The real or perceived proximity to death often results in a non-ordinary state of consciousness characterized by phenomenological features such as the perception of leaving the body boundaries, feelings of peace, bliss and timelessness, life review, the sensation of traveling through a tunnel and an irreversible threshold. Near-death experiences (NDEs) are comparable among individuals of different cultures, suggesting an underlying neurobiological mechanism. Anecdotal accounts of the similarity between NDEs and certain drug-induced altered states of consciousness prompted us to perform a large-scale comparative analysis of these experiences. After assessing the semantic similarity between ≈15,000 reports linked to the use of 165 psychoactive substances and 625 NDE narratives, we determined that the N-methyl-D-aspartate (NMDA) receptor antagonist ketamine consistently resulted in reports most similar to those associated with NDEs. Ketamine was followed by Salvia divinorum (a plant containing a potent and selective κ receptor agonist) and a series of serotonergic psychedelics, including the endogenous serotonin 2A receptor agonist N,N-Dimethyltryptamine (DMT). This similarity was driven by semantic concepts related to consciousness of the self and the environment, but also by those associated with the therapeutic, ceremonial and religious aspects of drug use. Our analysis sheds light on the long-standing link between certain drugs and the experience of "dying", suggests that ketamine could be used as a safe and reversible experimental model for NDE phenomenology, and supports the speculation that endogenous NMDA antagonists with neuroprotective properties may be released in the proximity of death.

Abstract The use of low sub-perceptual doses of psychedelics (“microdosing”) has gained popularity in recent years. Although anecdotal reports claim multiple benefits associated with this practice, the lack of placebo-controlled studies severely limits our knowledge of microdosing and its effects. Moreover, research conducted in standard laboratory settings could fail to capture the motivation of individuals engaged or planning to engage in microdosing protocols, thus underestimating the likelihood of positive effects on creativity and cognitive function. We recruited 34 individuals starting to microdose with psilocybin mushrooms ( Psilocybe cubensis ), one of the materials most frequently used for this purpose. Following a double-blind placebo-controlled experimental design, we investigated the acute and short-term effects of 0.5 g of dried mushrooms on subjective experience, behavior, creativity (divergent and convergent thinking), perception, cognition, and brain activity. The reported acute effects were significantly more intense for the active dose compared to the placebo, but only for participants who correctly identified their experimental condition. These changes were accompanied by reduced EEG power in the theta band, together with preserved levels of Lempel-Ziv broadband signal complexity. For all other measurements there was no effect of microdosing except for few small changes towards cognitive impairment. According to our findings, low doses of psilocybin mushrooms can result in noticeable subjective effects and altered EEG rhythms, but without evidence to support enhanced well-being, creativity and cognitive function. We conclude that expectation underlies at least some of the anecdotal benefits attributed to microdosing with psilocybin mushrooms.

Abstract Background N,N-Dimethyltryptamine (DMT) is a short acting psychedelic tryptamine found naturally in many plants and animals. Few studies to date addressed the neural and psychological effects of DMT alone, either administered intravenously or inhaled in freebase form, and none conducted in natural settings. Aims Our primary aim was to study the acute effects of inhaled DMT in natural settings, focusing on questions tuned to the advantages of conducting field research, including the effects of contextual factors (i.e. “set” and “setting”), the possibility of studying a comparatively large number of subjects, and the relaxed mental state of participants consuming DMT in familiar and comfortable settings. Methods We combined state-of-the-art wireless electroencephalography (EEG) with psychometric questionnaires to study the neural and subjective effects of naturalistic DMT use in 35 healthy and experienced participants. Results We observed that DMT significantly decreased the power of alpha (8-12 Hz) oscillations throughout all scalp locations, while simultaneously increasing power of delta (1-4 Hz) and gamma (30-40 Hz) oscillations. Gamma power increases correlated with subjective reports indicative of mystical-type experiences. DMT also increased/decreased global synchrony and metastability in the gamma/alpha band, and resulted in widespread increases in signal complexity. Conclusions Our results are consistent with previous studies of psychedelic action in the human brain, while at the same time suggesting potential EEG markers of mystical-type experiences in natural settings, thus highlighting the importance of investigating these compounds in the contexts where they are naturally consumed.

Abstract Consciousness transiently fades away during deep sleep, more stably under anesthesia, and sometimes permanently due to brain injury. The development of an index to quantify the level of consciousness across these different states is regarded as a key problem both in basic and clinical neuroscience. We argue that this problem is ill-defined since such an index would not exhaust all the relevant information about a given state of consciousness. While the level of consciousness can be taken to describe the actual brain state, a complete characterization should also include its potential behavior against external perturbations. We developed and analyzed whole-brain computational models to show that the stability of conscious states provides information complementary to their similarity to conscious wakefulness. Our work leads to a novel methodological framework to sort out different brain states by their stability and reversibility, and illustrates its usefulness to dissociate between physiological (sleep), pathological (brain-injured patients), and pharmacologically-induced (anesthesia) loss of consciousness.

Abstract The use of low sub-hallucinogenic doses of psychedelics (“microdosing”) has gained popularity in recent years. Although anecdotal reports claim multiple benefits associated with this practice, the lack of placebo-controlled studies limits our knowledge of microdosing and its effects. Moreover, research conducted in laboratory settings might fail to capture the motivation of individuals engaged in microdosing protocols. We recruited 34 individuals planning to microdose with psilocybin mushrooms ( Psilocybe cubensis ), one of the materials most frequently used for this purpose. Following a double-blind placebo-controlled design, we investigated the effects of 0.5 g dried mushrooms on subjective experience, behavior, creativity, perception, cognition, and brain activity. The reported acute effects were significantly more intense for the active dose compared to the placebo, which could be explained by unblinding. For the other measurements, we observed either null effects or a trend towards cognitive impairment and, in the case of EEG, towards reduced theta band spectral power. Our findings support the possibility that expectation effects underlie at least some of the anecdotal benefits attributed to microdosing with psilocybin mushrooms.

Abstract Recently, significant advances have been made by identifying the levels of synchronicity of the underlying dynamics of a given brain state. This research has demonstrated that unconscious dynamics tend to be more synchronous than those found in conscious states, which are more asynchronous. Here we go beyond this dichotomy to demonstrate that the different brain states are always underpinned by spatiotemporal chaos but with dissociable turbulent dynamics. We investigated human neuroimaging data from different brain states (resting state, meditation, deep sleep, and disorders of consciousness after coma) and were able to distinguish between them using complementary model-free and model-based measures of turbulent information transmission. Our model-free approach used recent advances describing a measure of information cascade across spatial scales using tools from turbulence theory. Complementarily, our model-based approach used exhaustive in silico perturbations of whole-brain models fitted to the empirical neuroimaging data, which allowed us to study the information encoding capabilities of the brain states. Overall, the current framework demonstrates that different levels of turbulent dynamics are fundamental for describing and differentiating between brain states.

Abstract N,N-Dimethyltryptamine (DMT) is a classic psychedelic capable of inducing short-lasting but profound changes in consciousness. As with other psychedelics, the experience induced by DMT strongly depends upon contextual factors, yet the neurobiological determinants of this variability remain unknown. We combined wireless electroencephalography and source imaging to map changes in neural oscillations elicited by inhaled DMT. Furthermore, we found that the power of frontal and temporal theta oscillations was inversely correlated with scales indexing feelings of unity and transcendence, which are an integral part of the phenomenology of mystical-type experiences. Finally, we established the robustness of these results using a machine learning model for regression trained and tested following a cross-validation procedure. Our results are consistent with the observation that the state of mind prior to consuming a psychedelic drug influences the ensuing subjective experience of the user. We also suggest that priming subjects to reduce their theta power before administration of a serotonergic psychedelic could enhance the likelihood of inducing mystical-type experiences, leading to sustained positive effects in well-being and improving the outcome of therapeutic interventions.

Abstract Functional connectivity holds promise as a biomarker of psychiatric disorders. Yet, its high dimensionality, combined with small sample sizes in clinical research, increases the risk of overfitting when the aim is prediction. Recently, low-dimensional representations of the connectome such as macroscale cortical gradients and gradient dispersion have been proposed, with studies noting consistent gradient and dispersion differences in psychiatric conditions. However, it is unknown which of these derived measures has the highest predictive capacity and how they compare to raw connectivity. Our study evaluates which connectome features — functional connectivity, gradients, or gradient dispersion — best identify schizophrenia. Figure 1 summarizes this work. Surprisingly, our findings indicate that functional connectivity outperforms its low-dimensional derivatives such as cortical gradients and gradient dispersion in identifying schizophrenia. Additionally, we demonstrated that the edges which contribute the most to classification performance are the ones connecting primary sensory regions.

Commercially available cannabis strains have multiplied in recent years as a consequence of regional changes in legislation for medicinal and recreational use. Lack of a standardized system to label plants and seeds hinders the consistent identification of particular strains with their elicited psychoactive effects. The objective of this work was to leverage information extracted from large databases to improve the identification and characterization of cannabis strains. Methods: We analyzed a large publicly available dataset where users freely reported their experiences with cannabis strains, including different subjective effects and flavour associations. This analysis was complemented with information on the chemical composition of a subset of the strains. Both supervised and unsupervised machine learning algorithms were applied to classify strains based on self reported and objective features. Results: Metrics of strain similarity based on self-reported effect and flavour tags allowed machine learning classification into three major clusters corresponding to Cannabis sativa, Cannabis indica, and hybrids. Synergy between terpene and cannabinoid content was suggested by significative correlations between psychoactive effect and flavour tags. The use of predefined tags was validated by applying semantic analysis tools to unstructured written reviews, also providing breed-specific topics consistent with their purported medicinal and subjective effects. While cannabinoid content was variable even within individual strains, terpene profiles matched the perceptual characterizations made by the users and could be used to predict associations between different psychoactive effects. Conclusions: Our work represents the first data-driven synthesis of self-reported and chemical information in a large number of cannabis strains. Since terpene content is robustly inherited and less influenced by environmental factors, flavour perception could represent a reliable marker to predict the psychoactive effects of cannabis. Our novel methodology contributes to meet the demands for reliable strain classification and characterization in the context of an ever-growing market for medicinal and recreational cannabis.

Abstract It has been proposed that both conscious and unconscious perception are associated with a feedforward sweep of oscillatory activity in the gamma band (>40 Hz), while conscious perception also requires recurrent feedback via beta band (~20 Hz) oscillations. To investigate the causal relationship between these oscillations and (un)conscious visual perception, we assessed the effect of transcranial alternating current stimulation (tACS) in the gamma (40 Hz) and beta (20 Hz) bands on the objective and subjective visibility of targets in a metacontrast backward masking task. We expected that 40hz-tACS would affect both the correct categorization of the target (i.e. objective visibility) and the reports of conscious perception (i.e. subjective visibility). Moreover, we expected that 20Hz-tACS would selectively affect the subjective visibility. Our results showed that target visibility was selectively compromised by 20Hz-tACS but, in contrast to our hypothesis, this effect was specific to objective visibility. Although the power of local beta oscillations increased after 20Hz-tACS, inter-areal beta synchrony could have nevertheless been impaired, a possibility that should be investigated in the future by means of source reconstructed high density electroencephalography recordings. In summary, we provided evidence supporting that 20Hz-tACS is capable of modulating target visibility, suggesting a possible a causal link between synchrony in this frequency band and visual perception. Future studies could build upon this result by investigating other forms of stimulation and other model organisms, further contributing to our knowledge of how conscious access causally depends on brain oscillations.