Серотонин увеличивает скорость обучения
"Результаты нового исследования показывают, что серотонин повышает пластичность мозга, увеличивая скорость обучения"
Анализ компьютерной модели показывает, что серотонин увеличивает скорость обучения
Новая компьютерная модель, разработанная учеными в UCL на основе данных Центра изучения неизвестного, созданного Фондом Шампалимо, показывает, что серотонин, один из самых распространенных химических веществ в мозге, может ускорить обучение.
Исследование дает представление о роли серотонина в нейронной пластичности
Считается, что серотонин опосредует связь между нейронными клетками и играет существенную роль в функциональном и дисфункциональном плане, в познании. Долгое время серотонин считался главной мишенью антидепрессантов (селективный серотонин-ингибитор обратного захвата (SSRI), который используется для лечения различных психических состояний, таких как депрессия, обсессивно-компульсивное расстройство и различные формы тревоги. Таким образом, серотонин у людей и других живых существ, связан с изумительным разнообразием аспектов познания и принятия решений, включая наказание, награду и терпение.
Новые результаты, опубликованные сегодня в Nature Communications, проливают новый свет на данный вопрос. В статье Киёхито Иигая и Питер Даян из Gatby Computational Neuroscience Unit и Центра планирования вычислительной психиатрии и старения Макса Планка в UCL проанализировали данные, собранные их сотрудниками Мадаленой Фонсека и Масаёши Мураками во главе с Захари Майнен в Центре изучения неизвестного в Португалии.
В экспериментах мышей обучали выбирать одну из двух целей для получения вознаграждения в виде воды. Мышам постоянно приходилось решать, какая из целей была более полезной, поскольку ставка вознаграждения менялась без предупреждения. Крайне важно, что иногда выделение серотонина в мозге временно усиливалось у мышей с генетически модифицированными серотониновыми нейронами с помощью метода, называемого оптогенетикой, позволяя оценивать влияние серотонина на обучение.
Иигая построил компьютерную модель поведения мышей на основе принципов обучения, которые широко используются в машинных процессах и искусственном интеллекте. Иигая обнаружил, что скорость обучения, то есть то, как быстро моделируемые мыши учатся, модулируется стимуляцией серотонина. Он сравнивал испытания со стимуляцией нейронов серотонином и без него и наблюдал, что скорость обучения была значительно быстрее при стимуляции, а это означает, что повышение уровня серотонина ускоряло обучение у мышей.
Авторы также обнаружили, что, когда мыши принимали решения в очень быстрой последовательности, они следовали простой стратегии, называемой «выигрыш-пауза», в которой они повторяли выбор, если только что были вознаграждены, и переключились на другой выбор, если не были вознаграждены. Стимуляция серотонина не влияла на эти быстрые варианты. Тем не менее, после множества испытаний, когда животные действовали медленно и проходило много времени между испытаниями, их решения не соответствовали простому правилу с правом выкупа. Вместо этого мыши принимали решения, основанные на более длительной истории вознаграждений, которая была хорошо охарактеризована с помощью учётной записи. Стимулирование серотонина повлияло только на эту систему медленного обучения.
Важно отметить, что авторы обнаружили, что медленная система отслеживала результаты вознаграждения в каждом испытании, даже если выбор был сделан быстро, беспроигрышно при смене режима. Таким образом, эффекты стимуляции серотонина для стимуляции медленной системы стали очевидными лишь изредка, когда животные проводили много времени, прежде чем принимать решения. Авторы считают, что способ, которым несколько систем принятия решений маскируют друг друга, может объяснить, почему у ученых возникло затруднение в построении всеобъемлющей теории о том, как серотонин влияет на процесс обучения и принятия решений.
Авторы пришли к выводу: «Наши результаты показывают, что серотонин повышает пластичность [мозга], влияя на скорость обучения. Это, в частности, объясняется тем, что лечение с помощью SSRI может быть более эффективным в сочетании с так называемой когнитивной поведенческой терапией, который поощряет нарушение привычек у пациентов».
Важные клинические исследования показывают, что лечение SSRI часто является наиболее эффективным, если оно сочетается с когнитивно-поведенческой терапией (КПТ). Цель КПТ состоит в том, чтобы активно менять неадекватное мышление и поведение, посредством сеансов, которые предназначены для пациентов, чтобы они пересмотрели своё мышление и своё поведение. Однако ученые ограничили понимание того, как и почему SSRI и КПТ работают вместе для лечения. Новые результаты указывают на возможную функциональную связь между ними, с серотонином, повышающим способности к обучению, присущее КПТ, и дает ключ к одной из ролей, которые этот нейромодулятор играет при лечении психических расстройств.
