Серотонин ускоряет обучение

Подготовила Екатерина Харыбина

Киохито Игая и Питер Даян из Университетского колледжа Лондона (University College London, UCL) смоделировали поведение мышей с генетически модифицированными нейронами. Они использовали данные эксперимента группы исследователей из Центра изучения неизвестного фонда Шампалимо в Португалии (the Champalimaud Centre for Unknown in Portugal). Модель показала, что скорость обучения увеличивалась при стимуляции нейронов серотонином.

Серотонин связывает нейроны между собой и участвует во множестве когнитивных процессов. Он является мишенью большинства антидепрессантов — так называемых, селективных ингибиторов обратного захвата серотонина (СИОЗС), используемых в лечении многих психиатрических заболеваний.

В эксперименте, проведенном португальскими учеными, мыши выбирали одну из ячеек, чтобы получить вознаграждение (воду). Животным нужно было определить, в какой из ячеек чаще появляется награда. Периодически происходила стимуляция генетически модифицированных серотониновых нейронов, которые активировались в ответ на освещение светом.

Игая, используя результаты эксперимента, построил компьютерную модель мышиного поведения, основанную на обучении с подкреплением. Он сравнил опыты со стимуляцией серотониновых нейронов и опыты без нее, и пришел к выводу, что скорость обучения в первом случае была значительно выше.

Также исследователи заметили, что мыши действовали двояко. В одном случае мышь быстро принимала решения, повторяя выбор ячейки, в которой было вознаграждение, или изменяя выбор, если награды в ячейке не было. В другом — мышь "задумывалась" перед выбором и учитывала опыт предыдущих испытаний, что похоже на машинное обучение с подкреплением. Было показано, что серотонин влияет на обучение только во втором случае. На самом деле, имеет место еще более сложная система принятия решений, включающая оба механизма, что изначально затрудняло построение теории влияния серотонина на обучение.

Открытие важно для психиатрии. Так, для лечения психиатрических расстройств применяется когнитивно-поведенческая психотерапия, с помощью которой люди заново учатся думать и вести себя правильно. Показано, что сочетание этой терапии с СИОЗС дает наилучшие результаты, однако механизм был неясен. Новое открытие как раз описывает этот механизм: увеличение количества серотонина в мозге благодаря СИОЗС ускоряет обучение пациентов в ходе терапии.

Источник

Kiyohito Iigaya et al. //An effect of serotonergic stimulation on learning rates for rewards apparent after long intertrial intervals // Nature Communications, 2018; 9 (1); DOI: 10.1038/s41467-018-04840-2