Serotonín zvyšuje učenie, nielen náladu
Neurotransmiter serotonín súvisí s kontrolou nálady, aj keď tiež pomáha regulovať rôzne ďalšie funkcie, ako je spánok a sexuálna túžba. Nový výskum odhalil ďalšiu úlohu, ktorú hrá serotonín: zvýšenie rýchlosti učenia.
Aj keď variácie hladín serotonínu súvisia s poruchami nálady, ako je depresia, stále toho veľa nevieme o všetkých úlohách, ktoré tento neurotransmiter zohráva.
Niektoré predchádzajúce štúdie to spájajú s pamäťou a neuroplasticitou alebo so schopnosťou mozgu neustále sa adaptovať po celý život človeka, aby sa zachovalo zdravie a kognitívne funkcie.
Vedci z dvoch inštitúcií - Champalimaudovo centrum pre neznáme (CCU) v portugalskom Lisabone a University College London (UCL) vo Veľkej Británii - sa teraz ponorili hlbšie a zistili, že aj serotonín je zapojený do procesov učenia.
Zdá sa, že konkrétnejšie prispieva k rýchlosti, akou sa dozvedáme nové informácie, ako to vysvetľujú vedci v článku, ktorý je teraz uverejnený v časopise. Komunikácia o prírode.
Štúdia uskutočnená na myšom modeli testovala, ako rýchlo budú zvieratá schopné prispôsobiť svoje správanie danej situácii. Zdá sa, že v tomto procese hrá úlohu serotonín.
„Štúdia zistila, že serotonín zvyšuje rýchlosť učenia,“ vysvetľuje spoluautor štúdie Zachary Mainen z CCU.
"Keď boli serotonínové neuróny aktivované umelo pomocou svetla, umožnilo to myšiam rýchlejšie prispôsobiť svoje správanie v situácii, ktorá si vyžadovala takúto flexibilitu," dodáva.
"To znamená, že dali väčšiu váhu novým informáciám, a preto rýchlejšie zmenili názor, keď boli tieto neuróny aktívne."
Zachary Mainen
Dve stratégie učenia
Aby bolo možné študovať učebné procesy a rýchlosť zvierat, vedci vystavili myši učebnú úlohu, ktorej cieľom bolo nájsť vodu.
„Zvieratá boli umiestnené v komore, kde museli strkať buď dávkovač vody na ľavú stranu, alebo na pravý stĺpik - ktorý s určitou pravdepodobnosťou potom vypustí vodu alebo nie,“ hovorí autorka štúdie Madalena Fonseca z CCU, vysvetlenie šablóny experimentu.
Myši sa stále snažili získavať vodu z automatov a na základe pokusov a omylov sa dozvedeli, ako je pravdepodobnejšie, že ju nájdu. Tím však pozoroval, ako dlho sa zvieratá medzi pokusmi čakali, sa zvykli líšiť.
Zvieratá sa niekedy pokúsili nabrať vodu ihneď po vyskúšaní a niekedy čakali dlhšie, kým sa pokúsili uskutočniť ďalší pokus.
Vedci tiež zistili, že myši mali tendenciu čakať dlhšie medzi pokusmi na začiatku a na konci denného experimentálneho sedenia.
To viedlo vedcov k hypotéze, že na začiatku zasadnutia môžu byť zvieratá stále dosť roztržité a nezaujímajú ich úlohy, ktoré „možno dúfajú, že sa dostanú von z experimentálnej komory“, ako píšu autori štúdie.
Na konci relácie potom myši pravdepodobne nebudú mať motiváciu pokračovať v hľadaní vody, pretože v tom čase už mohli byť naplnené.
Takto pozorovaná variabilita nakoniec viedla tím k pochopeniu toho, ako môže serotonín ovplyvňovať učenie a rozhodovanie.
V závislosti na dobe čakania, ktorú uprednostňujú myši pred svojimi pokusmi o nájdenie vody, použili tiež jeden z dvoch druhov stratégií, aby maximalizovali pravdepodobnosť úspechu vo svojich pokusoch.
Pracovná pamäť vs. dlhodobá pamäť
Vedci si v krátkych intervaloch medzi pokusmi zvierat všimli, že myši mali tendenciu zakladať svoju stratégiu na výsledku - úspešnom alebo neúspešnom - predchádzajúceho pokusu.
To znamená, že keby sa myšiam práve podarilo odobrať vodu z jedného dávkovača, skúsili by znova to isté. Ak by tento teraz zlyhal, presunuli by sa k druhému automatu. Tento prístup sa označuje ako stratégia „win-stay-lose-switch“.
V prípade dlhších intervalov čakacej doby medzi pokusmi bolo pravdepodobnejšie, že si myši vybrali na základe nahromadených minulých skúseností.
Čo to znamená, vysvetľujú vedci, je to, že v prvom prípade myši používali svoju pracovnú pamäť alebo typ krátkodobej pamäte, ktorá vedie k adaptívnemu rozhodovaniu na základe okamžitých skúseností.
V druhom prípade však zvieratá využili svoju dlhodobú pamäť a dostali sa k už uloženým vedomostiam, ktoré boli vybudované v priebehu času.
Serotonín zefektívňuje učenie
Pomocou optogenetiky - techniky využívajúcej svetlo na manipuláciu s molekulami v živých bunkách - vedci z CCU stimulovali bunky produkujúce serotonín v mozgu myší, aby zistili, ako môžu zvýšené hladiny tohto neurotransmiteru ovplyvňovať správanie zvierat pri úlohe učenia.
Keď analyzovali nahromadené údaje, pričom zohľadnili čakacie intervaly medzi pokusmi na myšiach, dospeli k záveru, že vyššie hladiny serotonínu zosilňujú, ako efektívne sa zvieratá učili z predchádzajúcich skúseností. To však platilo iba pre voľby vykonané po dlhších čakacích intervaloch.
„Serotonín vždy zlepšuje učenie sa odmenou, ale tento efekt je zjavný iba u podskupiny možností zvierat,“ poznamenáva spoluautor štúdie Masayoshi Murakami z CCU.
„Pri väčšine pokusov,“ dodáva výskumník UCL Kiyohito Iigaya, „bol výber vedený„ rýchlym systémom “, v ktorom zvieratá postupovali podľa stratégie„ win-stay-lose-switch “. Ale pri malom počte pokusov sme zistili, že táto jednoduchá stratégia vôbec nevysvetlila výber zvierat. “
„Pri týchto pokusoch,“ hovorí, „sme namiesto toho zistili, že zvieratá sledovali ich„ pomalý systém “, v ktorom na ich výber ovplyvnila história odmien za mnoho pokusov, a to nielen pri najnovších pokusoch.“
"Navyše," dodáva Iigaya, "serotonín ovplyvnil iba tieto posledné možnosti, pri ktorých zviera sledovalo pomalý systém."
Väzby na náladu a správanie
Autori sa tiež domnievajú, že zistenia môžu vysvetliť, prečo sú selektívne inhibítory spätného vychytávania serotonínu (SSRI) - liek, ktorý zvyšuje hladinu serotonínu a ktorý sa používa pri liečbe depresie - najúčinnejší, ak sa používajú v kombinácii s kognitívnou behaviorálnou terapiou (CBT).
Zatiaľ čo SSRI bojujú proti depresii riešením chemickej nerovnováhy v mozgu, cieľom CBT je zmeniť behaviorálne reakcie na zlepšenie symptómov depresie.
"Naše výsledky naznačujú, že serotonín zvyšuje plasticitu [mozgu] ovplyvnením rýchlosti učenia," píšu autori štúdie v závere svojej publikovanej práce.
Dodávajú: „To rezonuje napríklad s tým, že liečba SSRI môže byť účinnejšia v kombinácii s takzvanou kognitívnou behaviorálnou terapiou, ktorá podporuje odbúravanie návykov u pacientov.“
