Серотонін покращує навчання, а не лише настрій
Нейромедіатор серотонін пов'язаний з контролем настрою, хоча він також допомагає регулювати різні інші функції, такі як сон і сексуальне бажання. Нові дослідження виявили ще одну роль, яку відіграє серотонін: підвищення швидкості навчання.
Хоча коливання рівня серотоніну пов'язані з розладами настрою, такими як депресія, ми все ще не знаємо так багато про всі ролі, які відіграє цей нейромедіатор.
Деякі попередні навчальні роботи пов'язували це з пам'яттю та нейропластичністю або здатністю мозку постійно адаптуватися протягом життя людини, щоб зберегти здоров'я та когнітивні функції.
Зараз вчені, що охоплюють два заклади - Центр невідомих Шампалімо (CCU) у Лісабоні, Португалія та Університетський коледж Лондона (UCL) у Великобританії - глибше заглибились і виявили, що серотонін також бере участь у навчальних процесах.
Більш конкретно, це, здається, сприяє швидкості, з якою ми засвоюємо нову інформацію, як пояснюють дослідники у статті, опублікованій у журналі Природні комунікації.
Дослідження, проведене на моделі миші, перевіряло, наскільки швидко тварини зможуть адаптувати свою поведінку до певної ситуації. Здавалося, серотонін відіграє певну роль у цьому процесі.
"Дослідження показало, що серотонін підвищує швидкість навчання", - пояснює співавтор дослідження Захарі Майнен із ЦКУ.
"Коли нейрони серотоніну активувались штучно, використовуючи світло, миші швидше адаптували свою поведінку в ситуації, яка вимагала такої гнучкості", - додає він.
"Тобто вони надавали більшої ваги новій інформації, і тому швидше передумали, коли ці нейрони були активними".
Захарі Мейнен
Дві стратегії навчання
Для того, щоб вивчити процеси навчання та швидкість навчання тварин, дослідники піддали мишам навчальне завдання, метою якого було знайти воду.
"Тварин поміщали в камеру, куди їм доводилось тикати або в дозатор для води з лівого боку, або за правий - який, з певною ймовірністю, потім буде видавати воду, чи ні", - говорить автор дослідження Мадалена Фонсека, CCU, пояснюючи шаблон експерименту.
Миші продовжували намагатися отримати воду з дозаторів, і вони дізналися, як вони, швидше за все, знайдуть її на основі спроб і помилок. Але, команда зауважила, як довго тварини чекали між спробами, як правило, змінювалися.
Іноді тварини робили ще одну спробу отримати воду одразу після того, як вже спробували, а іноді вони чекали довше перед черговим випробуванням.
Вчені також побачили, що миші, як правило, довше чекали між спробами на початку та в кінці денної експериментальної сесії.
Це змусило дослідників висловити гіпотезу про те, що на початку сеансу тварини все ще можуть бути досить відволіканими та не зацікавленими у виконанні поставленого завдання, "можливо, сподіваючись вибратися з експериментальної камери", як пишуть автори дослідження.
З іншого боку, наприкінці сеансу миші можуть не мати мотивації продовжувати шукати воду, оскільки на той час вони, можливо, вже наповнились.
Спостережувана таким чином мінливість зрештою змусила команду зрозуміти, як серотонін може вплинути на навчання та прийняття рішень.
Залежно від часу очікування, який миші віддають перевагу між спробами знайти воду, вони також застосовують один із двох видів стратегій, щоб максимізувати ймовірність успіху у своїх випробуваннях.
Робоча пам’ять проти довготривалої пам’яті
З невеликими проміжками часу очікування між спробами тварин, вчені помітили, що миші, як правило, базують свою стратегію на результатах - успішних чи невдалих - попереднього випробування.
Тобто, якби мишам щойно вдалося отримати воду з одного дозатора, вони спробували б той самий ще раз. Якщо цей зараз не вдався, вони перейшли б до іншого дозатора. Цей підхід називають стратегією "переможеш-залишишся-програв-зміниш".
У разі більших інтервалів часу очікування між випробуваннями миші частіше робили вибір на основі накопиченого минулого досвіду.
Що це означає, дослідники пояснюють, що в першому випадку миші використовували свою робочу пам’ять або тип короткочасної пам’яті, що призводить до адаптивного прийняття рішень на основі безпосереднього досвіду.
Однак у останньому випадку тварини використовували свою довготривалу пам’ять, отримуючи доступ до вже збережених знань, які були побудовані з часом.
Серотонін робить навчання ефективнішим
Використовуючи оптогенетику - техніку, яка використовує світло для маніпулювання молекулами в живих клітинах - дослідники CCU стимулювали клітини, що продукують серотонін, в мозку мишей, щоб побачити, як підвищений рівень цього нейромедіатора може вплинути на поведінку тварин у навчальному завданні.
Проаналізувавши накопичені дані, беручи до уваги інтервали часу очікування між випробуваннями на мишах, вони дійшли висновку, що більш високі рівні серотоніну посилюють ефективність вивчення тваринами попереднього досвіду. Однак це стосувалося лише вибору, зробленого через довші інтервали очікування.
"Серотонін завжди підвищує рівень навчання за винагороду, але цей ефект очевидний лише підмножині вибору тварин", - зазначає співавтор дослідження Масайосі Муракамі з КСУ.
«На більшості випробувань, - додає дослідник UCL Кійохіто Іігая, - вибір був обумовлений« швидкою системою », коли тварини дотримувались стратегії« переможи - залишись - програй ». Але на невеликій кількості випробувань ми виявили, що ця проста стратегія взагалі не пояснювала вибір тварин ".
"На цих випробуваннях, - говорить він, - ми натомість виявили, що тварини дотримувались своєї" повільної системи ", в якій історія винагород за багато випробувань, а не лише останні випробування, впливала на їх вибір".
«Більше того, - додає Айгая, - серотонін впливав лише на останній вибір, коли тварина дотримувалася повільної системи».
Пов’язки з настроєм та поведінкою
Автори також вважають, що отримані результати можуть пояснити, чому селективні інгібітори зворотного захоплення серотоніну (СІЗЗС) - лікарського засобу, що підвищує рівень серотоніну та застосовується при лікуванні депресії - є найбільш ефективними, коли застосовуються у поєднанні з когнітивно-поведінковою терапією (КПТ).
Поки СІЗЗС борються з депресією шляхом усунення хімічного дисбалансу в головному мозку, метою КБТ є зміна поведінкової реакції для поліпшення симптомів депресії.
"Наші результати свідчать про те, що серотонін підвищує пластичність [мозку], впливаючи на швидкість навчання", - пишуть автори дослідження у висновку до опублікованої статті.
Вони додають: "Це резонує, наприклад, з тим фактом, що лікування за допомогою СІЗЗС може бути більш ефективним у поєднанні з так званою когнітивно-поведінковою терапією, яка стимулює порушення звичок у пацієнтів".
