Serotonin zvyšuje učení, nejen náladu
Neurotransmiter serotonin je spojen s kontrolou nálady, i když také pomáhá regulovat různé další funkce, jako je spánek a sexuální touha. Nový výzkum odhalil další roli, kterou hraje serotonin: zvýšení rychlosti učení.
Ačkoli rozdíly v hladinách serotoninu souvisejí s poruchami nálady, jako je deprese, stále toho tolik nevíme o všech rolích, které tento neurotransmiter hraje.
Některé dřívější studie to spojily s pamětí a neuroplasticitou nebo schopností mozku neustále se přizpůsobovat po celý život člověka, aby se zachovalo zdraví a kognitivní funkce.
Nyní se vědci zahrnující dvě instituce - Champalimaudovo centrum neznámých (CCU) v portugalském Lisabonu a University College London (UCL) ve Velké Británii - ponořili hlouběji a zjistili, že do procesů učení se zapojuje i serotonin.
Přesněji řečeno, zdá se, že přispívá k rychlosti, s jakou se učíme nové informace, jak vysvětlují vědci v článku, který je nyní publikován v časopise Příroda komunikace.
Studie prováděná na modelu myši testovala, jak rychle by zvířata dokázala přizpůsobit své chování dané situaci. Zdálo se, že v tomto procesu hraje roli serotonin.
"Studie zjistila, že serotonin zvyšuje rychlost učení," vysvětluje spoluautor studie Zachary Mainen z CCU.
"Když byly serotoninové neurony aktivovány uměle pomocí světla, umožnilo to myší rychleji přizpůsobit své chování v situaci, která vyžadovala takovou flexibilitu," dodává.
"To znamená, že přidali větší váhu novým informacím, a proto rychleji změnili názor, když byly tyto neurony aktivní."
Zachary Mainen
Dvě strategie učení
Aby bylo možné studovat proces učení a rychlost zvířat, vědci vystavili myši procesu učení, jehož cílem bylo najít vodu.
"Zvířata byla umístěna v komoře, kde museli strkat buď dávkovač vody na jejich levou stranu, nebo jeden na pravou stranu - což by s jistou pravděpodobností potom vydávalo vodu, nebo ne," říká autorka studie Madalena Fonseca z CCU, vysvětlující šablonu experimentu.
Myši se stále pokoušely získat vodu z automatů a na základě pokusů a omylů se dozvěděly, jak ji s větší pravděpodobností najdou. Tým však pozoroval, jak dlouho zvířata mezi pokusy čekala, se obvykle lišila.
Zvířata se někdy pokusila získat vodu hned poté, co se o to pokusila, a někdy před dalším pokusem počkala déle.
Vědci také viděli, že myši měly tendenci čekat déle mezi pokusy na začátku a na konci denního experimentálního sezení.
To vedlo vědce k hypotéze, že na začátku relace mohou být zvířata stále docela rozrušená a nezajímá se o daný úkol, „možná doufají, že se dostanou z experimentální komory,“ jak píší autoři studie.
Na konci relace pak myši možná postrádají motivaci pokračovat v hledání vody, protože v té době už mohly mít svou výplň.
Takto pozorovaná variabilita nakonec vedla tým k pochopení toho, jak by serotonin mohl ovlivnit učení a rozhodování.
V závislosti na čekací době, kterou myši upřednostňovaly při pokusech o nalezení vody, použili také jeden ze dvou druhů strategií, aby maximalizovali pravděpodobnost úspěchu ve svých pokusech.
Pracovní paměť vs. dlouhodobá paměť
S krátkými intervaly čekací doby mezi pokusy zvířat si vědci všimli, že myši měly tendenci založit svou strategii na výsledku - úspěšném nebo neúspěšném - předchozího pokusu.
To znamená, že kdyby se myšem právě podařilo získat vodu z jednoho dávkovače, zkusily by to znovu. Pokud by tento nyní selhal, pak by přešli k druhému automatu. Tento přístup se označuje jako strategie „win-stay-lose-switch“.
V případě delších intervalů čekací doby mezi pokusy se myši pravděpodobněji rozhodly na základě nahromaděných minulých zkušeností.
Co to znamená, vysvětlují vědci, je to, že v prvním případě myši používaly svou pracovní paměť nebo typ krátkodobé paměti, který vede k adaptivnímu rozhodování založenému na okamžitých zkušenostech.
V druhém případě však zvířata používala svou dlouhodobou paměť a přistupovala k již uloženým znalostem, které byly vybudovány v průběhu času.
Serotonin zefektivňuje učení
Výzkumníci CCU pomocí optogenetiky - techniky využívající světlo k manipulaci s molekulami v živých buňkách - stimulovali buňky produkující serotonin v mozku myší, aby zjistili, jak mohou zvýšené hladiny tohoto neurotransmiteru ovlivnit chování zvířat při učení.
Když analyzovali nahromaděné údaje, s přihlédnutím k čekacím časovým intervalům mezi pokusy na myších, dospěli k závěru, že vyšší hladiny serotoninu zesilují, jak účinně se zvířata naučila z předchozích zkušeností. To však platilo pouze pro volby provedené po delších čekacích intervalech.
"Serotonin vždy zvyšuje učení z odměny, ale tento účinek je patrný pouze u podmnožiny možností zvířat," poznamenává spoluautor studie Masayoshi Murakami z CCU.
„U většiny pokusů,“ dodává výzkumník UCL Kiyohito Iigaya, „byla volba vedena„ rychlým systémem “, kde zvířata dodržovala strategii win-stay-lose-switch. Ale u malého počtu pokusů jsme zjistili, že tato jednoduchá strategie vůbec nevysvětlila možnosti zvířat. “
"U těchto pokusů," říká, "jsme místo toho zjistili, že zvířata sledovala jejich" pomalý systém ", ve kterém to byla historie odměn u mnoha pokusů, a nejen u nejnovějších pokusů, které ovlivnily jejich výběr."
"Navíc," dodává Iigaya, "serotonin ovlivnil pouze tyto poslední volby, kdy zvíře sledovalo pomalý systém."
Spojení s náladou a chováním
Autoři se také domnívají, že zjištění mohou vysvětlit, proč jsou nejúčinnější selektivní inhibitory zpětného vychytávání serotoninu (SSRI) - typ léčiva, který zvyšuje hladinu serotoninu a který se používá při léčbě deprese, v kombinaci s kognitivně behaviorální terapií (CBT).
Zatímco SSRI bojují proti depresi řešením chemické nerovnováhy v mozku, cílem CBT je změnit behaviorální reakce a zlepšit příznaky deprese.
"Naše výsledky naznačují, že serotonin zvyšuje plasticitu mozku tím, že ovlivňuje rychlost učení," píší autoři studie v závěru své publikované práce.
Dodávají: „To rezonuje například s faktem, že léčba pomocí SSRI může být efektivnější v kombinaci s takzvanou kognitivně behaviorální terapií, která podporuje porušování návyků u pacientů.“
