Serotonin poboljšava učenje, a ne samo raspoloženje
Neurotransmiter serotonin povezan je s kontrolom raspoloženja, iako također pomaže u regulaciji raznih drugih funkcija, poput sna i seksualne želje. Novo istraživanje otkrilo je još jednu ulogu koju igra serotonin: povećanje brzine učenja.
Iako su varijacije u razinama serotonina povezane s poremećajima raspoloženja poput depresije, još uvijek ne znamo toliko o svim ulogama koje ovaj neurotransmiter igra.
Neki prethodni studijski radovi povezivali su to s pamćenjem i neuroplastičnošću, ili sposobnošću mozga da se kontinuirano prilagođava tijekom čovjekova života kako bi se očuvale zdravlje i kognitivne funkcije.
Sada su se znanstvenici u dvije institucije - Champalimaudov centar za nepoznate (CCU) u Lisabonu u Portugalu i Sveučilišni koledž u Londonu (UCL) u Velikoj Britaniji - dublje ukopali i otkrili da je i serotonin uključen u procese učenja.
Točnije, čini se da doprinosi brzini kojom saznajemo nove informacije, kao što istraživači objašnjavaju u radu objavljenom u časopisu Prirodne komunikacije.
Studija, provedena na mišjem modelu, testirala je koliko brzo bi životinje mogle prilagoditi svoje ponašanje datoj situaciji. Činilo se da je serotonin igrao ulogu u ovom procesu.
"Studija je otkrila da serotonin povećava brzinu učenja", objašnjava koautor studije Zachary Mainen iz CCU-a.
"Kada su se neuroni serotonina umjetno aktivirali, koristeći svjetlost, miševi su brže prilagodili svoje ponašanje u situaciji koja je zahtijevala takvu fleksibilnost", dodaje.
"Odnosno, dali su veću težinu novim informacijama i stoga su se brže predomislili kad su ti neuroni bili aktivni."
Zachary Mainen
Dvije strategije učenja
Kako bi proučavali procese učenja i brzinu životinja, istraživači su izlagali miševe zadatku učenja u kojem je cilj bio pronaći vodu.
"Životinje su smještene u komoru u koju su morale zabiti ili dozator vode s lijeve ili one s desne strane - koji bi, s izvjesnom vjerojatnošću, točio vodu ili ne", kaže autorica studije Madalena Fonseca, CCU, objašnjavajući predložak eksperimenta.
Miševi su neprestano pokušavali dobiti vodu iz dozatora i naučili su kako će je vjerojatnije pronaći na temelju pokušaja i pogrešaka. No, tim je primijetio, koliko su dugo životinje čekale između pokušaja, variralo je.
Ponekad su životinje pokušale dobiti vodu odmah nakon što su već pokušale, a ponekad su čekale duže prije drugog ispitivanja.
Znanstvenici su također vidjeli da su miševi čekali duže između pokušaja na početku i na kraju dnevnog eksperimentalnog zasjedanja.
To je istraživače navelo da pretpostave da bi na početku sesije životinje mogle još uvijek biti prilično rastresene i nezainteresirane za zadatak koji se obavlja, "možda u nadi da će izaći iz eksperimentalne komore", kako pišu autori studije.
Zatim, na kraju sesije, miševima možda nedostaje motivacije da nastave tražiti vodu jer su se u to vrijeme možda već zasitili.
Tako uočena varijabilnost na kraju je navela tim da shvati kako serotonin može utjecati na učenje i donošenje odluka.
Ovisno o vremenu čekanja koje miševi preferiraju između pokušaja pronalaska vode, primijenili su i jednu od dvije vrste strategija kako bi povećali vjerojatnost uspjeha u svojim ispitivanjima.
Radna memorija nasuprot dugotrajnoj memoriji
U kratkim intervalima vremena čekanja između pokušaja životinja, znanstvenici su primijetili da su miševi skloni svoju strategiju temeljiti na ishodu - uspješnom ili neuspješnom - prethodnog ispitivanja.
Odnosno, da su miševi upravo uspjeli doći do vode iz jednog dozatora, pokušali bi ponovno s istim. Ako ovaj sada ne uspije, prešli bi na drugi dozator. Ovaj pristup naziva se strategijom "pobjedi-ostani-izgubi-prebaci".
U slučaju dužih intervala čekanja između ispitivanja, miševi su vjerojatnije odlučili na temelju nakupljenih prošlih iskustava.
Znanstvenici objašnjavaju da to znači da su u prvom slučaju miševi koristili radnu memoriju ili vrstu kratkotrajnog pamćenja koja dovodi do adaptivnog donošenja odluka na temelju neposrednog iskustva.
U potonjem slučaju, međutim, životinje su koristile svoje dugoročno pamćenje, pristupajući već pohranjenom znanju koje je izgrađeno tijekom vremena.
Serotonin čini učenje učinkovitijim
Korištenjem optogenetike - tehnike koja koristi svjetlost za manipulaciju molekulama u živim stanicama - istraživači CCU-a stimulirali su stanice mozga miševa koje proizvode serotonin da vide kako povišene razine ovog neurotransmitera mogu utjecati na ponašanje životinja u zadatku učenja.
Kad su analizirali nakupljene podatke, uzimajući u obzir intervale čekanja između ispitivanja miševa, zaključili su da su veće razine serotonina pojačavale koliko su životinje učinkovito učile iz prethodnih iskustava. To se, međutim, odnosilo samo na izbore donesene nakon dužih intervala čekanja.
"Serotonin uvijek poboljšava učenje iz nagrade, ali ovaj je učinak očit samo na podskupinu izbora životinja", napominje koautor studije Masayoshi Murakami, iz CCU-a.
"Na većini pokusa", dodaje istraživač UCL-a Kiyohito Iigaya, "izbor je bio vođen" brzim sustavom ", gdje su životinje slijedile strategiju pobjede-ostanka-poraza. Ali na malom broju pokusa otkrili smo da ova jednostavna strategija uopće nije objasnila izbor životinja. "
"Na tim smo pokusima", kaže on, "umjesto toga otkrili da su životinje slijedile svoj" spor sustav ", u kojem je povijest nagrađivanja za mnoga ispitivanja, a ne samo najnovija ispitivanja, utjecala na njihov izbor."
"Štoviše," dodaje Iigaya, "serotonin je utjecao samo na ove potonje izbore, u kojima je životinja slijedila usporeni sustav."
Poveznice s raspoloženjem i ponašanjem
Autori također vjeruju da nalazi mogu objasniti zašto su selektivni inhibitori ponovnog preuzimanja serotonina (SSRI) - vrsta lijeka koja pojačava razinu serotonina i koja se koristi u liječenju depresije - najučinkovitiji kada se koriste u kombinaciji s kognitivno-bihevioralnom terapijom (CBT).
Dok se SSRI liječe protiv depresije rješavanjem kemijskih neravnoteža u mozgu, cilj CBT-a je promijeniti ponašanje u ponašanju kako bi se poboljšali simptomi depresije.
"Naši rezultati sugeriraju da serotonin povećava plastičnost [mozga] utječući na brzinu učenja", pišu autori studije u zaključku objavljenog rada.
Dodaju: "To, na primjer, odjekuje činjenicom da liječenje SSRI-om može biti učinkovitije u kombinaciji s takozvanom kognitivnom bihevioralnom terapijom, koja potiče narušavanje navika kod pacijenata."
