セロトニンは気分だけでなく学習を促進します
神経伝達物質のセロトニンは気分の制御に関連していますが、睡眠や性的欲求などの他のさまざまな機能の調節にも役立ちます。新しい研究により、セロトニンが果たす別の役割が明らかになりました。それは学習速度の向上です。
セロトニンレベルの変動は、うつ病などの気分障害に関連していますが、この神経伝達物質が果たすすべての役割についてはまだよくわかっていません。
以前のいくつかの研究論文は、それを記憶と神経可塑性、または健康と認知機能を維持するために人の生涯を通じて継続的に適応する脳の能力と関連付けています。
現在、ポルトガルのリスボンにある未知のシャンパリモーセンター（CCU）と英国のユニバーシティカレッジロンドン（UCL）の2つの機関にまたがる科学者たちは、さらに深く掘り下げ、セロトニンが学習プロセスにも関与していることを発見しました。
より具体的には、研究者が現在ジャーナルに掲載されている論文で説明しているように、それは私たちが新しい情報を学ぶ速度に貢献しているようです ネイチャーコミュニケーションズ.
マウスモデルで実施されたこの研究では、動物が与えられた状況にどれだけ早く行動を適応させることができるかをテストしました。セロトニンはこの過程で役割を果たしているようでした。
「この研究では、セロトニンが学習速度を高めることがわかりました」と、研究の共著者であるCCUのZacharyMainen氏は説明します。
「セロトニンニューロンが光を使用して人工的に活性化されたとき、それはそのような柔軟性を必要とする状況でマウスが彼らの行動に適応するのをより速くしました」と彼は付け加えます。
「つまり、彼らは新しい情報により多くの重みを与えたので、これらのニューロンが活動しているとき、彼らの考えはより急速に変わりました。」
ザカリー・マイネン
2つの学習戦略
動物の学習過程と速度を研究するために、研究者たちはマウスを学習課題にさらしました。その目的は水を見つけることでした。
「動物はチャンバーに入れられ、左側または右側にウォーターディスペンサーを突く必要がありました。これにより、一定の確率で水がディスペンスされるかどうかが決まります」と、研究の著者であるマダレナフォンセカは述べています。実験テンプレートを説明するCCU。
マウスはディスペンサーから水を得ようとし続け、試行錯誤に基づいて水を見つける可能性が高いことを学びました。しかし、チームは、動物が試行の間に待つ時間は変化する傾向があることを観察しました。
時々、動物はすでに試みた直後に水を得ようと別の試みをしました、そして時々彼らは別の試みの前にもっと長く待っていました。
科学者たちはまた、マウスが1日の実験セッションの開始時と終了時の試行の間でより長く待機する傾向があることも確認しました。
これにより、研究者たちは、セッションの開始時に、動物はまだかなり気が散っていて、研究の著者が書いているように「おそらく実験室から出ることを望んでいる」という目の前の仕事に興味がないかもしれないと仮説を立てました。
そして、再び、セッションの終わりに、マウスは、その時までに、彼らはすでに彼らの満腹を持っていたかもしれないので、水を探し続ける動機を欠いているかもしれません。
このように観察された変動性により、チームは最終的にセロトニンが学習と意思決定にどのように影響するかを理解するようになりました。
水を見つける試みの間にマウスが好む待ち時間に応じて、彼らはまた、彼らの試験で成功する可能性を最大にするために、2種類の戦略のうちの1つを採用しました。
ワーキングメモリと長期記憶
動物の試みの間の待ち時間が短いと、科学者たちは、マウスが前の試験の結果（成功または失敗）に基づいて戦略を立てる傾向があることに気づきました。
つまり、マウスが1つのディスペンサーから水を回収することに成功した場合、同じものを再試行します。これが失敗した場合、他のディスペンサーに移動します。このアプローチは、「win-stay-lose-switch」戦略と呼ばれます。
試行間の待機時間の間隔が長い場合、マウスは蓄積された過去の経験に基づいて選択を行う可能性が高くなりました。
これが意味することは、前者の場合、マウスは彼らの作業記憶、または即時の経験に基づく適応的意思決定につながる短期記憶のタイプを使用したということです。
しかし、後者の場合、動物は長期記憶を使用して、時間の経過とともに構築されたすでに保存されている知識にアクセスしました。
セロトニンは学習をより効率的にします
CCUの研究者は、光を利用して生細胞内の分子を操作する光遺伝学を使用して、マウスの脳内のセロトニン産生細胞を刺激し、この神経伝達物質のレベルの上昇が学習課題における動物の行動にどのように影響するかを調べました。
彼らが蓄積されたデータを分析したとき、マウスの試行間の待機時間間隔を考慮に入れて、彼らはより高いセロトニンレベルが動物が以前の経験からどれほど効果的に学んだかを増幅したと結論付けました。ただし、これは、より長い待機間隔の後に行われた選択にのみ適用されます。
「セロトニンは常に報酬からの学習を強化していますが、この効果は動物の選択のサブセットでのみ明らかです」と、CCUの研究共著者である村上正義は述べています。
「ほとんどの試験で、選択は「高速システム」によって推進され、動物は勝ち負けの切り替え戦略に従いました」とUCLの研究者飯ヶ谷清仁は付け加えます。しかし、少数の試験で、この単純な戦略では動物の選択がまったく説明されていないことがわかりました。」
「これらの試験では、代わりに、動物が「遅いシステム」に従っていることがわかりました。このシステムでは、最新の試験だけでなく、多くの試験の報酬履歴が選択に影響を与えました。」
「さらに、セロトニンは、動物が遅いシステムに従っているこれらの後者の選択にのみ影響を及ぼしました」と飯ヶ谷は付け加えます。
気分や行動との関連
著者らはまた、選択的セロトニン再取り込み阻害剤（SSRI）（セロトニンレベルを高め、うつ病の治療に使用される薬剤タイプ）が認知行動療法（CBT）と組み合わせて使用された場合に最も効果的である理由を説明できると考えています。
SSRIは脳内の化学的不均衡に対処することでうつ病に取り組みますが、CBTの目的は、行動反応を変化させてうつ病の症状を改善することです。
「私たちの結果は、セロトニンが学習率に影響を与えることによって[脳]の可塑性を高めることを示唆しています」と、研究の著者は発表された論文の結論に書いています。
「これは、たとえば、SSRIによる治療が、患者の習慣の破壊を促進するいわゆる認知行動療法と組み合わせると、より効果的になる可能性があるという事実に共鳴します」と彼らは付け加えています。
