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”.