Серотонин улучшает обучение, а не только настроение
Нейромедиатор серотонин связан с контролем настроения, хотя он также помогает регулировать различные другие функции, такие как сон и сексуальное желание. Новое исследование выявило еще одну роль серотонина: повышение скорости обучения.
Хотя колебания уровня серотонина связаны с расстройствами настроения, такими как депрессия, мы все еще мало знаем обо всех ролях, которые играет этот нейротрансмиттер.
Некоторые предыдущие исследовательские работы связывали это с памятью и нейропластичностью, или способностью мозга непрерывно адаптироваться на протяжении всей жизни человека, чтобы сохранить здоровье и когнитивные функции.
Теперь ученые из двух институтов - Центра Неизвестного Шампалимо (CCU) в Лиссабоне, Португалия, и Университетского колледжа Лондона (UCL) в Соединенном Королевстве - углубились и обнаружили, что серотонин также участвует в процессах обучения.
В частности, похоже, что это способствует скорости, с которой мы изучаем новую информацию, как объясняют исследователи в статье, опубликованной в журнале. Nature Communications.
Исследование, проведенное на мышиной модели, проверило, насколько быстро животные смогут адаптировать свое поведение к данной ситуации. Похоже, что в этом процессе определенную роль играет серотонин.
«Исследование показало, что серотонин увеличивает скорость обучения», - объясняет соавтор исследования Захари Майнен из CCU.
«Когда серотониновые нейроны были активированы искусственно с помощью света, мыши быстрее адаптировались к ситуации, требующей такой гибкости», - добавляет он.
«То есть они придавали больший вес новой информации и поэтому быстрее меняли свое мнение, когда эти нейроны были активны».
Закари Майнен
Две стратегии обучения
Чтобы изучить процессы обучения и скорость животных, исследователи предложили мышам обучающее задание, цель которого состояла в том, чтобы найти воду.
«Животных помещали в камеру, где им приходилось тыкать в дозатор воды либо с левой стороны, либо с правой стороны, - который с определенной вероятностью будет выдавать воду или нет», - говорит автор исследования Мадалена Фонсека из CCU, объясняя шаблон эксперимента.
Мыши продолжали пытаться набрать воду из дозаторов, и они узнали, как они с большей вероятностью могут ее найти, методом проб и ошибок. Но, как заметила команда, время ожидания животных между попытками варьировалось.
Иногда животные делали еще одну попытку получить воду сразу после того, как уже попробовали, а иногда они ждали дольше перед новым испытанием.
Ученые также увидели, что мыши, как правило, дольше выжидали между попытками в начале и в конце дневной экспериментальной сессии.
Это привело исследователей к предположению, что в начале сеанса животные все еще могут быть довольно отвлечены и не заинтересованы в поставленной задаче, «возможно, надеясь выбраться из экспериментальной камеры», как пишут авторы исследования.
С другой стороны, в конце сеанса у мышей может отсутствовать мотивация продолжать поиски воды, потому что к тому времени они, возможно, уже насытились.
Наблюдаемая таким образом изменчивость в конечном итоге привела команду к пониманию того, как серотонин может влиять на обучение и принятие решений.
В зависимости от времени ожидания, которое мыши предпочитают между попытками найти воду, они также использовали один из двух видов стратегий, чтобы максимизировать вероятность успеха в своих испытаниях.
Рабочая память против долговременной памяти
С небольшими интервалами ожидания между попытками животных ученые заметили, что мыши, как правило, основывали свою стратегию на результате - успешном или неудачном - предыдущего испытания.
То есть, если мышам только что удалось набрать воду из одного дозатора, они попробовали бы снова тот же. Если сейчас это не удастся, они перейдут к другому диспенсеру. Такой подход называется стратегией «выиграть-остаться-проиграть-переключиться».
В случае более длительных интервалов ожидания между испытаниями мыши с большей вероятностью сделают выбор, основываясь на накопленном прошлом опыте.
Исследователи объясняют, что это означает, что в первом случае мыши использовали свою рабочую память или тот тип кратковременной памяти, который приводит к адаптивному принятию решений, основанному на непосредственном опыте.
Однако в последнем случае животные использовали свою долговременную память, обращаясь к уже накопленным знаниям, накопленным с течением времени.
Серотонин делает обучение более эффективным
Используя оптогенетику - технику, которая использует свет для управления молекулами в живых клетках - исследователи CCU стимулировали продуцирующие серотонин клетки в мозгу мышей, чтобы увидеть, как повышенный уровень этого нейромедиатора может повлиять на поведение животных в процессе обучения.
Когда они проанализировали накопленные данные, принимая во внимание интервалы времени ожидания между испытаниями на мышах, они пришли к выводу, что более высокие уровни серотонина увеличивают эффективность обучения животных на предыдущем опыте. Однако это относится только к вариантам, сделанным после более длительных интервалов ожидания.
«Серотонин всегда способствует обучению за счет вознаграждения, но этот эффект проявляется только в некоторых вариантах выбора животных», - отмечает соавтор исследования Масаеши Мураками из CCU.
«В большинстве испытаний, - добавляет исследователь UCL Киёхито Иигая, - выбор был обусловлен« быстрой системой », в которой животные следовали стратегии« выиграть - остаться - проиграть - переключиться ». Но в небольшом количестве испытаний мы обнаружили, что эта простая стратегия совершенно не объясняет выбор животных ».
«В ходе этих испытаний, - говорит он, - мы вместо этого обнаружили, что животные следовали своей« медленной системе », в которой на их выбор влияла история вознаграждений за многие испытания, а не только самые последние испытания».
«Более того, - добавляет Иигая, - серотонин влиял только на эти последние варианты выбора, в которых животное следовало медленной системе».
Связи с настроением и поведением
Авторы также считают, что полученные результаты могут объяснить, почему селективные ингибиторы обратного захвата серотонина (СИОЗС) - препарат, повышающий уровень серотонина и используемый при лечении депрессии, - наиболее эффективны в сочетании с когнитивно-поведенческой терапией (КПТ).
В то время как СИОЗС борются с депрессией, устраняя химический дисбаланс в мозге, цель КПТ - изменить поведенческие реакции для улучшения симптомов депрессии.
«Наши результаты показывают, что серотонин повышает пластичность [мозга], влияя на скорость обучения», - пишут авторы исследования в заключении к опубликованной ими статье.
Они добавляют: «Это перекликается, например, с тем фактом, что лечение СИОЗС может быть более эффективным в сочетании с так называемой когнитивно-поведенческой терапией, которая способствует разрушению привычек у пациентов».
