Серотонинът подобрява ученето, а не само настроението
Невротрансмитерът серотонин е свързан с контрола на настроението, въпреки че помага и за регулиране на различни други функции, като сън и сексуално желание. Ново изследване разкри друга роля, която серотонинът играе: повишаване на скоростта на обучение.
Въпреки че вариациите в нивата на серотонин са свързани с разстройства на настроението като депресия, все още не знаем толкова много за всички роли, които играе този невротрансмитер.
Някои предишни проучвания го свързват с паметта и невропластичността или способността на мозъка да се адаптира непрекъснато през целия живот на човека, така че да запази здравето и когнитивните функции.
Сега учени, обхващащи две институции - Центъра за непознато Champalimaud (CCU) в Лисабон, Португалия и Университетския колеж в Лондон (UCL) в Обединеното кралство, са се задълбочили и са установили, че серотонинът също участва в учебните процеси.
По-конкретно, изглежда, че допринася за скоростта, с която научаваме нова информация, както обясняват изследователите в статия, публикувана в списанието Nature Communications.
Изследването, проведено в модел на мишка, тества колко бързо животните ще могат да адаптират поведението си към дадена ситуация. Изглежда, че серотонинът играе роля в този процес.
„Проучването установи, че серотонинът повишава скоростта на учене“, обяснява съавторът на изследването Захари Майнън от CCU.
„Когато серотониновите неврони се активират изкуствено, използвайки светлина, това прави мишките по-бързи да адаптират поведението си в ситуация, която изисква такава гъвкавост“, добавя той.
„Тоест те придават по-голяма тежест на новата информация и следователно променят мнението си по-бързо, когато тези неврони са активни.“
Захари Майнен
Две учебни стратегии
За да изучат процесите и скоростта на обучение на животните, изследователите изложиха мишките на учебна задача, в която целта беше да се намери вода.
„Животните бяха поставени в камера, където трябваше да пробоят или дозатор за вода от лявата си страна, или един от дясната - който с известна вероятност би допуснал вода или не“, казва авторът на изследването Мадалена Фонсека от CCU, обясняващ експерименталния шаблон.
Мишките непрекъснато се опитваха да получат вода от дозаторите и научиха как е по-вероятно да я открият въз основа на опити и грешки. Но екипът отбеляза, че колко време животните чакат между опитите варират.
Понякога животните правят нов опит за получаване на вода веднага след като вече са опитали, а понякога чакат по-дълго преди друго изпитание.
Учените също така видяха, че мишките обикновено изчакват по-дълго между опитите в началото и в края на експерименталната сесия на деня.
Това накара изследователите да предположат, че в началото на сесията животните все още могат да бъдат разсеяни и незаинтересовани от разглежданата задача, „може би с надеждата да излязат от експерименталната камера“, както пишат авторите на изследването.
След това отново, в края на сесия, мишките може да нямат мотивация да продължат да търсят вода, защото по това време те може би вече са се наситили.
Така наблюдаваната променливост в крайна сметка накара екипа да разбере как серотонинът може да повлияе на ученето и вземането на решения.
В зависимост от времето на изчакване, предпочитано от мишките между опитите им да намерят вода, те също са използвали един от двата вида стратегии, за да увеличат максимално вероятността за успех в своите опити.
Работна памет срещу дългосрочна памет
С кратки интервали от време на изчакване между опитите на животните, учените забелязаха, че мишките са склонни да основават стратегията си върху резултата - успешен или неуспешен - от предходното проучване.
Тоест, ако мишките току-що бяха успели да извлекат вода от един дозатор, те щяха да опитат същата отново. Ако този сега се провали, те щяха да преминат към другия дозатор. Този подход е посочен като стратегия „спечели-остани-загуби-превключи“.
В случай на по-дълги интервали от време на изчакване между опитите, мишките са по-склонни да направят избор въз основа на натрупания опит от миналото.
Това означава, че изследователите обясняват, че в първия случай мишките са използвали своята работна памет или вида на краткосрочната памет, която води до адаптивно вземане на решения въз основа на непосредствен опит.
В последния случай обаче животните са използвали дългосрочната си памет, като са имали достъп до вече съхранени знания, които са били изградени с течение на времето.
Серотонинът прави ученето по-ефективно
Използвайки оптогенетиката - техника, която използва светлина за манипулиране на молекули в живите клетки - изследователите на CCU стимулират клетките, произвеждащи серотонин в мозъка на мишките, за да видят как повишените нива на този невротрансмитер могат да повлияят на поведението на животните в учебната задача.
Когато анализираха натрупаните данни, като взеха предвид интервалите от време на изчакване между опитите на мишките, те стигнаха до заключението, че по-високите нива на серотонин усилват колко ефективно животните са се научили от предишен опит. Това обаче се отнася само за избори, направени след по-дълги интервали на изчакване.
„Серотонинът винаги подобрява ученето от награда, но този ефект е очевиден само при подгрупа от избора на животните“, отбелязва съавторът на изследването Масайоши Мураками от CCU.
„При повечето опити,“ добавя изследователят от UCL Кийохито Игая, „изборът се ръководи от„ бърза система “, при която животните следват стратегия за победа-престой-загуба-смяна. Но при малък брой опити установихме, че тази проста стратегия изобщо не обяснява избора на животните. "
„В тези изпитания - казва той - ние вместо това установихме, че животните следват своята„ бавна система “, в която историята на наградите за много изпитания, а не само най-новите изпитания, е повлияла на техния избор.“
"Освен това," добавя Ийгая, "серотонинът е повлиял само на тези последни избори, при които животното следва бавната система."
Връзки с настроението и поведението
Авторите също така вярват, че откритията могат да обяснят защо селективните инхибитори на обратното поемане на серотонин (SSRIs) - лекарствен тип, който повишава нивата на серотонин и който се използва при лечението на депресия - са най-ефективни, когато се използват в комбинация с когнитивна поведенческа терапия (CBT).
Докато SSRI се справят с депресията, като се справят с химичния дисбаланс в мозъка, целта на CBT е да промени поведенческите реакции, за да подобри симптомите на депресия.
„Нашите резултати показват, че серотонинът повишава пластичността на [мозъка], като влияе върху скоростта на обучение“, пишат авторите на изследването в заключението към публикуваната си статия.
Те добавят: „Това резонира, например, с факта, че лечението със SSRI може да бъде по-ефективно, когато се комбинира с така наречената когнитивна поведенческа терапия, която насърчава нарушаването на навиците при пациентите.“
