La serotonina mejora el aprendizaje, no solo el estado de ánimo
El neurotransmisor serotonina está relacionado con el control del estado de ánimo, aunque también ayuda a regular otras funciones, como el sueño y el deseo sexual. Una nueva investigación ha descubierto otro papel que juega la serotonina: impulsar la velocidad de aprendizaje.
Aunque las variaciones en los niveles de serotonina están relacionadas con trastornos del estado de ánimo como la depresión, todavía no sabemos mucho sobre todas las funciones que desempeña este neurotransmisor.
Algunos artículos de estudios anteriores lo han relacionado con la memoria y la neuroplasticidad, o la capacidad del cerebro para adaptarse continuamente a lo largo de la vida de una persona para preservar la salud y la función cognitiva.
Ahora, científicos que abarcan dos instituciones, el Centro Champalimaud para lo Desconocido (CCU) en Lisboa, Portugal, y el University College London (UCL) en el Reino Unido, han profundizado más y han descubierto que la serotonina también está involucrada en los procesos de aprendizaje.
Más específicamente, parece contribuir a la velocidad a la que aprendemos nueva información, como explican los investigadores en un artículo que ahora se publica en la revista. Comunicaciones de la naturaleza.
El estudio, realizado en un modelo de ratón, evaluó la rapidez con la que los animales podrían adaptar su comportamiento a una situación determinada. La serotonina pareció jugar un papel en este proceso.
"El estudio encontró que la serotonina mejora la velocidad del aprendizaje", explica el coautor del estudio, Zachary Mainen, de CCU.
“Cuando las neuronas de serotonina se activaron artificialmente, usando luz, hizo que los ratones adaptaran más rápidamente su comportamiento en una situación que requería tanta flexibilidad”, agrega.
"Es decir, dieron más peso a la nueva información y, por lo tanto, cambiaron de opinión más rápidamente cuando estas neuronas estaban activas".
Zachary Mainen
Dos estrategias de aprendizaje
Para estudiar los procesos de aprendizaje y la velocidad de los animales, los investigadores expusieron a los ratones a una tarea de aprendizaje, en la que el objetivo era encontrar agua.
“Los animales fueron colocados en una cámara donde tenían que pinchar un dispensador de agua en el lado izquierdo o uno en el derecho, que, con cierta probabilidad, luego dispensaría agua, o no”, dice la autora del estudio, Madalena Fonseca, de la CCU, explicando la plantilla del experimento.
Los ratones siguieron tratando de obtener agua de los dispensadores y aprendieron cómo era más probable que la encontraran basándose en prueba y error. Pero, observó el equipo, el tiempo que esperaban los animales entre intentos tendía a variar.
A veces, los animales hicieron otro intento de conseguir agua inmediatamente después de haberlo intentado y, a veces, esperaron más antes de otra prueba.
Los científicos también vieron que los ratones tendían a esperar más tiempo entre intentos al comienzo y al final de la sesión experimental de un día.
Esto llevó a los investigadores a plantear la hipótesis de que, al comienzo de una sesión, los animales aún podrían estar bastante distraídos y desinteresados en la tarea en cuestión, "tal vez con la esperanza de salir de la cámara experimental", como escriben los autores del estudio.
Por otra parte, al final de una sesión, los ratones pueden carecer de motivación para seguir buscando agua porque, en ese momento, es posible que ya se hayan llenado.
La variabilidad así observada finalmente llevó al equipo a comprender cómo la serotonina podría afectar el aprendizaje y la toma de decisiones.
Dependiendo del tiempo de espera preferido por los ratones entre sus intentos de encontrar agua, también emplearon uno de dos tipos de estrategias para maximizar la probabilidad de éxito en sus pruebas.
Memoria de trabajo versus memoria a largo plazo
Con breves intervalos de tiempo de espera entre los intentos de los animales, los científicos notaron que los ratones tendían a basar su estrategia en el resultado, exitoso o no, de la prueba anterior.
Es decir, si los ratones hubieran logrado recuperar agua de un dispensador, volverían a intentarlo con el mismo. Si este fallaba ahora, pasarían al otro dispensador. Este enfoque se conoce como la estrategia "ganar-quedarse-perder-cambiar".
En el caso de intervalos más largos de tiempo de espera entre ensayos, era más probable que los ratones hicieran una elección basada en experiencias pasadas acumuladas.
Lo que esto significa, explican los investigadores, es que en el primer caso, los ratones emplearon su memoria de trabajo, o el tipo de memoria a corto plazo que conduce a la toma de decisiones adaptativa basada en la experiencia inmediata.
En el último caso, sin embargo, los animales utilizaron su memoria a largo plazo, accediendo al conocimiento ya almacenado que se había construido a lo largo del tiempo.
La serotonina hace que el aprendizaje sea más eficiente
Usando optogenética, una técnica que emplea luz para manipular moléculas en células vivas, los investigadores de CCU estimularon las células productoras de serotonina en el cerebro de los ratones para ver cómo los niveles elevados de este neurotransmisor podrían afectar el comportamiento de los animales en la tarea de aprendizaje.
Cuando analizaron los datos acumulados, teniendo en cuenta los intervalos de tiempo de espera entre las pruebas de los ratones, concluyeron que los niveles más altos de serotonina amplificaban la eficacia con la que los animales aprendían de experiencias anteriores. Sin embargo, esto solo se aplica a las elecciones realizadas después de intervalos de espera más prolongados.
"La serotonina siempre mejora el aprendizaje de la recompensa, pero este efecto solo es aparente en un subconjunto de las elecciones de los animales", señala el coautor del estudio Masayoshi Murakami, de CCU.
“En la mayoría de los ensayos”, agrega el investigador de UCL Kiyohito Iigaya, “la elección fue impulsada por un 'sistema rápido', donde los animales siguieron una estrategia de ganar-quedarse-perder-cambiar. Pero en una pequeña cantidad de ensayos, encontramos que esta simple estrategia no explicaba en absoluto las elecciones de los animales ".
"En estos ensayos", dice, "en cambio, encontramos que los animales siguieron su 'sistema lento', en el que fue el historial de recompensas en muchos ensayos, y no solo los ensayos más recientes, lo que afectó sus elecciones".
"Además", agrega Iigaya, "la serotonina afectó solo a estas últimas opciones, en las que el animal seguía el sistema lento".
Vínculos con el estado de ánimo y el comportamiento.
Los autores también creen que los hallazgos pueden explicar por qué los inhibidores selectivos de la recaptación de serotonina (ISRS), un tipo de fármaco que aumenta los niveles de serotonina y que se usa en el tratamiento de la depresión, son más efectivos cuando se usan en combinación con la terapia cognitivo-conductual (TCC).
Si bien los ISRS abordan la depresión al abordar los desequilibrios químicos en el cerebro, el objetivo de la TCC es cambiar las respuestas conductuales para mejorar los síntomas de la depresión.
"Nuestros resultados sugieren que la serotonina aumenta la plasticidad [del cerebro] al influir en la tasa de aprendizaje", escriben los autores del estudio en la conclusión de su artículo publicado.
Añaden: "Esto resuena, por ejemplo, con el hecho de que el tratamiento con un ISRS puede ser más eficaz cuando se combina con la llamada terapia cognitivo-conductual, que fomenta la ruptura de hábitos en los pacientes".
