La serotonina migliora la velocità dell'apprendimento, ritrovamenti di studio

Un gruppo internazionale dal centro di Champalimaud per lo sconosciuto (CCU), nel Portogallo e l'University College di Londra (UCL), nel Regno Unito, ha scoperto un effetto precedentemente sconosciuto di serotonina sull'apprendimento. I loro risultati sono pubblicati nell'edizione del 26 giugno 2018 delle comunicazioni della natura del giornale.

La serotonina è uno dei prodotti chimici principali che le cellule nervose usano per comunicare a vicenda ed i sui effetti su comportamento sono ancora poco chiari. A lungo, i neuroscenziati sono stati collocati sulla costruzione della teoria integrata con che serotonina realmente fa nel cervello normale. Ma è stata provocatoria bloccare la funzione della serotonina, particolarmente per imparare. Facendo uso di nuovo modello matematico, ora gli autori hanno scoperto perché.

“Lo studio ha trovato che la serotonina migliora la velocità dell'apprendimento„, dice Zach Mainen, una delle guide dello studio. “Quando i neuroni della serotonina sono stati attivati artificialmente, facendo uso di indicatore luminoso, ha reso i mouse più rapidi adattare il loro comportamento in una situazione che ha richiesto tale flessibilità. Cioè hanno dato più peso a nuove informazioni e quindi hanno cambi ideaare più rapido quando questi neuroni erano attivi.„ La serotonina precedentemente è stata implicata nella plasticità d'amplificazione del cervello e questo studio aggiunge il peso a quell'idea, così partendo dalla concezione comune di serotonina come umore-rinforzatore.

La nuova individuazione può contribuire a spiegare meglio un enigma medico: perché i cosiddetti “inibitori selettivi di ricaptazione della serotonina„, o SSRIs - classe A di antideprimente che sono pensati per agire aumentando i livelli del cervello di serotonina di circolazione -, sono più efficaci congiuntamente alle terapie comportamentistiche, in base all'apprendimento di rinforzo delle strategie comportamentistiche evitare i sintomi depressivi.

Facendo uso degli strumenti matematici sviluppati a UCL da Peter Dayan - chi piombo lo studio insieme a Mainen, del CCU - Kiyohito Iigaya, anche a UCL, lavorato in collaborazione con i co-author Madalena Fonseca e Masayoshi Murakami del CCU.

Negli esperimenti, i mouse hanno dovuto eseguire un compito d'apprendimento in cui lo scopo era di trovare l'acqua. “Gli animali sono stati collocati in una camera in cui hanno dovuto colpire un acqua erogatore dalla loro parte di sinistra o in una sulla loro destra - che, con una determinata probabilità, poi dispenserebbe l'acqua, o non„, spiega Fonseca.

Quando hanno analizzato i dati, gli scienziati hanno trovato che il lasso di tempo i mouse in attesa fra le prove (tentativi di trovare acqua) era variabile: o immediatamente hanno provato ancora, colpendo su uno degli acqua erogatori, o hanno aspettato più lungamente prima della fabbricazione del tentativo nuovo. Era questa variabilità che ha permesso che il gruppo rivelasse l'esistenza probabile di un effetto novello di serotonina sugli animali decisionali.

Gli intervalli aspettanti lunghi erano più frequenti all'inizio ed alla conclusione della sessione di un giorno (esecuzione delle prove). Ciò probabilmente accade perché inizialmente i mouse sono distratti e non molto impegnati nel compito stesso, “forse sperando di uscire dalla camera sperimentale„, gli autori scrive. All'estremità, bevente abbastanza acqua, più di meno sono motivati similarmente per ricompensa di ricerca.

Qualunque il caso, il gruppo ha trovato che, secondo la lunghezza dell'intervallo fra le prove, i mouse hanno adottato una di due strategie decisionali differenti per massimizzare le loro probabilità di ricompensa (che ottiene acqua).

Specificamente, quando l'intervallo fra le prove era breve, il modello matematico che il meglio ha predetto la scelta seguente degli animali è stato basato quasi completamente sul risultato (acqua o nessun'acqua) immediatamente prima della prova (vale a dire, hanno colpito ancora lo stesso acqua erogatore; se quello non riuscisse a fornire l'acqua, dopo passerebbero all'acqua erogatore alternativo, ad una strategia conosciuti come “l'vittoria-soggiorno-perdere-opzione„).

Ciò, gli autori scrive, suggerisce che quando l'intervallo fra due prove era breve, gli animali principalmente stessero basando sulla loro “memoria di lavoro„ per operare la loro scelta seguente - cioè, da parte della memoria a breve termine preoccupata delle percezioni immediate. È questo genere di memoria che permette che noi memorizziamo un numero di telefono per un breve periodo - e poi dimenticarlo se non lo ripetiamo continuamente a noi stessi.

D'altra parte, quando l'intervallo fra due prove consecutive ha durato più di sette secondi, il modello che il meglio ha predetto la scelta seguente dei mouse ha suggerito che i mouse stessero usando la capitalizzazione di parecchie esperienze in ricompensa per guidare la loro prossima tappa - cioè la loro memoria a lungo termine “dati dei calci a dentro„ (quella che permette che noi memorizziamo le cose noi impara, come il gioco del piano).

Il gruppo del CCU egualmente ha stimolato i neuroni producenti serotonina nel cervello degli animali con luce laser, con una tecnica chiamata optogenetics, per cercare gli effetti dei livelli elevati di serotonina sul loro comportamento foraggiare. Hanno cercato di determinare se e come un aumento nei livelli della serotonina avrebbe pregiudicato ciascuna delle due strategie decisionali differenti avevano scoperto appena.

Qualche cosa di sorprendente allora accaduto. Quando hanno riunito insieme tutte le prove nei loro calcoli, senza considerare la durata dell'intervallo precedente, gli scienziati non ha trovato effetto significativo della loro manipolazione della serotonina sul comportamento. Era soltanto quando hanno considerato le strategie decisionali differenti suddette che potevano estrarre dai dati un aumento nelle tariffe degli animali dell'apprendimento. Lo stimolo dei neuroni producenti serotonina ha amplificato l'efficacia dell'apprendimento dalla cronologia delle ricompense passate, ma il questo soltanto influenzato le scelte ha perseguitato gli intervalli lunghi.

“La serotonina sta migliorando sempre l'apprendimento dalla ricompensa, ma questo effetto è soltanto evidente su un sottoinsieme delle scelte degli animali„, dice Murakami.

“Con la nostra sorpresa, abbiamo trovato che il comportamento choice degli animali è stato generato da due sistemi distintivi di decisione„, riassumiamo Iigaya. “Sulla maggior parte delle prove, scelta è stato guidato “da un sistema veloce„, dove gli animali hanno seguito una strategia dell'vittoria-soggiorno-perdere-opzione. Ma su un piccolo numero di prove, abbiamo trovato che questa strategia semplice non ha spiegato le scelte degli animali affatto. Su queste prove, invece abbiamo trovato che gli animali hanno seguito il loro “sistema lento„, in cui era la cronologia della ricompensa sopra molte prove e non solo le prove più recenti, che hanno pregiudicato le loro scelte. Inoltre, la serotonina ha pregiudicato soltanto queste scelte posteriori, in cui l'animale stava seguendo il sistema lento.„

Quanto al ruolo di SSRIs nel trattamento dei disordini psichiatrici gradisca la depressione, gli autori concludono: “I nostri risultati indicano che la serotonina amplifica la plasticità [del cervello] influenzando la tariffa dell'apprendimento. Ciò risuona, per esempio, con il fatto che il trattamento con uno SSRI può essere più efficace una volta combinata con la cosiddetta terapia comportamentistica conoscitiva, che incoraggia la rottura delle abitudini in pazienti.„

Sorgente: https://www.fchampalimaud.org