Serotonina: non solo per umore e memoria, anche per imparare

Serotonina: non serve solo alla memoria, ma anche ad imparare

La serotonina è uno dei principali mediatori chimici utilizzati dalle cellule nervose per comunicare tra loro e i suoi effetti sul comportamento non sono ancora chiari. Per molto tempo i neuroscienziati hanno iniziato a costruire una teoria integrata di ciò che la serotonina fa realmente nel cervello normale. Ma è stato difficile definire la funzione della serotonina, specialmente per l’apprendimento. Un team internazionale del Centro Champalimaud per l’ignoto (CCU), in Portogallo, e l’University College London (UCL), nel Regno Unito, ha scoperto un effetto precedentemente sconosciuto della serotonina sull’apprendimento. Quando i neuroni della serotonina venivano attivati ​​artificialmente, usando la luce, rendevano i topi più veloci ad adattare il loro comportamento in una situazione che richiedeva tale flessibilità. Cioè, hanno dato più peso alle nuove informazioni e quindi hanno cambiato le loro scelte più rapidamente quando questi neuroni erano attivi. La serotonina è stata precedentemente implicata nell’aumentare la plasticità cerebrale e questo studio aggiunge peso a questa idea, abbandonando così la comune concezione della serotonina come potenziatore dell’umore.

La nuova scoperta può aiutare a spiegare meglio un enigma medico: perché i cosiddetti “inibitori selettivi della ricaptazione della serotonina”, o SSRI, una classe di antidepressivi che si pensa agiscano aumentando i livelli cerebrali di serotonina circolante, sono più efficaci in combinazione con il comportamento terapie, basate sull’apprendimento rinforzato delle strategie comportamentali per allontanare i sintomi depressivi. Negli esperimenti, i topi dovevano svolgere un compito di apprendimento in cui l’obiettivo era trovare l’acqua. Gli animali venivano collocati in una camera in cui dovevano colpire un erogatore d’acqua sul lato sinistro o uno alla loro destra – il quale, con una certa probabilità, dispensava l’acqua, oppure no. Quando hanno analizzato i dati, gli scienziati hanno scoperto che la quantità di tempo che i topi hanno aspettato tra le prove (tentativi di trovare acqua) era variabile: o hanno subito provato di nuovo, colpendo uno dei distributori d’acqua, oppure hanno aspettato più a lungo prima di fare un nuovo tentativo. Fu questa variabilità che permise alla squadra di rivelare la probabile esistenza di un nuovo effetto della serotonina sul processo decisionale degli animali.

I lunghi intervalli di attesa erano più frequenti all’inizio e alla fine di una giornata di prove (corsa di prove). Questo probabilmente accade perché inizialmente i topi sono più distratti e non molto impegnati nel compito stesso, “forse sperando di uscire dalla camera sperimentale”, scrivono gli autori. Alla fine, bevendo abbastanza acqua, sono anche meno motivati ​​a cercare ricompensa. In ogni caso, il team ha scoperto che, a seconda della durata dell’intervallo tra le prove, i topi hanno adottato una delle due diverse strategie decisionali per massimizzare le loro possibilità di ricompensa (ottenendo acqua). Nello specifico, quando l’intervallo tra le prove era breve, il modello matematico che predisse meglio la prossima scelta degli animali era basato quasi completamente sull’esito (acqua o senza acqua) della prova immediatamente precedente (cioè, si mischiarono di nuovo lo stesso erogatore di acqua). Se non riuscissero a fornire acqua, passerebbero al distributore di acqua alternativo, una strategia nota come “win-stay-lose-switch”).

Questo, scrivono gli autori, suggerisce che quando l’intervallo tra due prove era breve, gli animali facevano affidamento soprattutto sulla loro “memoria di lavoro” per fare la loro prossima scelta – cioè, da parte della memoria a breve termine interessata alle percezioni immediate. È questo tipo di memoria che ci consente di memorizzare un numero di telefono per un breve periodo – e poi dimenticarlo se non lo ripetiamo più e più volte. D’altra parte, quando l’intervallo tra due prove consecutive durava più di sette secondi, il modello che predisse meglio la prossima scelta dei topi, suggerì che i topi stavano usando l’accumulo di diverse esperienze di ricompensa per guidare la loro prossima mossa – in altre parole, la loro memoria a lungo termine “calciata” (quella che ci consente di memorizzare le cose che impariamo, come suonare il piano). Il team ha anche stimolato i neuroni produttori di serotonina nel cervello degli animali con la luce laser, attraverso una tecnica chiamata optogenetica, per cercare gli effetti di livelli più elevati di serotonina sul loro comportamento di foraggiamento.

Hanno cercato di determinare se e in che modo un aumento dei livelli di serotonina avrebbe influenzato ciascuna delle due diverse strategie decisionali che avevano appena scoperto. Poi è successo qualcosa di sorprendente. Quando hanno riunito tutte le prove nei loro calcoli, senza prendere in considerazione la durata dell’intervallo precedente, gli scienziati non hanno rilevato alcun effetto significativo della loro manipolazione della serotonina sul comportamento. È stato solo quando hanno preso in considerazione le strategie decisionali sopra menzionate che sono state in grado di estrarre dai dati un aumento del tasso di apprendimento degli animali. La stimolazione dei neuroni produttori di serotonina ha aumentato l’efficacia dell’apprendimento dalla storia delle ricompense passate, ma questo ha influenzato solo le scelte fatte dopo lunghi intervalli. La serotonina migliora sempre l’apprendimento dalla ricompensa, ma questo effetto è solo apparente su un sottoinsieme delle scelte degli animali. Ma, sorprendentemente, gli scienziati hanno scoperto che il comportamento di scelta degli animali è stato generato da due sistemi decisionali distintivi.

Nella maggior parte delle prove, la scelta è stata guidata da un “sistema veloce”, in cui gli animali hanno seguito una strategia win-stay-lose-switch. Ma su un piccolo numero di prove, hanno scoperto che questa semplice strategia non spiegava affatto le scelte degli animali. In questi esperimenti, invece, hanno scoperto che gli animali seguivano il loro “sistema lento”, in cui era la storia della ricompensa per molte prove, e non solo le prove più recenti, che influivano sulle loro scelte. Inoltre, la serotonina influenzava solo queste ultime scelte, in cui l’animale seguiva il sistema lento. Per quanto riguarda il ruolo degli SSRI nel trattamento di disturbi psichiatrici come la depressione, gli autori concludono: “I nostri risultati suggeriscono che la serotonina aumenta la plasticità [del cervello] influenzando il tasso di apprendimento, come ad esempio il fatto che il trattamento con un SSRI può essere più efficace se combinato con la cosiddetta terapia comportamentale cognitiva, che incoraggia la rottura delle abitudini nei pazienti”.

I loro risultati completi sono pubblicati sulla rivista Nature Communications.

  • a cura del Dr. Gianfrancesco Cormaci, PhD, specialista in Biochimica Clinica.

Pubblicazioni scientifiche

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Informazioni su Dott. Gianfrancesco Cormaci 968 Articoli
Laurea in Medicina e Chirurgia nel 1998. Specialista in Biochimica Clinica nel 2002. Dottorato in Neurobiologia nel 2006. Ha soggiornato negli Stati Uniti, Baltimora (MD) come ricercatore alle dipendenze del National Institute on Drug Abuse (NIDA/NIH) e poi alla Johns Hiopkins University, dal 2004 al 2008. Dal 2009 si occupa di Medicina personalizzata. Detentore di un brevetto sulla preparazione di prodotti gluten-free a partire da regolare farina di frumento immunologicamente neutralizzata. Autore di un libro riguardante la salute e l'alimentazione, con approfondimenti su come questa condizioni tutti i sistemi corporei. Autore di articoli su informazione medica, salute e benessere sul sito salutesicilia.com.