The main psychedelic component of magic mushrooms is psilocybin, which shows promise as a treatment for depression and other mental disorders. Psychedelic effects are believed to emerge through stimulation of serotonin 2A receptors (5-HT2ARs) by psilocybin’s active metabolite, psilocin. We here report for the first time the relationship between intensity of psychedelic effects, cerebral 5-HT2AR occupancy and plasma levels of psilocin in humans. Eight healthy volunteers underwent positron emission tomography (PET) scans with the 5-HT2AR agonist radioligand [11C]Cimbi-36: one at baseline and one or two additional scans on the same day after a single oral intake of psilocybin (3–30 mg). 5-HT2AR occupancy was calculated as the percent change in cerebral 5-HT2AR binding relative to baseline. Subjective psychedelic intensity and plasma psilocin levels were measured during the scans. Relations between subjective intensity, 5-HT2AR occupancy, and plasma psilocin levels were modeled using non-linear regression. Psilocybin intake resulted in dose-related 5-HT2AR occupancies up to 72%; plasma psilocin levels and 5-HT2AR occupancy conformed to a single-site binding model. Subjective intensity was correlated with both 5-HT2AR occupancy and psilocin levels as well as questionnaire scores. We report for the first time that intake of psilocybin leads to significant 5-HT2AR occupancy in the human brain, and that both psilocin plasma levels and 5-HT2AR occupancy are closely associated with subjective intensity ratings, strongly supporting that stimulation of 5-HT2AR is a key determinant for the psychedelic experience. Important for clinical studies, psilocin time-concentration curves varied but psilocin levels were closely associated with psychedelic experience.

The serotonin (5-hydroxytryptamine, 5-HT) system modulates many important brain functions and is critically involved in many neuropsychiatric disorders. Here, we present a high-resolution, multidimensional, in vivo atlas of four of the human brain's 5-HT receptors (5-HT 1A , 5-HT 1B , 5-HT 2A , and 5-HT 4 ) and the 5-HT transporter (5-HTT). The atlas is created from molecular and structural high-resolution neuroimaging data consisting of positron emission tomography (PET) and magnetic resonance imaging (MRI) scans acquired in a total of 210 healthy individuals. Comparison of the regional PET binding measures with postmortem human brain autoradiography outcomes showed a high correlation for the five 5-HT targets and this enabled us to transform the atlas to represent protein densities (in picomoles per milliliter). We also assessed the regional association between protein concentration and mRNA expression in the human brain by comparing the 5-HT density across the atlas with data from the Allen Human Brain atlas and identified receptor- and transporter-specific associations that show the regional relation between the two measures. Together, these data provide unparalleled insight into the serotonin system of the human brain. SIGNIFICANCE STATEMENT We present a high-resolution positron emission tomography (PET)- and magnetic resonance imaging-based human brain atlas of important serotonin receptors and the transporter. The regional PET-derived binding measures correlate strongly with the corresponding autoradiography protein levels. The strong correlation enables the transformation of the PET-derived human brain atlas into a protein density map of the serotonin (5-hydroxytryptamine, 5-HT) system. Next, we compared the regional receptor/transporter protein densities with mRNA levels and uncovered unique associations between protein expression and density at high detail. This new in vivo neuroimaging atlas of the 5-HT system not only provides insight in the human brain's regional protein synthesis, transport, and density, but also represents a valuable source of information for the neuroscience community as a comparative instrument to assess brain disorders.

A single dose of psilocybin, a psychedelic and serotonin 2A receptor (5-HT2AR) agonist, may be associated with antidepressant effects. The mechanism behind its antidepressive action is unknown but could be linked to increased synaptogenesis and down-regulation of cerebral 5-HT2AR. Here, we investigate if a single psychedelic dose of psilocybin changes synaptic vesicle protein 2A (SV2A) and 5-HT2AR density in the pig brain. Twenty-four awake pigs received either 0.08 mg/kg psilocybin or saline intravenously. Twelve pigs (n = 6/intervention) were euthanized one day post-injection, while the remaining twelve pigs were euthanized seven days post-injection (n = 6/intervention). We performed autoradiography on hippocampus and prefrontal cortex (PFC) sections with [3H]UCB-J (SV2A), [3H]MDL100907 (5-HT2AR antagonist) and [3H]Cimbi-36 (5-HT2AR agonist). One day post psilocybin injection, we observed 4.42% higher hippocampal SV2A density and lowered hippocampal and PFC 5-HT2AR density (-15.21% to -50.19%). These differences were statistically significant in the hippocampus for all radioligands and in the PFC for [3H]Cimbi-36 only. Seven days post-intervention, there was still significantly higher SV2A density in the hippocampus (+9.24%) and the PFC (+6.10%), whereas there were no longer any differences in 5-HT2AR density. Our findings suggest that psilocybin causes increased persistent synaptogenesis and an acute decrease in 5-HT2AR density, which may play a role in psilocybin's antidepressive effects.

ABSTRACT Background Psilocybin is a psychedelic drug that has shown lasting positive effects on clinical symptoms and self-reported well-being following a single dose. There has been little research into the long-term effects of psilocybin on brain connectivity in humans. Aims Evaluate changes in resting-state functional connectivity (RSFC) at one-week and three-months after one psilocybin dose in 10 healthy psychedelic-naïve volunteers and explore associations between change in RSFC and related measures. Methods Participants received 0.2-0.3 mg/kg psilocybin in a controlled setting. Participants completed resting-state fMRI scans at baseline, one-week and three-months post-administration and [ 11 C]Cimbi-36 PET scans at baseline and one-week. We examined changes in within-network, between-network and region-to-region RSFC. We explored associations between changes in RSFC and psilocybin-induced phenomenology as well as changes in psychological measures and neocortex serotonin 2A receptor binding. Results Psilocybin was well tolerated and produced positive changes in well-being. At one-week only, executive control network (ECN) RSFC was significantly decreased (Cohen’s d=-1.73, p FWE =0.010). We observed no other significant changes in RSFC at one-week or three-months, nor changes in region-to-region RSFC. Exploratory analyses indicated that decreased ECN RSFC at one-week predicted increased mindfulness at three-months (r =-0.65). Conclusions These findings in a small cohort indicate that psilocybin affects ECN function within the psychedelic “afterglow” period. Our findings implicate ECN modulation as mediating psilocybin-induced, long-lasting increases in mindfulness. Although our findings implicate a neural pathway mediating lasting psilocybin effects, it is notable that changes in neuroimaging measures at three-months, when personality changes are observed, remain to be identified.

Abstract The emerging novel therapeutic psilocybin produces psychedelic effects via engagement of cerebral serotonergic targets by psilocin (active metabolite). The serotonin 2A receptor critically mediates these effects by altering distributed neural processes that manifest as increased entropy, reduced functional connectivity (FC) within discrete brain networks (i.e., reduced integrity) and increased FC between networks (i.e., reduced segregation). Reduced integrity of the default mode network (DMN) is proposed to play a particularly prominent role in psychedelic phenomenology, including perceived ego-dissolution. Here, we investigate the effects of a psychoactive oral dose of psilocybin (0.2-0.3 mg/kg) on plasma psilocin level (PPL), subjective drug intensity (SDI) and their association in fifteen healthy individuals. We further evaluate associations between these measures and resting-state FC, measured with functional magnetic resonance imaging, acquired over the course of five hours after psilocybin administration. We show that PPL and SDI correlate negatively with measures of network integrity (including DMN) and segregation, both spatially constrained and unconstrained. We also find that the executive control network and dorsal attention network desegregate, increasing connectivity with other networks and throughout the brain as a function of PPL and SDI. These findings provide direct evidence that psilocin critically shapes the time course and magnitude of changes in the cerebral functional architecture and subjective experience following psilocybin administration. Our findings provide novel insight into the neurobiological mechanisms underlying profound perceptual experiences evoked by this emerging transnosological therapeutic and implicate the expression of network integrity and segregation in the psychedelic experience and consciousness.

The authors compared the associated risk of incident depression between first-time users of low-, medium-, and high-dose levonorgestrel-releasing intrauterine systems (LNG-IUSs).

ABSTRACT Background Using the [ 18 F]altanserin tracer to image serotonin 2A receptors (5-HT 2A R), we previously showed that there exists a positive association between cortical 5-HT 2A R binding and the inward facets of neuroticism, namely depression, anxiety, self-consciousness, and vulnerability. Fairly recently, the [ 11 C]Cimbi-36 tracer was also shown to be a suitable radioligand for imaging 5-HT 2A receptors in the human brain. In the present study, we examined whether our previously reported finding of the association between 5-HT 2A R binding and the inward facets of neuroticism can be replicated in an independent sample of healthy individuals scanned using the newer [11C]Cimbi-36 tracer. Furthermore, to determine whether this association of 5-HT 2A R binding with neuroticism merely reflects its known relation to stress-coping related indices such as cortisol dynamics. The present study also investigated the potential role of cortisol awakening response on the association between 5-HT 2A R binding and the inward facets of neuroticism. Methods Sixty-nine healthy volunteers underwent a [ 11 C]CIMBI-36 scan for the assessment of 5-HT 2A R binding, completed the standardized NEO-PI-R personality questionnaire, and provided salivary samples for the determination of cortisol awakening response. A linear latent variable model (LVM) was used to examine the association between 5-HT 2A R binding and the inward facets of neuroticism with adjustment for age, sex, cortisol awakening response, and MR scanner. A second latent variable model examined the potential moderating effect of cortisol awakening response on the association between 5-HT 2A R binding and the inward facets of neuroticism. Results We replicated a positive association between 5-HT 2A R binding and the inward facets of neuroticism (r=0.37, p=0.015). We saw no moderating effect of the cortisol awakening response on this association (p=0.98). Conclusions In an independent cohort of healthy individuals imaged with the [ 11 C]CIMBI-36 tracer, we confirm the link between serotonin 2A receptor binding and the inward-directed facets of neuroticism that is independent of cortisol dynamics.

Rumination is a maladaptive response to distress characteristic of Major Depressive Disorder (MDD). It is unclear to what degree rumination is associated with depression severity prior to treatment and how it responds to antidepressant treatment. Therefore, we evaluated the association between rumination and depression severity in 92 untreated patients with MDD and explored the changes in rumination after initiation of antidepressant medication. We measured rumination using the Rumination Response Scale (RRS) and depression severity with the Hamilton Depression Rating Scale (HDRS17 or HDRS6) before and after initiation of 12 weeks of antidepressant treatment. The association between RRS and pre-treatment HDRS17 was evaluated using a linear regression model. RRS at week 4, 8, and 12 across treatment response categories (remission vs. non-response) were evaluated using a mixed effect model. RRS was positively associated with depression severity prior to treatment at a trend level (p = 0.06). After initiation of treatment RRS decreased significantly (p < 0.0001) and remitters exhibited lower rumination compared to non-responders at week 4 (p = 0.03), 8 (p = 0.01), and 12 (p = 0.007). The study had no placebo group. Although pre-treatment rumination did not significantly associate with depressive symptoms, rumination was closely connected to change in depressive symptoms. Tormented patients could be reassured that rumination symptoms may be alleviated over the course of antidepressant treatment.

In acute ischemic stroke, identifying brain tissue at high risk of infarction is important for clinical decision-making. This tissue may be identified with suitable classification methods from magnetic resonance imaging (MRI) data. The aim of the present study was to assess comparatively the performance of five popular classification methods (Adaptive Boosting (ADA), Logistic Regression (LR), Artificial Neural Networks (ANN), Random Forest (RF), and Support Vector Machine (SVM)) in identifying tissue at high risk of infarction on human voxel-based brain imaging data. The classification methods were used with eight MRI parameters including diffusion-weighted imaging (DWI) and perfusion-weighted imaging (PWI) obtained in 55 patients. Sensitivity, specificity, the area under the receiver operating curve (ROC) as well as the area under the precision-recall curve criteria were used to compare the method performances. The methods performed equally in terms of sensitivity and specificity while the results of the area under the ROC were significantly better for ADA, LR, ANN and RF. However, there was no statistically significant difference between the performances of these five classification methods regarding the area under the precision-recall curve, which was the main comparison metric.