Serotonin krepi učenje, ne samo razpoloženja
Nevrotransmiter serotonin je povezan z nadzorom razpoloženja, čeprav pomaga tudi pri uravnavanju različnih drugih funkcij, kot sta spanje in spolna želja. Nove raziskave so odkrile še eno vlogo, ki jo je imel serotonin: povečanje hitrosti učenja.
Čeprav so spremembe ravni serotonina povezane z motnjami razpoloženja, kot je depresija, še vedno ne vemo toliko o vseh vlogah, ki jih ima ta nevrotransmiter.
Nekateri prejšnji študijski članki so to povezovali s spominom in nevroplastičnostjo ali zmožnostjo možganov, da se skozi življenje človeka neprestano prilagajajo, da ohranijo zdravje in kognitivne funkcije.
Zdaj so se znanstveniki dveh institucij - Champalimaudovega centra za neznane (CCU) v Lizboni na Portugalskem in University College London (UCL) v Združenem kraljestvu - poglobili in ugotovili, da je tudi serotonin vključen v učne procese.
Natančneje, zdi se, da prispeva k hitrosti, s katero se naučimo novih informacij, kot pojasnjujejo raziskovalci v prispevku, objavljenem v reviji Nature Communications.
Študija, izvedena na mišjem modelu, je testirala, kako hitro bi lahko živali svoje vedenje prilagodile dani situaciji. Zdelo se je, da ima v tem procesu vlogo serotonin.
"Študija je pokazala, da serotonin povečuje hitrost učenja," pojasnjuje soavtor študije Zachary Mainen iz CCU.
"Ko so se nevroni serotonina aktivirali umetno z uporabo svetlobe, je miši hitreje prilagodilo svoje vedenje v situaciji, ki je zahtevala takšno prožnost," dodaja.
"Se pravi, dajali so večjo težo novim informacijam in si zato hitreje premislili, ko so bili ti nevroni aktivni."
Zachary Mainen
Dve učni strategiji
Za preučevanje učnih procesov in hitrosti živali so raziskovalci miši izpostavili učni nalogi, katere cilj je bil najti vodo.
"Živali so namestili v komoro, kamor so morali natikati bodisi razdeljevalnik vode na levi bodisi desni - ki bi z določeno verjetnostjo natočil vodo ali ne," pravi avtorica študije Madalena Fonseca, CCU, ki pojasnjuje predlogo preizkusa.
Miši so ves čas poskušale dobiti vodo iz razpršilnikov in izvedele so, kako bolj verjetno jo bodo našli na podlagi poskusov in napak. Toda ekipa je opazila, kako dolgo so živali čakale med poskusi, da se razlikujejo.
Včasih so živali ponovno poskusile dobiti vodo takoj po tem, ko so že poskusile, včasih pa so pred drugim poskusom čakale dlje.
Znanstveniki so tudi ugotovili, da miši običajno počakajo dlje med poskusi na začetku in koncu dnevnega poskusnega zasedanja.
To je vodilo raziskovalce, da so domnevali, da so na začetku seje živali še vedno precej motene in nezainteresirane za opravljeno nalogo, "morda v upanju, da bodo prišle iz eksperimentalne komore", kot pišejo avtorji študije.
Potem pa na koncu seje miši morda nimajo motivacije, da bi nadaljevale z iskanjem vode, ker so se do takrat morda že napolnile.
Tako opažena variabilnost je sčasoma privedla do tega, da je skupina razumela, kako lahko serotonin vpliva na učenje in odločanje.
Glede na čakalno dobo, ki so jo mišje raje izbrale med poskusi iskanja vode, so uporabile tudi eno od dveh vrst strategij, da bi povečale verjetnost uspeha v svojih poskusih.
Delovni spomin v primerjavi z dolgoročnim spominom
V kratkih intervalih čakalnega časa med poskusi živali so znanstveniki opazili, da miši svojo strategijo temeljijo na rezultatih - uspešnih ali neuspešnih - prejšnjega preskušanja.
To pomeni, da če bi miši ravnokar uspeli pridobiti vodo iz enega dozirnika, bi poskusili znova istega. Če ta zdaj ne bi uspel, bi nato prešli na drugo točilno enoto. Ta pristop se imenuje strategija "zmagaj-ostani-izgubi-zamenjaj".
V primeru daljših intervalov čakalnega časa med preskusi so miši bolj verjetno izbirali na podlagi nakopičenih preteklih izkušenj.
Raziskovalci pojasnjujejo, da to pomeni, da so v prejšnjem primeru miši uporabljali svoj delovni spomin ali vrsto kratkoročnega spomina, ki vodi do prilagodljivega odločanja na podlagi neposrednih izkušenj.
V slednjem primeru pa so živali uporabile svoj dolgoročni spomin in dostopale do že shranjenega znanja, ki je bilo zgrajeno skozi čas.
Serotonin omogoča učenje učinkovitejše
Z uporabo optogenetike - tehnike, ki uporablja svetlobo za manipulacijo molekul v živih celicah - so raziskovalci CCU stimulirali celice, ki proizvajajo serotonin v možganih miši, da bi ugotovili, kako lahko povišane ravni tega nevrotransmiterja vplivajo na vedenje živali pri učni nalogi.
Ko so analizirali nakopičene podatke ob upoštevanju čakalnih časovnih intervalov med preskusi miši, so ugotovili, da višje ravni serotonina povečujejo, kako učinkovito so se živali učile iz prejšnjih izkušenj. To pa je veljalo le za odločitve, sprejete po daljših čakalnih intervalih.
"Serotonin vedno izboljšuje učenje iz nagrajevanja, vendar je ta učinek očiten le pri podnaboru izbire živali," ugotavlja soavtor študije Masayoshi Murakami iz CCU.
"Pri večini poskusov," dodaja raziskovalec UCL Kiyohito Iigaya, "je izbiro vodil" hiter sistem ", kjer so živali sledile strategiji zmage-ostanka-izgube-zamenjave. Toda na majhnem številu poskusov smo ugotovili, da ta preprosta strategija sploh ni pojasnila izbire živali. "
"Na teh preizkušnjah," pravi, "smo namesto tega ugotovili, da so živali sledile svojemu" počasnemu sistemu ", v katerem je zgodovina nagrad za številne preizkušnje in ne samo najnovejša preskušanja vplivala na njihove odločitve."
"Poleg tega," dodaja Iigaya, "serotonin vpliva le na te zadnje odločitve, pri katerih je žival sledila počasnemu sistemu."
Povezave z razpoloženjem in vedenjem
Avtorji tudi verjamejo, da ugotovitve lahko pojasnijo, zakaj so selektivni zaviralci ponovnega privzema serotonina (SSRI) - vrsta zdravila, ki poveča raven serotonina in se uporablja pri zdravljenju depresije - najučinkovitejši, če se uporabljajo v kombinaciji s kognitivno vedenjsko terapijo (CBT).
Medtem ko se SSRI z depresijo spopadajo z odpravljanjem kemičnih neravnovesij v možganih, je cilj CBT spremeniti vedenjske odzive in izboljšati simptome depresije.
"Naši rezultati kažejo, da serotonin povečuje [možgansko] plastičnost tako, da vpliva na stopnjo učenja," avtorji študije pišejo v zaključku objavljenega članka.
Dodajajo: "To na primer odzvanja z dejstvom, da je zdravljenje s SSRI lahko učinkovitejše v kombinaciji s tako imenovano kognitivno vedenjsko terapijo, ki spodbuja razbijanje navad pri pacientih."
