Серотонин улучшает обучение, а не только настроение.
Хотя колебания уровня серотонина связаны с такими расстройствами настроения, как депрессия, мы все еще не знаем, что многое о всех ролях, которые играет этот нейротрансмиттер.
Некоторые предыдущие работы связывали его с памятью и нейропластичностью или способностью мозга непрерывно адаптироваться на протяжении всей жизни человека, чтобы сохранить здоровье и когнитивные функции.
В настоящее время ученые, работающие в двух учреждениях — Центре «Шампалимо» в Лиссабоне (Португалия) и Университетском колледже Лондона (Соединенное Королевство), — углубились и обнаружили, что серотонин также участвует в процессах обучения.
Если говорить более конкретно, то, как объясняют исследователи в статье, опубликованной в настоящее время в журнале Nature Communications, это, как представляется, способствует быстроте изучения новой информации.
Исследование, проведенное с помощью мышиной модели, показало, насколько быстро животные смогут адаптироваться к данной ситуации. В этом процессе определенную роль, похоже, сыграл Серотонин.
«Исследование показало, что серотонин повышает скорость обучения», — объясняет соавтор исследования Закари Майнен из ХЦУ.
«Когда нейроны серотонина активировались искусственно, с помощью света, мыши быстрее адаптировались к ситуации, требующей такой гибкости, — добавляет он.
» То есть, они придавали больший вес новой информации и поэтому меняли свое мнение быстрее, когда эти нейроны были активны».
Две стратегии обучения
Для изучения процессов и скорости обучения животных исследователи поставили перед мышами учебную задачу, в которой ставилась задача найти воду.
«Животных помещали в камеру, где им приходилось толкать либо диспенсер с левой, либо с правой стороны, который с определенной вероятностью подавал бы воду, либо нет», — рассказывает автор исследования Мадалена Фонсека из CCU, объясняя шаблон эксперимента.
Мыши постоянно пытались достать воду из диспенсеров, и они научились на основе проб и ошибок находить ее с большей вероятностью. Но, как заметила команда, как долго животные ждали между попытками, как правило, различались.
Иногда животные сразу же пытались получить воду, а иногда и дольше ждали следующего испытания.
Ученые также заметили, что мыши, как правило, дольше ждали между попытками в начале и в конце дня экспериментальной сессии.
Это привело исследователей к предположению, что в начале сессии животные могут быть отвлечены и не заинтересованы в решении поставленной задачи, «возможно, надеясь выбраться из экспериментальной камеры», как пишут авторы исследования.
Кроме того, в конце сеанса у мышей может не хватить мотивации продолжать поиски воды, потому что к этому времени они уже, возможно, были заполнены водой.
Наблюдаемая таким образом изменчивость в конечном итоге привела команду к пониманию того, как серотонин может повлиять на процесс обучения и принятия решений.
В зависимости от времени ожидания, которое предпочитают мыши между попытками найти воду, они также использовали один из двух видов стратегий, чтобы максимизировать вероятность успеха в своих испытаниях.
Рабочая память по сравнению с долговременной памятью
Ученые заметили, что мыши с короткими интервалами времени ожидания между попытками животных основывали свою стратегию на результатах — успешных или неудачных — предыдущих испытаний.
То есть, если бы мышам только что удалось достать воду из одного диспенсера, они бы попробовали то же самое. Если бы этот автомат не сработал, они бы перешли к другому автомату. Такой подход называется стратегией «беспроигрышного перехода от одного этапа к другому».
В случае более длинных интервалов времени ожидания между испытаниями мыши с большей вероятностью сделают выбор, основываясь на накопленном прошлом опыте.
Это означает, как объясняют исследователи, что в первом случае мыши использовали свою рабочую память, или тот тип краткосрочной памяти, который приводит к адаптивному принятию решений, основанных на непосредственном опыте.
В последнем случае, однако, животные использовали свою долговременную память, получая доступ к уже накопленным знаниям, накопленным в течение долгого времени.
Серотонин делает обучение более эффективным.
Используя оптогенетику — метод, использующий свет для манипулирования молекулами живых клеток — исследователи CCU стимулировали клетки мозга мышей, вырабатывающие серотонин, чтобы увидеть, как повышенный уровень этого нейропередатчика может повлиять на поведение животных в учебной работе.
Анализируя накопленные данные, принимая во внимание интервалы времени ожидания между испытаниями мышей, они пришли к выводу, что более высокий уровень серотонина усиливает эффективность усвоения животными предыдущего опыта. Однако это относится только к выбору, сделанному после более длительных интервалов ожидания.
«Серотонин всегда улучшает обучение на основе наград, но этот эффект проявляется только в подмножестве вариантов выбора животных», — отмечает соавтор исследования Масайоши Мураками из CCU.
На большинстве испытаний, — добавляет исследователь UCL Киёхито Ийгая, — выбор был сделан на основе «быстрой системы», в которой животные придерживались стратегии «беспроигрышного переключения». Но в ходе небольшого числа исследований мы обнаружили, что эта простая стратегия совсем не объясняет выбор животных».
«В ходе этих испытаний, — говорит он, — мы обнаружили, — что животные следовали своей «медленной системе», в которой история вознаграждений за многие испытания, а не только за последние, повлияла на их выбор».
«Более того, — добавляет Ийгая, — серотонин поражал только те последние варианты, в которых животное следовало медленной системе.»
Связь с настроением и поведением
Авторы также полагают, что полученные результаты могут объяснить, почему селективные ингибиторы повторного приема серотонина (СИРИ) — препарат, повышающий уровень серотонина и используемый для лечения депрессии, — являются наиболее эффективными при использовании в сочетании с когнитивно-поведенческой терапией (КОТ).
В то время как SSRI бороться с депрессией путем решения проблемы химического дисбаланса в мозгу, цель CBT состоит в изменении поведенческих реакций для улучшения симптомов депрессии.
«Наши результаты показывают, что серотонин повышает пластичность [мозга], влияя на скорость обучения», — пишут авторы исследования в заключении к своей опубликованной работе.
Они добавляют: «Это резонирует, например, с тем, что лечение с помощью SSRI может быть более эффективным в сочетании с так называемой когнитивно-поведенческой терапией, которая способствует разрушению привычек у пациентов».
