由UCL的研究人員根據(jù)Champalimaud未知中心的數(shù)據(jù)設(shè)計的新計算模型顯示，血清素是大腦中最普遍的化學(xué)物質(zhì)之一，可以加速學(xué)習(xí)。

血清素被認(rèn)為是介導(dǎo)神經(jīng)細(xì)胞之間的通信，并在功能和功能失調(diào)的認(rèn)知中發(fā)揮重要作用。長期以來，血清素已被公認(rèn)為抗抑郁藥(選擇性5-羥色胺再攝取抑制劑(SSRIs)的主要靶點，用于治療各種精神疾病，如抑郁癥，強迫癥和焦慮癥。人類和其他動物中的血清素與認(rèn)知和決策的各種方面令人眼花繚亂，包括懲罰，獎勵和耐心。

今天在Nature Communications上發(fā)布的新結(jié)果提供了額外的照明。在文章中，蓋茨比計算神經(jīng)科學(xué)部門的Kiyohito Iigaya和Peter Dayan以及UCL的馬克斯普朗克UCL計算精神病學(xué)和老齡化研究中心分析了他們的合作者，Madalena Fonseca和Masayoshi Murakami，由Zachary Mainen在Champalimaud中心領(lǐng)導(dǎo)的數(shù)據(jù)在葡萄牙的未知。

在實驗中，訓(xùn)練小鼠選擇兩個目標(biāo)中的一個以獲得水獎勵。由于獎勵率在沒有警告的情況下發(fā)生變化，因此小鼠不得不了解哪些目標(biāo)更有價值。至關(guān)重要的是，有時通過稱為光遺傳學(xué)的技術(shù)，在具有基因修飾的5-羥色胺神經(jīng)元的小鼠中，大腦中的5-羥色胺釋放暫時增強，從而允許評估5-羥色胺對學(xué)習(xí)的影響。

Iigaya基于強化學(xué)習(xí)原理建立了鼠標(biāo)行為的計算帳戶，這些原理廣泛應(yīng)用于機器學(xué)習(xí)和人工智能。Iigaya發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)率，即模擬小鼠學(xué)習(xí)的速度，受血清素刺激的調(diào)節(jié)。他比較了有和沒有刺激5-羥色胺神經(jīng)元的試驗，并觀察到刺激傳遞時學(xué)習(xí)速度明顯加快，這意味著促進(jìn)血清素加速了小鼠的學(xué)習(xí)。

作者還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)老鼠連續(xù)快速做出決定時，他們采用了一種簡單的策略，稱為“勝利 - 失敗 - 開關(guān)”，如果它剛剛獲得獎勵，他們會重復(fù)選擇，如果它被轉(zhuǎn)換為另一種選擇，沒有得到回報。5-羥色胺刺激不會影響這些快速選擇。然而，在試驗的子集中，當(dāng)動物行動緩慢并在試驗之間花費很長時間時，他們的決定并沒有遵循簡單的勝利 - 失敗 - 轉(zhuǎn)換規(guī)則。相反，老鼠根據(jù)更長的獎勵歷史作出決定，這一點通過強化學(xué)習(xí)賬戶得到了很好的表征。5-羥色胺刺激僅影響這種緩慢的學(xué)習(xí)系統(tǒng)。

重要的是，作者發(fā)現(xiàn)，這個緩慢的系統(tǒng)跟蹤每次試驗的獎勵結(jié)果，即使選擇是由快速，贏得停留的失敗開關(guān)系統(tǒng)做出的。因此，當(dāng)動物在作出決定之前花費很長時間時，血清素刺激對促進(jìn)慢系統(tǒng)的影響僅偶爾變得明顯。作者認(rèn)為，多個決策系統(tǒng)相互掩蓋的方式可以解釋為什么科學(xué)家們難以構(gòu)建關(guān)于5-羥色胺如何影響學(xué)習(xí)和決策的綜合理論。

作者得出結(jié)論：“我們的研究結(jié)果表明，血清素通過影響學(xué)習(xí)速度來增強[大腦]的可塑性。例如，當(dāng)與所謂的認(rèn)知行為療法相結(jié)合時，使用SSRI治療可以更有效的事實引起共鳴，這會鼓勵患者改變生活習(xí)慣。“

大量臨床研究表明，如果與認(rèn)知行為療法(CBT)相結(jié)合，SSRI治療通常最有效。CBT的目標(biāo)是通過為患者設(shè)計(重新)學(xué)習(xí)他們的思考和行為方式的會議，積極地改變適應(yīng)不良的思維和行為。然而，科學(xué)家們對SSRI和CBT如何以及為何一起進(jìn)行治療的理解有限。新發(fā)現(xiàn)表明兩者之間可能存在功能聯(lián)系，血清素促進(jìn)了CBT固有的學(xué)習(xí)，為這種神經(jīng)調(diào)節(jié)劑在治療精神疾病中的作用提供了線索。