Serotoniini parantaa oppimista, ei vain mielialaa
Serotoniinin välittäjäaine on yhteydessä mielialan hallintaan, vaikka se auttaa myös säätelemään useita muita toimintoja, kuten unta ja seksuaalista halua. Uusi tutkimus on paljastanut toisen serotoniinin roolin: oppimisnopeuden lisääminen.
Vaikka serotoniinitasojen vaihtelut liittyvät mielialahäiriöihin, kuten masennukseen, emme vielä tiedä niin paljon kaikista tämän välittäjäaineen rooleista.
Joissakin aikaisemmissa tutkimuksissa on yhdistetty se muistiin ja neuroplastisuuteen tai aivojen kykyyn sopeutua jatkuvasti ihmisen koko elämän ajan terveyden ja kognitiivisen toiminnan säilyttämiseksi.
Nyt tutkijat, jotka ulottuvat kahteen laitokseen - Champalimaud Center for the Unknown (CCU) Lissabonissa, Portugalissa ja University College London (UCL) Yhdistyneessä kuningaskunnassa - ovat syventyneet syvemmälle ja havainneet, että myös serotoniini on mukana oppimisprosesseissa.
Tarkemmin sanottuna se näyttää vaikuttavan uuden tiedon oppimisen nopeuteen, kuten tutkijat selittävät lehdessä julkaistussa artikkelissa Luontoviestintä.
Hiirimallilla suoritetussa tutkimuksessa testattiin, kuinka nopeasti eläimet pystyisivät mukauttamaan käyttäytymistään tiettyyn tilanteeseen. Serotoniinilla näytti olevan rooli tässä prosessissa.
"Tutkimuksessa havaittiin, että serotoniini lisää oppimisen nopeutta", kertoo tutkimuksen toinen kirjoittaja Zachary Mainen, CCU.
"Kun serotoniinin neuronit aktivoitiin keinotekoisesti, käyttämällä valoa, hiiret tekivät nopeammin sopeutumaan käyttäytymisensä tilanteeseen, joka vaati tällaista joustavuutta", hän lisää.
"Toisin sanoen he antoivat enemmän painoa uudelle tiedolle ja muuttivat siksi mielensä nopeammin, kun nämä neuronit olivat aktiivisia."
Zachary Mainen
Kaksi oppimisstrategiaa
Eläinten oppimisprosessien ja nopeuden tutkimiseksi tutkijat altistivat hiiret oppimistehtävälle, jossa tavoitteena oli löytää vettä.
"Eläimet sijoitettiin kammioon, jossa heidän täytyi työntää joko vesiannostelijaa vasemmalle tai oikealle puolelle - joka tietyllä todennäköisyydellä annaisi sitten vettä tai ei", kertoo tutkimuksen kirjoittaja Madalena Fonseca, CCU, selittämällä kokeilumalli.
Hiiret yrittivät jatkuvasti saada vettä automaateista, ja he oppivat, kuinka todennäköisemmin ne löysivät sen kokeilujen ja erehdysten perusteella. Mutta joukkue havaitsi, kuinka kauan eläimet odottivat yritysten välillä yleensä vaihtelevat.
Joskus eläimet yrittivät saada vettä uudelleen heti kokeilun jälkeen, ja toisinaan he odottivat kauemmin ennen uutta koetta.
Tutkijat näkivät myös, että hiirillä oli taipumus odottaa pidempään yritysten kokeiden välillä päivän alussa ja lopussa.
Tämä johti tutkijat olettamaan, että istunnon alussa eläimet saattavat silti olla melko hajamielisiä ja kiinnostuneita tehtävästä, "ehkä toivoen pääsevänsä ulos koekammiosta", kuten tutkimuksen kirjoittajat kirjoittavat.
Sitten taas kerran istunnon lopussa hiirillä ei ehkä ole motivaatiota jatkaa veden etsimistä, koska siihen mennessä heillä voi olla jo täyte.
Näin havaittu vaihtelu johti joukkueeseen lopulta ymmärtämään, kuinka serotoniini voi vaikuttaa oppimiseen ja päätöksentekoon.
Riippuen hiirien suosimasta odotusajasta veden löytämisyritysten välillä, he käyttivät myös yhtä kahdesta strategiasta maksimoidakseen onnistumisen todennäköisyyden kokeissaan.
Työmuisti vs. pitkäaikainen muisti
Eläinten yritysten välillä odotusaikojen ollessa lyhyitä, tutkijat huomasivat, että hiiret pyrkivät perustamaan strategiansa edellisen tutkimuksen tulokseen - onnistuneeseen tai epäonnistuneeseen.
Toisin sanoen, jos hiiret olisivat vain onnistuneet saamaan vettä yhdestä annostelijasta, he yrittäisivät samaa uudelleen. Jos tämä nyt epäonnistui, he siirtyisivät sitten toiseen annostelijaan. Tätä lähestymistapaa kutsutaan "win-stay-lost-switch" -strategiaksi.
Jos kokeiden välillä on pidempi odotusaika, hiiret tekivät todennäköisemmin valinnan aikaisempien kokemusten perusteella.
Tämä tarkoittaa, tutkijat selittävät, että ensimmäisessä tapauksessa hiiret käyttivät työmuistiaan tai lyhytaikaisen muistin tyyppiä, joka johtaa välittömään kokemukseen perustuvaan mukautuvaan päätöksentekoon.
Jälkimmäisessä tapauksessa eläimet käyttivät kuitenkin pitkäaikaista muistiaan ja pääsivät käsiksi jo tallennettuun tietoon, joka oli rakennettu ajan myötä.
Serotoniini tekee oppimisesta tehokkaampaa
Käyttämällä optogenetiikkaa - tekniikkaa, joka käyttää valoa elävien solujen molekyylien manipulointiin - CCU: n tutkijat stimuloivat serotoniinia tuottavia soluja hiiren aivoissa nähdäkseen, kuinka tämän välittäjäaineen kohonnut taso voi vaikuttaa eläinten käyttäytymiseen oppimistehtävässä.
Kun he analysoivat kertyneitä tietoja ja ottivat huomioon hiirien kokeiden väliset odotusaikavälit, he päättelivät, että korkeammat serotoniinitasot vahvistivat kuinka tehokkaasti eläimet oppivat aiemmista kokemuksista. Tämä koski kuitenkin vain valintoja, jotka tehtiin pitempien odotusvälien jälkeen.
"Serotoniini parantaa aina palkkatasosta oppimista, mutta tämä vaikutus näkyy vain osalla eläinten valintoja", toteaa tutkimuksen toinen kirjoittaja Masayoshi Murakami, CCU.
"Useimmissa kokeissa", lisää UCL: n tutkija Kiyohito Iigaya, "valintaa johti" nopea järjestelmä ", jossa eläimet noudattivat voittoa, oleskelua-häviämistä-vaihdon strategiaa. Mutta muutamassa kokeessa havaitsimme, että tämä yksinkertainen strategia ei selittänyt lainkaan eläinten valintoja. "
"Näissä kokeissa", hän sanoo, "havaitsimme sen sijaan, että eläimet seurasivat heidän" hidasta järjestelmäänsä ", jossa heidän valintoihinsa vaikuttivat useiden kokeiden palkitsemishistoria eikä vain viimeisimmät kokeet."
"Lisäksi", lisää Iigaya, "serotoniini vaikutti vain näihin jälkimmäisiin valintoihin, joissa eläin seurasi hidasta järjestelmää."
Yhteydet mielialaan ja käyttäytymiseen
Kirjoittajat uskovat myös, että havainnot voivat selittää, miksi selektiiviset serotoniinin takaisinoton estäjät (SSRI: t) - serotoniinitasoa lisäävä lääketyyppi ja jota käytetään masennuksen hoidossa - ovat tehokkaimpia, kun niitä käytetään yhdessä kognitiivisen käyttäytymisterapian (CBT) kanssa.
Vaikka SSRI: t käsittelevät masennusta käsittelemällä aivojen kemiallista epätasapainoa, CBT: n tavoitteena on muuttaa käyttäytymisreaktioita masennuksen oireiden parantamiseksi.
"Tuloksemme viittaavat siihen, että serotoniini lisää [aivojen] plastisuutta vaikuttamalla oppimisnopeuteen", tutkimuksen kirjoittajat kirjoittavat julkaistun artikkelinsa johtopäätökseen.
He lisäävät: "Tämä resonoi esimerkiksi siihen tosiasiaan, että SSRI-hoito voi olla tehokkaampaa yhdistettynä niin kutsuttuun kognitiiviseen käyttäytymisterapiaan, mikä kannustaa potilaiden tottumusten murtamiseen."
