Μια θεωρία μαθηματικών για το γιατί οι άνθρωποι έχουν παραισθήσεις

Στη δεκαετία του 1920, δεκαετίες πριν ο γκουρού της αντικουλτούρας Timothy Leary πειραματιστεί με το LSD και άλλα ψυχεδελικά φάρμακα στο Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ, ένας νεαρός ψυχολόγος με το όνομα Heinrich Klüver χρησιμοποίησε τον εαυτό του ως πειραματόζωο σε μια συνεχιζόμενη μελέτη για τις οπτικές παραισθήσεις. Μια μέρα στο εργαστήριό του στο Πανεπιστήμιο της Μινεσότα, κατάπιε ένα κουμπί πεγιότ, την αποξηραμένη κορυφή του κάκτου Lophophora williamsii , και τεκμηρίωσε προσεκτικά πώς άλλαξε το οπτικό του πεδίο υπό την επιρροή του. Σημείωσε επαναλαμβανόμενα μοτίβα που έμοιαζαν εντυπωσιακά με τα σχήματα που συναντώνται συνήθως στα σχέδια των αρχαίων σπηλαίων και στους πίνακες του Joan Miró, και υπέθεσε ότι ίσως ήταν έμφυτα στην ανθρώπινη όραση. Ταξινόμησε τα σχέδια σε τέσσερις διαφορετικούς τύπους που ονόμασε «σταθερές μορφής»:πλέγματα (συμπεριλαμβανομένων σκακιέρας, κηρήθρες και τρίγωνα), σήραγγες, σπείρες και ιστούς αράχνης.

Περίπου 50 χρόνια αργότερα, ο Jack Cowan από το Πανεπιστήμιο του Σικάγο ξεκίνησε να αναπαράγει αυτές τις παραισθησιακές σταθερές μορφής μαθηματικά, με την πεποίθηση ότι θα μπορούσαν να παρέχουν ενδείξεις για το κύκλωμα του εγκεφάλου. Σε μια σημαντική εργασία του 1979, ο Cowan και ο μεταπτυχιακός φοιτητής του Bard Ermentrout ανέφεραν ότι η ηλεκτρική δραστηριότητα των νευρώνων στο πρώτο στρώμα του οπτικού φλοιού θα μπορούσε να μεταφραστεί απευθείας στα γεωμετρικά σχήματα που βλέπουν συνήθως οι άνθρωποι όταν βρίσκονται υπό την επίδραση ψυχεδελικών. «Τα μαθηματικά του τρόπου με τον οποίο ο φλοιός είναι καλωδιωμένος, παράγει μόνο αυτού του είδους τα μοτίβα», εξήγησε πρόσφατα ο Cowan. Υπό αυτή την έννοια, αυτό που βλέπουμε όταν έχουμε παραισθήσεις αντικατοπτρίζει την αρχιτεκτονική του νευρωνικού δικτύου του εγκεφάλου.

Αλλά κανείς δεν μπορούσε να καταλάβει ακριβώς πώς το εγγενές κύκλωμα του οπτικού φλοιού του εγκεφάλου δημιουργεί τα μοτίβα δραστηριότητας που κρύβονται πίσω από τις παραισθήσεις.

Μια αναδυόμενη υπόθεση δείχνει μια παραλλαγή του μηχανισμού που παράγει τα λεγόμενα «μοτίβα Turing». Σε μια εργασία του 1952, ο Βρετανός μαθηματικός και παραβάτης κωδικών Άλαν Τούρινγκ πρότεινε έναν μαθηματικό μηχανισμό για τη δημιουργία πολλών από τα επαναλαμβανόμενα μοτίβα που συνήθως παρατηρούνται στη βιολογία - για παράδειγμα τις ρίγες τίγρεων ή ψαριών ζέβρας ή κηλίδες λεοπάρδαλης. Οι επιστήμονες γνωρίζουν εδώ και αρκετό καιρό ότι ο κλασικός μηχανισμός Turing πιθανότατα δεν μπορεί να συμβεί σε ένα σύστημα τόσο θορυβώδες και περίπλοκο όσο ο εγκέφαλος. Αλλά ένας συνεργάτης του Cowan, ο φυσικός Nigel Goldenfeld του Πανεπιστημίου του Illinois, Urbana-Champaign, πρότεινε μια ανατροπή στην αρχική ιδέα που επηρεάζει τον θόρυβο. Πειραματικά στοιχεία που αναφέρθηκαν σε δύο πρόσφατες εργασίες ενίσχυσαν τη θεωρία ότι αυτός ο «στοχαστικός μηχανισμός Turing» βρίσκεται πίσω από τις σταθερές γεωμετρικής μορφής που βλέπουν οι άνθρωποι όταν έχουν παραισθήσεις.

Sweaty Grasshoppers

Οι εικόνες που «βλέπουμε» είναι ουσιαστικά τα μοτίβα των διεγερμένων νευρώνων στον οπτικό φλοιό. Το φως που αντανακλάται από τα αντικείμενα στο οπτικό μας πεδίο εισέρχεται στο μάτι και εστιάζεται στον αμφιβληστροειδή, ο οποίος είναι επενδεδυμένος με κύτταρα φωτοϋποδοχέα που μετατρέπουν αυτό το φως σε ηλεκτροχημικά σήματα. Αυτά τα σήματα ταξιδεύουν στον εγκέφαλο και διεγείρουν τους νευρώνες στον οπτικό φλοιό με μοτίβα που, υπό κανονικές συνθήκες, μιμούνται τα μοτίβα του φωτός που αντανακλάται από αντικείμενα στο οπτικό σας πεδίο. Αλλά μερικές φορές τα μοτίβα μπορεί να προκύψουν αυθόρμητα από την τυχαία πυροδότηση νευρώνων στον φλοιό - εσωτερικό θόρυβο φόντου, σε αντίθεση με εξωτερικά ερεθίσματα - ή όταν ένα ψυχοδραστικό φάρμακο ή άλλος παράγοντας επηρεασμού διαταράσσει την κανονική λειτουργία του εγκεφάλου και ενισχύει την τυχαία πυροδότηση νευρώνων. Αυτό πιστεύεται ότι συμβαίνει όταν έχουμε παραισθήσεις.

Γιατί όμως βλέπουμε τα συγκεκριμένα σχήματα που τόσο σχολαστικά ταξινόμησε η Klüver; Η ευρέως αποδεκτή εξήγηση που προτείνεται από τους Cowan, Ermentrout και τους συνεργάτες τους είναι ότι αυτά τα μοτίβα προκύπτουν από τον τρόπο με τον οποίο αναπαρίσταται το οπτικό πεδίο στην πρώτη οπτική περιοχή του οπτικού φλοιού. «Αν άνοιγες το κεφάλι κάποιου και κοιτούσες τη δραστηριότητα των νευρικών κυττάρων, δεν θα έβλεπες μια εικόνα του κόσμου σαν μέσα από έναν φακό», είπε ο Peter Thomas, συνεργάτης του Cowan που τώρα βρίσκεται στο Case Western Reserve University. Αντίθετα, εξήγησε ο Thomas, η εικόνα υφίσταται μετασχηματισμό συντεταγμένων καθώς χαρτογραφείται στον φλοιό. Εάν η νευρωνική δραστηριότητα έχει τη μορφή εναλλασσόμενων λωρίδων πυρετωδών και μη πυροδοτούμενων νευρώνων, αντιλαμβάνεστε διαφορετικά πράγματα ανάλογα με τον προσανατολισμό των λωρίδων. Βλέπετε ομόκεντρους δακτυλίους εάν οι ρίγες είναι προσανατολισμένες προς ένα. Βλέπετε ακτίνες ή σχήματα χοάνης που προέρχονται από ένα κεντρικό σημείο - το παροιμιώδες φως στο τέλος της σήραγγας που είναι κοινό σε εμπειρίες παρ' ολίγον θανάτου - εάν οι ρίγες είναι κάθετες σε αυτό. Και βλέπετε σπειροειδή σχέδια αν οι ρίγες έχουν διαγώνιο προσανατολισμό.

Αλλά αν οι γεωμετρικές οπτικές παραισθήσεις όπως οι σταθερές μορφής του Klüver είναι άμεση συνέπεια της νευρικής δραστηριότητας στον οπτικό φλοιό, το ερώτημα είναι γιατί αυτή η δραστηριότητα εμφανίζεται αυθόρμητα - και γιατί, σε αυτήν την περίπτωση, δεν μας προκαλεί παραισθήσεις όλη την ώρα. Ο στοχαστικός μηχανισμός Turing δυνητικά αντιμετωπίζει και τα δύο ερωτήματα.

Η αρχική εργασία του Alan Turing πρότεινε ότι μοτίβα σαν κηλίδες προκύπτουν από τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ δύο χημικών ουσιών που εξαπλώνονται μέσω ενός συστήματος. Αντί να διαχέονται ομοιόμορφα όπως ένα αέριο σε ένα δωμάτιο έως ότου η πυκνότητα είναι ομοιόμορφη σε όλο το μήκος, οι δύο χημικές ουσίες διαχέονται με διαφορετικούς ρυθμούς, γεγονός που τους αναγκάζει να σχηματίζουν ξεχωριστά μπαλώματα με διαφορετικές χημικές συνθέσεις. Μία από τις χημικές ουσίες χρησιμεύει ως ενεργοποιητής που εκφράζει ένα μοναδικό χαρακτηριστικό, όπως η μελάγχρωση μιας κηλίδας ή λωρίδας, ενώ η άλλη δρα ως αναστολέας, διαταράσσοντας την έκφραση του ενεργοποιητή. Φανταστείτε, για παράδειγμα, ένα χωράφι με ξερό γρασίδι διάστικτο με ακρίδες. Εάν ανάψετε φωτιά σε πολλά τυχαία σημεία, χωρίς υγρασία, ολόκληρο το χωράφι θα καεί. Αλλά αν η ζέστη από τις φλόγες κάνει τις ακρίδες που φεύγουν να ιδρώσουν και αυτός ο ιδρώτας υγραίνει το γρασίδι γύρω τους, θα μείνετε με περιοδικές κηλίδες άκαυτου χόρτου σε όλο το κατά τα άλλα απανθρακωμένο χωράφι. Αυτή η φανταστική αναλογία, που εφευρέθηκε από τον μαθηματικό βιολόγο James Murray, απεικονίζει τον κλασικό μηχανισμό Turing.

Ο Turing αναγνώρισε ότι αυτό ήταν ένα πολύ απλοποιημένο μοντέλο παιχνιδιού για το πώς προκύπτουν τα πραγματικά μοτίβα και δεν το εφάρμοσε ποτέ σε ένα πραγματικό βιολογικό πρόβλημα. Αλλά προσφέρει ένα πλαίσιο στο οποίο θα βασιστείτε. Στην περίπτωση του εγκεφάλου, οι Cowan και Ermentrout επεσήμαναν στην εργασία τους του 1979 ότι οι νευρώνες μπορούν να περιγραφούν ως ενεργοποιητές ή αναστολείς. Οι νευρώνες ενεργοποιητές ενθαρρύνουν τα κοντινά κύτταρα να πυροδοτούν επίσης, ενισχύοντας ηλεκτρικά σήματα, ενώ οι ανασταλτικοί νευρώνες κλείνουν τους πλησιέστερους γείτονές τους, μειώνοντας τα σήματα. Οι ερευνητές παρατήρησαν ότι οι νευρώνες ενεργοποιητές στον οπτικό φλοιό συνδέονται κυρίως με κοντινούς ενεργοποιητές νευρώνες, ενώ οι ανασταλτικοί νευρώνες έτειναν να συνδέονται με ανασταλτικούς νευρώνες πιο μακριά, σχηματίζοντας ένα ευρύτερο δίκτυο. Αυτό θυμίζει τους δύο διαφορετικούς ρυθμούς διάχυσης χημικών που απαιτούνται στον κλασικό μηχανισμό Turing και θεωρητικά, θα μπορούσε αυθόρμητα να δημιουργήσει λωρίδες ή κηλίδες ενεργών νευρώνων διασκορπισμένων σε μια θάλασσα χαμηλής νευρωνικής δραστηριότητας. Αυτές οι ρίγες ή κηλίδες, ανάλογα με τον προσανατολισμό τους, θα μπορούσαν να είναι αυτές που δημιουργούν αντιλήψεις για πλέγματα, σήραγγες, σπείρες και ιστούς αράχνης.

Ενώ ο Cowan αναγνώρισε ότι θα μπορούσε να υπάρχει κάποιο είδος μηχανισμού Turing να λειτουργεί στον οπτικό φλοιό, το μοντέλο του δεν έλαβε υπόψη τον θόρυβο - την τυχαία, εκρηκτική πυροδότηση των νευρώνων - που φαινόταν πιθανό να παρεμβαίνει στο σχηματισμό των μοτίβων Turing. Εν τω μεταξύ, ο Goldenfeld και άλλοι ερευνητές εφάρμοζαν τις ιδέες του Turing στην οικολογία, ως μοντέλο για τη δυναμική των αρπακτικών-θηραμάτων. Σε αυτό το σενάριο, τα θηράματα χρησιμεύουν ως ενεργοποιητές, επιδιώκοντας να αναπαραχθούν και να αυξήσουν τον αριθμό τους, ενώ τα αρπακτικά χρησιμεύουν ως αναστολείς, κρατώντας τον πληθυσμό των θηραμάτων υπό έλεγχο με τις δολοφονίες τους. Έτσι, μαζί σχηματίζουν χωρικά μοτίβα που μοιάζουν με Turing. Ο Goldenfeld μελετούσε πώς οι τυχαίες διακυμάνσεις στους πληθυσμούς των θηρευτών και των θηραμάτων επηρεάζουν αυτά τα μοτίβα. Ήξερε για το έργο του Cowan στη νευροεπιστήμη και σύντομα συνειδητοποίησε ότι οι γνώσεις του θα μπορούσαν να εφαρμοστούν και εκεί.

Σπίτια με μάτια και σαγόνια

Ένας φυσικός συμπυκνωμένης ύλης με εκπαίδευση, ο Goldenfeld στρέφεται προς τη διεπιστημονική έρευνα, εφαρμόζοντας έννοιες και τεχνικές από τη φυσική και τα μαθηματικά έως τη βιολογία και την εξελικτική οικολογία. Πριν από περίπου 10 χρόνια, αυτός και ο τότε μεταπτυχιακός φοιτητής του Τομ Μπάτλερ συλλογίζονταν πώς αλλάζει η χωρική κατανομή των αρπακτικών και των θηραμάτων ως απάντηση σε τυχαίες τοπικές διακυμάνσεις στους πληθυσμούς τους, για παράδειγμα εάν ένα κοπάδι προβάτων δέχεται επίθεση από λύκους. Οι Goldenfeld και Butler διαπίστωσαν ότι όταν ο πληθυσμός ενός κοπαδιού είναι σχετικά χαμηλός, οι τυχαίες διακυμάνσεις μπορεί να έχουν μεγάλα αποτελέσματα, ακόμη και να οδηγήσουν σε εξαφάνιση. Έγινε σαφές ότι τα οικολογικά μοντέλα πρέπει να λαμβάνουν υπόψη τις τυχαίες διακυμάνσεις αντί να περιγράφουν απλώς τη μέση συμπεριφορά των πληθυσμών. «Μόλις ήξερα πώς να κάνω τον υπολογισμό της διακύμανσης για το σχηματισμό προτύπων», είπε ο Γκόλντενφελντ, «ήταν ένα προφανές επόμενο βήμα να το εφαρμόσω στο πρόβλημα των παραισθήσεων».

Στον εγκέφαλο, είναι ο αριθμός των νευρώνων που είναι ενεργοποιημένοι ή απενεργοποιημένοι που κυμαίνεται τυχαία και όχι οι πληθυσμοί προβάτων και λύκων. Εάν ένας νευρώνας ενεργοποιητής ενεργοποιηθεί τυχαία, μπορεί να προκαλέσει την ενεργοποίηση και άλλων κοντινών νευρώνων. Αντίθετα, όταν ένας ανασταλτικός νευρώνας ενεργοποιείται τυχαία, προκαλεί την απενεργοποίηση των κοντινών νευρώνων. Επειδή οι συνδέσεις μεταξύ των ανασταλτικών νευρώνων είναι μεγάλης εμβέλειας, τυχόν ανασταλτικά σήματα που προκύπτουν τυχαία εξαπλώνονται ταχύτερα από τα τυχαία διεγερτικά σήματα - ακριβώς αυτό που χρειάζεται για έναν μηχανισμό που μοιάζει με Turing. Τα μοντέλα του Goldenfeld πρότειναν ότι θα σχηματιστούν λωρίδες ενεργών και ανενεργών νευρώνων σε ένα μοτίβο που μοιάζει με Turing. Ονόμασε αυτά τα στοχαστικά μοτίβα Turing.

Ωστόσο, για να λειτουργήσει σωστά, ο οπτικός φλοιός πρέπει να οδηγείται κυρίως από εξωτερικά ερεθίσματα και όχι από τις δικές του εσωτερικές θορυβώδεις διακυμάνσεις. Τι εμποδίζει τα στοχαστικά μοτίβα Turing από το να σχηματίζονται συνεχώς και να μας κάνουν να έχουμε συνεχώς παραισθήσεις; Ο Goldenfeld και οι συνεργάτες του υποστηρίζουν ότι παρόλο που η πυροδότηση των νευρώνων μπορεί να είναι τυχαία, οι συνδέσεις τους δεν είναι. Ενώ οι συνδέσεις μικρής εμβέλειας μεταξύ των διεγερτικών νευρώνων είναι κοινές, οι συνδέσεις μεγάλης εμβέλειας μεταξύ των ανασταλτικών νευρώνων είναι αραιές και ο Goldenfeld πιστεύει ότι αυτό βοηθά στην καταστολή της εξάπλωσης τυχαίων σημάτων. Αυτός και οι κοόρτες του εξέτασαν αυτήν την υπόθεση δημιουργώντας δύο ξεχωριστά μοντέλα νευρωνικών δικτύων. Το ένα βασίστηκε στην πραγματική καλωδίωση του οπτικού φλοιού και το άλλο ήταν ένα γενικό δίκτυο με τυχαίες συνδέσεις. Στο γενικό μοντέλο, η κανονική οπτική λειτουργία υποβαθμίστηκε σημαντικά επειδή η τυχαία πυροδότηση των νευρώνων χρησίμευσε για να ενισχύσει το φαινόμενο Turing. «Ένας γενικά καλωδιωμένος οπτικός φλοιός θα μολυνόταν από παραισθήσεις», είπε ο Γκόλντενφελντ. Στο ρεαλιστικό μοντέλο του φλοιού, ωστόσο, ο εσωτερικός θόρυβος μετριάστηκε αποτελεσματικά.

Ο Goldenfeld προτείνει ότι η εξέλιξη έχει επιλέξει μια συγκεκριμένη δομή δικτύου που αναστέλλει παραισθησιογόνα μοτίβα:Η αραιότητα των συνδέσεων μεταξύ ανασταλτικών νευρώνων εμποδίζει τα ανασταλτικά σήματα να ταξιδεύουν μεγάλες αποστάσεις, διαταράσσοντας τον στοχαστικό μηχανισμό Turing και την αντίληψη των χωνιών, των ιστών αράχνης, των σπειρών και ούτω καθεξής. Τα κυρίαρχα μοτίβα που διαδίδονται μέσω του δικτύου θα βασίζονται σε εξωτερικά ερεθίσματα — κάτι πολύ καλό για την επιβίωση, καθώς θέλετε να μπορείτε να εντοπίσετε ένα φίδι και να μην σας αποσπά η προσοχή από ένα όμορφο σπειροειδές σχήμα.

«Αν ο φλοιός είχε χτιστεί με αυτές τις ανασταλτικές συνδέσεις μεγάλης εμβέλειας παντού, τότε η τάση να σχηματίζονται αυτά τα μοτίβα θα ήταν ισχυρότερη από την τάση επεξεργασίας της οπτικής εισόδου που εισέρχεται. Θα ήταν καταστροφή και δεν θα είχαμε ποτέ επέζησε», είπε ο Τόμας. Επειδή οι ανασταλτικές συνδέσεις μεγάλης εμβέλειας είναι αραιές, "τα μοντέλα δεν παράγουν αυθόρμητα μοτίβα εκτός και αν τα αναγκάσετε να το κάνουν, προσομοιώνοντας τις επιπτώσεις των παραισθησιογόνων ναρκωτικών."

Πειράματα έδειξαν ότι παραισθησιογόνα όπως το LSD φαίνεται να διαταράσσουν τους κανονικούς μηχανισμούς φιλτραρίσματος που χρησιμοποιεί ο εγκέφαλος, ενισχύοντας ίσως τις ανασταλτικές συνδέσεις μεγάλης εμβέλειας και επομένως επιτρέποντας σε τυχαία σήματα να ενισχύονται σε ένα στοχαστικό φαινόμενο Turing.

Ο Γκόλντενφελντ και οι συνεργάτες του δεν έχουν δοκιμάσει ακόμα πειραματικά τη θεωρία τους για τις οπτικές παραισθήσεις, αλλά τα τελευταία χρόνια έχουν προκύψει αδιάσειστα στοιχεία ότι τα στοχαστικά μοτίβα Τούρινγκ προκύπτουν σε βιολογικά συστήματα. Γύρω στο 2010, ο Γκόλντενφελντ άκουσε για τη δουλειά που έκανε ο Ρόναλντ Βάις, ένας συνθετικός βιολόγος στο Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Μασαχουσέτης, ο οποίος πάλευε για χρόνια να βρει το κατάλληλο θεωρητικό πλαίσιο για να εξηγήσει μερικά ενδιαφέροντα πειραματικά αποτελέσματα.

Χρόνια νωρίτερα, ο Weiss και η ομάδα του είχαν αναπτύξει βακτηριακά βιοφίλμ που ήταν γενετικά τροποποιημένα για να εκφράζουν ένα από τα δύο διαφορετικά μόρια σηματοδότησης. Σε μια προσπάθεια να δείξουν την ανάπτυξη ενός κλασικού μοτίβου Turing, επισήμαναν τα μόρια σηματοδότησης με φθορίζοντες δείκτες έτσι ώστε οι ενεργοποιητές να ανάβουν κόκκινο και οι αναστολείς να ανάβουν πράσινο. Αν και το πείραμα ξεκίνησε με ένα ομοιογενές βιοφίλμ, με την πάροδο του χρόνου εμφανίστηκε ένα μοτίβο που μοιάζει με Turing, με κόκκινες πουά διάσπαρτες σε μια λωρίδα πράσινου. Ωστόσο, οι κόκκινες κουκίδες εντοπίστηκαν πολύ πιο τυχαία από ό,τι, ας πούμε, τα σημεία των λεοπαρδάλεων. Επιπλέον πειράματα απέτυχαν επίσης να δώσουν τα επιθυμητά αποτελέσματα.

Όταν ο Goldenfeld άκουσε για αυτά τα πειράματα, υποψιάστηκε ότι τα δεδομένα του Weiss μπορούσαν να εξεταστούν από μια στοχαστική σκοπιά. «Αντί να προσπαθούμε να κάνουμε τα μοτίβα πιο κανονικά και λιγότερο θορυβώδη», είπε ο Weiss, «καταλάβαμε μέσω της συνεργασίας μας με τον Nigel ότι αυτά είναι πραγματικά στοχαστικά μοτίβα Turing». Ο Weiss, ο Goldenfeld και οι συνεργάτες τους δημοσίευσαν τελικά την εργασία τους στο Πρακτικά της Εθνικής Ακαδημίας Επιστημών τον περασμένο μήνα, 17 χρόνια μετά την έναρξη της έρευνας.

Τα βιοφίλμ σχημάτισαν στοχαστικά μοτίβα Turing επειδή η γονιδιακή έκφραση είναι μια θορυβώδης διαδικασία. Σύμφωνα με τον Joel Stavans του Ινστιτούτου Επιστήμης Weizmann στο Ισραήλ, αυτός ο θόρυβος είναι υπεύθυνος για τις ανισότητες μεταξύ των κυττάρων, τα οποία μπορεί να έχουν τις ίδιες γενετικές πληροφορίες αλλά να συμπεριφέρονται διαφορετικά. Σε πρόσφατα δημοσιευμένη εργασία, ο Stavans και οι συνεργάτες του ερεύνησαν πώς ο θόρυβος στη γονιδιακή έκφραση μπορεί να οδηγήσει σε στοχαστικά μοτίβα Turing στα κυανοβακτήρια, αρχαίους οργανισμούς που παράγουν μεγάλο ποσοστό του οξυγόνου στη Γη. Οι ερευνητές μελέτησαν την Anabaena , ένας τύπος κυανοβακτηρίων με μια απλή δομή κυττάρων που συνδέονται μεταξύ τους σε ένα μακρύ τρένο. Μια Anabaena Τα κύτταρα του μπορεί να ειδικεύονται για να εκτελέσουν μία από τις δύο δραστηριότητες:τη φωτοσύνθεση ή τη μετατροπή του αζώτου στην ατμόσφαιρα σε πρωτεΐνες. Μια Anabaena μπορεί να έχει, για παράδειγμα, ένα κύτταρο δέσμευσης αζώτου, μετά 10 ή 15 κύτταρα φωτοσύνθεσης, μετά ένα άλλο κύτταρο δέσμευσης αζώτου και ούτω καθεξής, σε αυτό που φαίνεται να είναι ένα στοχαστικό μοτίβο Turing. Ο ενεργοποιητής, σε αυτή την περίπτωση, είναι μια πρωτεΐνη που δημιουργεί έναν βρόχο θετικής ανάδρασης για την παραγωγή περισσότερων τέτοιων πρωτεϊνών. Ταυτόχρονα, η πρωτεΐνη μπορεί επίσης να παράγει άλλες πρωτεΐνες που διαχέονται στα γειτονικά κύτταρα και αναστέλλουν την παραγωγή της πρώτης πρωτεΐνης. Αυτό είναι το κύριο χαρακτηριστικό ενός μηχανισμού Turing:ένας ενεργοποιητής και ένας αναστολέας μάχονται ο ένας εναντίον του άλλου. Στο Anabaena , ο θόρυβος οδηγεί τον ανταγωνισμό.

Οι ερευνητές λένε ότι το γεγονός ότι οι στοχαστικές διαδικασίες Turing φαίνεται να λειτουργούν σε αυτά τα δύο βιολογικά πλαίσια προσθέτει αληθοφάνεια στη θεωρία ότι ο ίδιος μηχανισμός εμφανίζεται στον οπτικό φλοιό. Τα ευρήματα δείχνουν επίσης πώς ο θόρυβος παίζει καθοριστικό ρόλο στους βιολογικούς οργανισμούς. «Δεν υπάρχει άμεση συσχέτιση μεταξύ του τρόπου με τον οποίο προγραμματίζουμε τους υπολογιστές» και του πώς λειτουργούν τα βιολογικά συστήματα, είπε ο Weiss. «Η βιολογία απαιτεί διαφορετικά πλαίσια και αρχές σχεδιασμού. Ο θόρυβος είναι ένα από αυτά."

Υπάρχουν ακόμα πολλά να καταλάβουμε για τις παραισθήσεις. Ο Jean-Paul Sartre πειραματίστηκε με τη μεσκαλίνη στο Παρίσι το 1935 και διαπίστωσε ότι παραμόρφωσε την οπτική του αντίληψη για εβδομάδες. Τα σπίτια έμοιαζαν να έχουν «προσεγμένα πρόσωπα, όλα τα μάτια και τα σαγόνια», τα πρόσωπα του ρολογιού έμοιαζαν με κουκουβάγιες και έβλεπε καβούρια να τον ακολουθούν όλη την ώρα. Αυτές είναι παραισθήσεις πολύ υψηλότερου επιπέδου από τις απλές σταθερές μορφής του Klüver. "Τα πρώιμα στάδια της οπτικής ψευδαίσθησης είναι πολύ απλά - αυτά τα γεωμετρικά μοτίβα", είπε ο Ermentrout. Αλλά όταν εμφανίζονται υψηλότερες γνωστικές λειτουργίες, όπως η μνήμη, είπε, «αρχίζεις να βλέπεις πιο περίπλοκες παραισθήσεις και προσπαθείς να τις κατανοήσεις. Πιστεύω ότι το μόνο που βλέπετε είναι η αυθόρμητη εμφάνιση [αποθηκευμένων αναμνήσεων] καθώς οι υψηλότερες περιοχές του εγκεφάλου γίνονται πιο ενθουσιασμένες."

Στη δεκαετία του ’20, ο Klüver δούλευε επίσης με άτομα που ανέφεραν απτικές ψευδαισθήσεις, όπως ιστούς αράχνης που σέρνονταν στο δέρμα τους. Ο Ermentrout πιστεύει ότι αυτό είναι σύμφωνο με μια σταθερά μορφής που μοιάζει με ιστό αράχνης που χαρτογραφείται στον σωματοαισθητικό φλοιό. Παρόμοιες διεργασίες μπορεί να εκδηλωθούν στον ακουστικό φλοιό, ο οποίος θα μπορούσε να ευθύνεται όχι μόνο για ακουστικές παραισθήσεις αλλά και για φαινόμενα όπως οι εμβοές. Ο Cowan συμφωνεί, σημειώνοντας ότι ο εγκέφαλος έχει παρόμοια καλωδίωση παντού, οπότε αν μια θεωρία των παραισθήσεων «λειτουργεί για την όραση, θα λειτουργήσει και για όλες τις άλλες αισθήσεις».