Serotonin giúp tăng cường khả năng học tập, không chỉ là tâm trạng
Chất dẫn truyền thần kinh serotonin có liên quan đến việc kiểm soát tâm trạng, mặc dù nó cũng giúp điều chỉnh các chức năng khác nhau, chẳng hạn như giấc ngủ và ham muốn tình dục. Nghiên cứu mới đã phát hiện ra một vai trò khác của serotonin: thúc đẩy tốc độ học tập.
Mặc dù các biến thể về mức serotonin có liên quan đến các rối loạn tâm trạng như trầm cảm, chúng ta vẫn chưa biết nhiều về tất cả các vai trò của chất dẫn truyền thần kinh này.
Một số tài liệu nghiên cứu trước đây đã liên kết nó với trí nhớ và tính linh hoạt thần kinh, hoặc khả năng của não để liên tục thích ứng trong suốt cuộc đời của một người để duy trì sức khỏe và chức năng nhận thức.
Giờ đây, các nhà khoa học trải rộng hai cơ sở - Trung tâm Champalimaud cho Người chưa biết (CCU) ở Lisbon, Bồ Đào Nha và Đại học College London (UCL) ở Vương quốc Anh - đã nghiên cứu sâu hơn và phát hiện ra rằng serotonin cũng tham gia vào quá trình học tập.
Cụ thể hơn, nó dường như góp phần vào tốc độ chúng ta tìm hiểu thông tin mới, như các nhà nghiên cứu giải thích trong một bài báo hiện được xuất bản trên tạp chí Nature Communications.
Nghiên cứu được thực hiện trên mô hình chuột, đã kiểm tra xem các loài động vật có thể thích ứng hành vi của chúng với một tình huống nhất định nhanh như thế nào. Serotonin dường như đóng một vai trò trong quá trình này.
“Nghiên cứu cho thấy serotonin giúp tăng cường tốc độ học tập,” Zachary Mainen, đồng tác giả của nghiên cứu, từ CCU, giải thích.
Ông cho biết thêm: “Khi các tế bào thần kinh serotonin được kích hoạt nhân tạo, sử dụng ánh sáng, nó khiến chuột thích nghi nhanh hơn với hành vi của chúng trong một tình huống đòi hỏi sự linh hoạt như vậy.
“Đó là, họ có trọng lượng hơn đối với thông tin mới và do đó họ thay đổi suy nghĩ nhanh hơn khi những tế bào thần kinh này hoạt động.”
Zachary Mainen
Hai chiến lược học tập
Để nghiên cứu quá trình và tốc độ học tập của động vật, các nhà nghiên cứu đã cho những con chuột tiếp xúc với một nhiệm vụ học tập, trong đó mục đích là tìm nước.
Tác giả nghiên cứu Madalena Fonseca cho biết: “Động vật được đặt trong một cái buồng, nơi chúng phải chọc vào một cái máy lọc nước ở bên trái hoặc một cái ở bên phải của chúng - mà với một xác suất nhất định, chúng sẽ tiết ra nước hoặc không. CCU, giải thích mẫu thử nghiệm.
Những con chuột tiếp tục cố gắng lấy nước từ máy phân phối, và chúng học được cách chúng có nhiều khả năng tìm thấy nó hơn dựa trên thử và sai. Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu quan sát thấy, thời gian các con vật chờ đợi giữa các lần thử có xu hướng khác nhau.
Đôi khi, các loài động vật thực hiện một nỗ lực khác để lấy nước ngay sau khi đã thử, và đôi khi chúng chờ đợi lâu hơn trước khi thử nghiệm khác.
Các nhà khoa học cũng thấy rằng những con chuột có xu hướng chờ đợi lâu hơn giữa các lần thử vào đầu và cuối phiên thử nghiệm trong ngày.
Điều này khiến các nhà nghiên cứu đưa ra giả thuyết rằng, khi bắt đầu phiên làm việc, các con vật có thể vẫn còn khá mất tập trung và không hứng thú với nhiệm vụ hiện tại, "có thể hy vọng ra khỏi phòng thí nghiệm," như các tác giả nghiên cứu viết.
Sau đó, một lần nữa, vào cuối phiên, những con chuột có thể thiếu động lực để tiếp tục tìm kiếm nước bởi vì vào thời điểm đó, chúng có thể đã được lấp đầy.
Do đó, sự thay đổi được quan sát thấy cuối cùng đã khiến nhóm nghiên cứu hiểu được cách serotonin có thể ảnh hưởng đến việc học và ra quyết định.
Tùy thuộc vào thời gian chờ đợi được ưa thích bởi chuột giữa các lần thử tìm nước, chúng cũng sử dụng một trong hai loại chiến lược để tối đa hóa khả năng thành công trong các thử nghiệm của chúng.
Trí nhớ làm việc và trí nhớ dài hạn
Với khoảng thời gian chờ ngắn giữa các lần thử nghiệm của động vật, các nhà khoa học nhận thấy rằng những con chuột có xu hướng dựa trên chiến lược của chúng dựa trên kết quả - thành công hay không thành công - của thử nghiệm trước đó.
Có nghĩa là, nếu những con chuột vừa lấy nước thành công từ một thiết bị phân phối, chúng sẽ thử lại cùng một bình. Nếu cái này bây giờ không thành công, sau đó họ sẽ chuyển sang bộ phân phối khác. Cách tiếp cận này được gọi là chiến lược “thắng-ở-mất-chuyển”.
Trong trường hợp khoảng thời gian chờ đợi giữa các lần thử nghiệm dài hơn, những con chuột có nhiều khả năng đưa ra lựa chọn dựa trên kinh nghiệm tích lũy trong quá khứ.
Các nhà nghiên cứu giải thích điều này có nghĩa là trong trường hợp trước đây, những con chuột sử dụng trí nhớ làm việc của chúng, hoặc loại trí nhớ ngắn hạn dẫn đến việc đưa ra quyết định thích ứng dựa trên kinh nghiệm tức thì.
Tuy nhiên, trong trường hợp thứ hai, các loài động vật sử dụng trí nhớ dài hạn của chúng, truy cập kiến thức đã được lưu trữ đã được xây dựng theo thời gian.
Serotonin giúp việc học hiệu quả hơn
Sử dụng di truyền quang học - một kỹ thuật sử dụng ánh sáng để điều khiển các phân tử trong tế bào sống - các nhà nghiên cứu của CCU đã kích thích các tế bào sản xuất serotonin trong não chuột để xem mức độ nâng cao của chất dẫn truyền thần kinh này có thể ảnh hưởng đến hành vi của động vật trong nhiệm vụ học tập như thế nào.
Khi phân tích dữ liệu tích lũy, có tính đến khoảng thời gian chờ đợi giữa các lần thử nghiệm trên chuột, họ kết luận rằng mức serotonin cao hơn đã khuếch đại mức độ hiệu quả của động vật học được từ những kinh nghiệm trước đó. Tuy nhiên, điều này chỉ áp dụng cho các lựa chọn được thực hiện sau khoảng thời gian chờ đợi lâu hơn.
“Serotonin luôn nâng cao khả năng học hỏi từ phần thưởng, nhưng tác động này chỉ rõ ràng trên một nhóm nhỏ các lựa chọn của động vật,” đồng tác giả nghiên cứu Masayoshi Murakami, thuộc CCU, lưu ý.
“Trong hầu hết các thử nghiệm,” nhà nghiên cứu Kiyohito Iigaya của UCL cho biết thêm, “sự lựa chọn được thúc đẩy bởi một“ hệ thống nhanh ”, nơi các con vật tuân theo chiến lược chuyển đổi thắng-ở-được-mất. Nhưng trên một số ít thử nghiệm, chúng tôi nhận thấy rằng chiến lược đơn giản này không giải thích được sự lựa chọn của động vật. "
Ông nói: “Trong những lần thử nghiệm này,“ thay vào đó, chúng tôi nhận thấy rằng động vật tuân theo ‘hệ thống chậm chạp’ của chúng, trong đó lịch sử phần thưởng qua nhiều lần thử nghiệm và không chỉ những lần thử nghiệm gần đây nhất, đã ảnh hưởng đến sự lựa chọn của chúng ”.
“Hơn nữa,” Iigaya nói thêm, “serotonin chỉ ảnh hưởng đến những lựa chọn sau này, trong đó con vật đang tuân theo hệ thống chậm chạp.”
Liên kết với tâm trạng và hành vi
Các tác giả cũng tin rằng những phát hiện này có thể giải thích tại sao các chất ức chế tái hấp thu serotonin có chọn lọc (SSRI) - một loại thuốc làm tăng mức serotonin và được sử dụng trong điều trị trầm cảm - có hiệu quả nhất khi được sử dụng kết hợp với liệu pháp hành vi nhận thức (CBT).
Trong khi SSRI giải quyết chứng trầm cảm bằng cách giải quyết sự mất cân bằng hóa học trong não, mục tiêu của CBT là thay đổi phản ứng hành vi để cải thiện các triệu chứng của bệnh trầm cảm.
“Kết quả của chúng tôi cho thấy serotonin tăng cường độ dẻo của [não] bằng cách ảnh hưởng đến tốc độ học tập,” các tác giả nghiên cứu viết trong phần kết luận cho bài báo được xuất bản của họ.
Họ nói thêm, “Ví dụ, điều này cộng hưởng với thực tế là điều trị bằng SSRI có thể hiệu quả hơn khi kết hợp với cái gọi là liệu pháp hành vi nhận thức, khuyến khích việc phá vỡ thói quen ở bệnh nhân.”
