
  • https://openalex.org/W2581533121
  • https://openalex.org/W2581696375
  • https://openalex.org/W2604795661
  • https://openalex.org/W2605399484
  • https://openalex.org/W2753654430
  • https://openalex.org/W2792211781
  • https://openalex.org/W2793403693
  • https://openalex.org/W2793484468
  • https://openalex.org/W2889959197
  • https://openalex.org/W2893373014
  • https://openalex.org/W2914255920
  • https://openalex.org/W2915889284
  • https://openalex.org/W2938595859
  • https://openalex.org/W2945514479
  • https://openalex.org/W2949457836
  • https://openalex.org/W2950564037
  • https://openalex.org/W2991342487
  • https://openalex.org/W2995495462
  • https://openalex.org/W3015902292
  • https://openalex.org/W3027721867
  • https://openalex.org/W3105461111
  • https://openalex.org/W4231021340
  • https://openalex.org/W4251222512
  • https://openalex.org/W4253546703
  • https://openalex.org/W4256207603