تجزیه و تحلیل مدل محاسباتی یادگیری سرعت سروتونین را نشان می دهد

یک مدل محاسباتی جدید طراحی شده توسط محققان در UCL بر اساس داده های مرکز Champalimaud برای عوامل ناشناخته نشان می دهد که سروتونین، یکی از گسترده ترین مواد شیمیایی در مغز، می تواند یادگیری را سریع تر کند.

به نظر می رسد سروتونین ارتباط میان سلول های عصبی را به عهده دارد و نقش مهمی در شناخت عملکردی و غیرفعال دارد. برای مدت طولانی، سروتونین به عنوان یک هدف اصلی ضد افسردگی ها (selective-serotonin-reuptake inhibitor (SSRIs) که برای درمان بسیاری از بیماری های روانپزشکی مانند افسردگی، اختلال وسواسی-اجباری و انواع اضطراب استفاده می شود، شناخته شده است. سروتونین در انسان و سایر حیوانات، با انواع جنبه های بی نظیر شناخت و تصمیم گیری همراه است، از جمله مجازات، پاداش و صبر.

نتایج جدید، که در Today Communications منتشر شده است، نور اضافی را ارائه می دهند. در این مقاله Kiyohito Iigaya و Peter Dayan در واحد علوم رایج محاسباتی Gatsby و مرکز UCL مکس پلانک برای تحقیقات روانپزشکی و پیری در UCL، داده های جمع آوری شده توسط همکاران خود، Madalena Fonseca و Masayoshi Murakami، به رهبری Zachary Mainen در مرکز Champalimaud تجزیه و تحلیل برای ناشناخته در پرتغال می باشد.

در آزمایشات، موش ها برای انتخاب یکی از دو هدف برای دریافت پاداش های آب آموزش دیده شدند. موش به طور مداوم مجبور بود یاد بگیرد که کدام یک از اهداف بیشتر پاداش داده شده است، زیرا نرخ پاداش بدون هشدار تغییر کرده است. نکته مهم این است که گاهی اوقات سروتونین در مغز به طور موقت در موشها با نورون های سروتونین اصلاح شده ژنتیکی به وسیله تکنیک به نام optogenetics به وجود می آید، که می تواند اثرات سروتونین بر یادگیری را ارزیابی کند.

Iigaya یک حساب محاسباتی از رفتار موش ها بر اساس اصول یادگیری تقویت ایجاد کرد که به طور گسترده در یادگیری ماشین و AI مورد استفاده قرار می گیرد. ایگایای متوجه شد که میزان یادگیری، یعنی اینکه چگونه موش های مدل سازی شده را یاد بگیرند، توسط تحریک سروتونین تعدیل شد. او آزمایشات را با تحریک نورون های سروتونین و بدون تحریک مقایسه کرد و مشاهده کرد که میزان تحرک در هنگام تحریک به میزان قابل توجهی سریعتر می شود، به این معنی که افزایش سروتونین باعث افزایش یادگیری در موش می شود.

نویسندگان همچنین دریافتند هنگامی که موشها تصمیمات بسیار سریعی را اتخاذ کردند، آنها به دنبال یک استراتژی ساده به نام “win-stay-lose-switch”، که در آن انتخاب شدند، اگر آن را فقط پاداش داده بود، و به انتخاب دیگری تغییر داد، اگر پاداش داده نشده بود تحریک سروتونین بر این انتخاب سریع تاثیر نمی گذارد. با این حال، در مواردی از آزمایشات، زمانی که حیوانات به آرامی عمل می کردند و در طی محاکمه های طولانی مدت طول می کشید، تصمیم گیری های آنها از قانون ساده ای که موجب برنده شدن در زمان پیروزی می شد، پیروی نمی کرد. در عوض، موش ها تصمیم گرفتند که بر اساس سابقه طولانی پاداش ها، که به خوبی توسط یک حساب یادگیری تقویت شناخته شده بود. تحریک سروتونین تنها بر این سیستم یادگیری آهسته تاثیر می گذارد.

مهم این است که نویسندگان دریافتند که این سیستم آهسته نتایج آزمایشات را در هر محاکمه ردیابی می کند، حتی زمانی که انتخاب ها با استفاده از سیستم سریع و بی نظیر از دست رفته انجام می شود. بنابراین اثر تحریک سروتونین برای تقویت سیستم آهسته گاهی اوقات آشکار می شود، زمانی که حیوانات قبل از تصمیم گیری طولانی مدت طول کشیدند. نویسندگان بر این باورند که راهکارهایی که چندین سیستم تصمیم گیرنده یکدیگر را مخفی می کنند، ممکن است توضیح دهد که چرا دانشمندان در ساخت یک نظریه جامع در خصوص نحوه تأثیر گذار بودن سروتونین بر یادگیری و تصمیم گیری دچار مشکل شده اند.

نویسندگان نتیجه می گیرند: “نتایج ما نشان می دهد که با توجه به میزان یادگیری پتانسیل مغناطیسی را افزایش می دهد. این به عنوان مثال، با این واقعیت که درمان با SSRI می تواند در مواجهه با درمان به اصطلاح شناختی رفتاری موثرتر باشد، که باعث شکستن عادت در بیماران می شود. ”

تحقیقات بالینی قابل توجه نشان می دهد که درمان SSRI اغلب در مقایسه با درمان شناختی-رفتاری (CBT) موثرتر است. هدف CBT این است که تفکر و رفتار ناسازگارانه را به طور فعالانه از طریق جلساتی که برای بیماران طراحی شده اند ((دوباره) یاد بگیرند که چگونه فکر می کنند و رفتار می کنند. با این حال، دانشمندان درک محدودی از چگونگی و علت SSRI و CBT برای درمان داشته اند. یافته های جدید نشان می دهد که ارتباط بین دو عامل ممکن است با سروتونین تقویت یادگیری ذاتی CBT، ارائه نکاتی در مورد یکی از نقش هایی که  neuromodulator در درمان اختلالات روان درمانی نقش دارد.

منبع:

موارد ارائه شده توسط Sainsbury Wellcome مرکز