Serotonina îmbunătățește învățarea, nu doar starea de spirit
Neurotransmițătorul serotoninei este legat de controlul stării de spirit, deși ajută și la reglarea diverselor alte funcții, cum ar fi somnul și dorința sexuală. Noile cercetări au descoperit un alt rol jucat de serotonină: creșterea vitezei de învățare.
Deși variațiile nivelurilor de serotonină sunt legate de tulburări ale dispoziției, cum ar fi depresia, încă nu știm prea multe despre toate rolurile jucate de acest neurotransmițător.
Unele lucrări de studiu anterioare l-au legat de memorie și neuroplasticitate sau de capacitatea creierului de a se adapta continuu de-a lungul vieții unei persoane, astfel încât să păstreze sănătatea și funcția cognitivă.
Acum, oamenii de știință care se întind pe două instituții - Centrul Champalimaud pentru Necunoscut (CCU) din Lisabona, Portugalia și University College London (UCL) din Regatul Unit - au aprofundat și au descoperit că și serotonina este implicată în procesele de învățare.
Mai precis, se pare că contribuie la viteza cu care învățăm noi informații, așa cum explică cercetătorii într-o lucrare publicată acum în jurnal. Comunicări despre natură.
Studiul, realizat pe un model de șoarece, a testat cât de repede animalele ar putea să își adapteze comportamentul la o anumită situație. Serotonina părea că joacă un rol în acest proces.
„Studiul a constatat că serotonina mărește viteza de învățare”, explică co-autorul studiului Zachary Mainen, de la CCU.
Atunci cand neuronii serotoninergici au fost activati artificial, folosind lumina, a facut soarecii sa-si adapteze mai repede comportamentul intr-o situatie care necesita o astfel de flexibilitate, adauga el.
Adica au dat mai multa greutate noilor informatii si, prin urmare, s-au razgandit mai repede cand acesti neuroni erau activi.
Zachary Mainen
Două strategii de învățare
Pentru a studia procesele și viteza de învățare a animalelor, cercetătorii au expus șoarecii la o sarcină de învățare, în care scopul era să găsească apă.
„Animalele au fost plasate într-o cameră în care trebuiau să pună fie un distribuitor de apă în partea stângă, fie unul în dreapta - care, cu o anumită probabilitate, ar distribui apă sau nu”, spune autorul studiului, Madalena Fonseca, din CCU, explicând șablonul experimentului.
Șoarecii au încercat în continuare să obțină apă de la dozatoare și au aflat cum au fost mai susceptibile să o găsească pe baza încercărilor și erorilor. Dar, a observat echipa, cât timp au așteptat animalele între încercări tind să varieze.
Uneori, animalele au făcut o altă încercare de a obține apă imediat după ce au încercat deja și uneori au așteptat mai mult înainte de un alt proces.
Oamenii de știință au văzut, de asemenea, că șoarecii au avut tendința de a aștepta mai mult între încercările de la începutul și sfârșitul sesiunii experimentale de o zi.
Acest lucru i-a determinat pe cercetători să facă ipoteza că, la începutul unei sesiuni, animalele ar putea fi încă destul de distrase și neinteresate de sarcina pe care o au, „sperând probabil să iasă din camera experimentală”, așa cum scriu autorii studiului.
Apoi, din nou, la sfârșitul unei sesiuni, șoarecii ar putea să nu aibă motivația de a continua să caute apă, deoarece, până la acel moment, este posibil să fi fost deja plini.
Variabilitatea astfel observată a condus în cele din urmă echipa să înțeleagă modul în care serotonina ar putea afecta învățarea și luarea deciziilor.
În funcție de timpul de așteptare preferat de șoareci între încercările lor de a găsi apă, au folosit, de asemenea, unul dintre cele două tipuri de strategii pentru a maximiza probabilitatea de succes în studiile lor.
Memoria de lucru vs. memoria pe termen lung
Cu intervale scurte de timp de așteptare între încercările animalelor, oamenii de știință au observat că șoarecii tindeau să-și bazeze strategia pe rezultatul - reușit sau nereușit - al procesului precedent.
Adică, dacă șoarecii ar fi reușit să recupereze apă dintr-un dozator, ar încerca din nou aceeași. Dacă acesta eșua acum, ei ar trece apoi la celălalt distribuitor. Această abordare este denumită strategia „câștig-ședere-pierdere-schimbare”.
În cazul unor intervale mai lungi de timp de așteptare între studii, șoarecii au fost mai predispuși să facă o alegere pe baza experiențelor anterioare acumulate.
Ceea ce înseamnă acest lucru, explică cercetătorii, este că, în primul caz, șoarecii și-au folosit memoria de lucru sau tipul de memorie pe termen scurt care duce la luarea deciziilor adaptive pe baza experienței imediate.
În ultimul caz, însă, animalele și-au folosit memoria pe termen lung, accesând cunoștințe deja stocate, care au fost construite de-a lungul timpului.
Serotonina face ca învățarea să fie mai eficientă
Utilizând optogenetica - o tehnică care utilizează lumina pentru a manipula moleculele din celulele vii - cercetătorii CCU au stimulat celulele producătoare de serotonină din creierul șoarecilor pentru a vedea cum nivelurile crescute ale acestui neurotransmițător ar putea afecta comportamentul animalelor în sarcina de învățare.
Când au analizat datele acumulate, ținând seama de intervalele de timp de așteptare dintre studiile șoarecilor, au ajuns la concluzia că nivelurile mai ridicate de serotonină au amplificat cât de eficient au învățat animalele din experiențele anterioare. Totuși, acest lucru s-a aplicat doar alegerilor făcute în urma unor intervale de așteptare mai lungi.
„Serotonina îmbunătățește întotdeauna învățarea din recompensă, dar acest efect este evident doar pe un subset de alegeri ale animalelor”, notează co-autorul studiului, Masayoshi Murakami, de la CCU.
„În majoritatea studiilor”, adaugă cercetătorul UCL Kiyohito Iigaya, „alegerea a fost determinată de un„ sistem rapid ”, în care animalele au urmat o strategie de câștig-ședere-pierdere-schimbare. Dar, pentru un număr mic de studii, am constatat că această strategie simplă nu explica deloc alegerile animalelor ".
„În aceste încercări”, spune el, „am constatat în schimb că animalele au urmat„ sistemul lor lent ”, în care istoricul recompenselor de-a lungul multor încercări și nu numai cele mai recente încercări a fost cel care le-a afectat alegerile.”
„Mai mult decât atât”, adaugă Iigaya, „serotonina a afectat doar aceste ultime alegeri, în care animalul urma sistemul lent”.
Legături cu starea de spirit și comportamentul
Autorii cred, de asemenea, că descoperirile pot explica de ce inhibitorii selectivi ai recaptării serotoninei (ISRS) - un tip de medicament care crește nivelul serotoninei și care este utilizat în tratamentul depresiei - sunt cei mai eficienți atunci când sunt utilizați în combinație cu terapia cognitiv-comportamentală (TCC).
În timp ce ISRS abordează depresia abordând dezechilibrele chimice din creier, obiectivul CBT este de a schimba răspunsurile comportamentale pentru a îmbunătăți simptomele depresiei.
„Rezultatele noastre sugerează că serotonina mărește plasticitatea [creierului] prin influențarea ratei de învățare”, scriu autorii studiului în concluzia lucrării lor publicate.
Ei adaugă, „Acest lucru rezonează, de exemplu, cu faptul că tratamentul cu un ISRS poate fi mai eficient atunci când este combinat cu așa-numita terapie comportamentală cognitivă, care încurajează ruperea obiceiurilor la pacienți”.
