Un equipo internacional del Centro Champalimaud para lo Desconocido (CCU), en Portugal, y el University College London (UCL), en el Reino Unido, han descubierto el efecto positivo, hasta ahora desconocido, de la serotonina sobre el aprendizaje.

Los resultados del estudio, que han sido publicado este martes en la revista ‘Nature Communications’, muestran concretamente que “la serotonina mejora la velocidad de aprendizaje”, según señala Zach Mainen, uno de los líderes del estudio.

La serotonina es uno de los principales químicos que las células nerviosas usan para comunicarse entre sí, y sus efectos sobre el comportamiento aún no están claros. Durante mucho tiempo, los neurocientíficos se han dedicado a construir una teoría integrada de lo que la serotonina realmente hace en el cerebro normal. Pero ha sido un desafío determinar la función de la serotonina, especialmente para el aprendizaje.

Usando un nuevo modelo matemático, ahora los autores han descubierto por qué ocurre. “Cuando las neuronas serotoninérgicas se activaron artificialmente, usando luz, hizo que los ratones adaptaran su comportamiento más rápidamente en una situación que requería tal flexibilidad. Es decir, dieron más peso a la información nueva y por lo tanto cambiaron de opinión más rápidamente cuando estas neuronas estaban activas”, afirma el investigador.

La serotonina ha sido implicada previamente en el aumento de la plasticidad cerebral, y este estudio pone peso a esa idea, por lo que se aleja de la concepción común de la serotonina como un potenciador del estado de ánimo.

Este nuevo hallazgo puede ayudar a explicar mejor por qué los llamados inhibidores selectivos de la recaptación de serotonina (ISRS), una clase de antidepresivos que se cree que actúan aumentando los niveles cerebrales de serotonina circulante, son más efectivos en combinación con terapias conductuales, basadas en el aprendizaje reforzado de estrategias conductuales para evitar los síntomas depresivos.

Para este descubrimiento utilizaron herramientas matemáticas desarrolladas en UCL por Peter Dayan, quien dirigió el estudio junto con Mainen, de la CCU, Kiyohito Iigaya, también en UCL, y trabajó en colaboración con los coautores de CCU, Madalena Fonseca y Masayoshi Murakami.

En los experimentos, los ratones tuvieron que realizar una tarea de aprendizaje en la cual el objetivo era encontrar agua. “Los animales fueron colocados en una cámara donde tenían que introducir un dispensador de agua en su lado izquierdo o uno a su derecha, lo que, con cierta probabilidad, dispensaría agua o no”, explica Fonseca.

Cuando analizaron los datos, los científicos encontraron que la cantidad de tiempo que los ratones esperaron entre los ensayos (intentos de encontrar agua) fue variable: o volvieron a intentarlo de inmediato, hurgando en uno de los dispensadores de agua, o esperaron más antes de hacer una nuevo intento. Fue esta variabilidad la que permitió al equipo observar la posible existencia de un efecto novedoso de la serotonina en la toma de decisiones de los animales.

Los largos intervalos de espera fueron más frecuentes al comienzo y al final de la sesión de un día (ejecución de ensayos). Esto probablemente ocurre porque inicialmente los ratones están más distraídos y no muy involucrados en la tarea en sí, “quizás esperando salir de la cámara experimental”, escriben los autores. Al final, después de haber bebido suficiente agua, están menos motivados para buscar recompensa.

En cualquier caso, el equipo descubrió que, dependiendo de la duración del intervalo entre los ensayos, los ratones adoptaron una de dos estrategias de toma de decisiones diferentes para maximizar sus posibilidades de recompensa (obtener agua).

Específicamente, cuando el intervalo entre ensayos fue corto, el modelo matemático que mejor predijo la siguiente elección de los animales se basó casi completamente en el resultado (agua o no) de la prueba inmediatamente anterior (es decir, pincharon el mismo dispensador de agua de nuevo; si eso no proporcionaba agua, luego cambiarían al dispensador de agua alternativo, una estrategia conocida como “ganar-quedarse-perder-cambiar”).

Esto, escriben los autores, sugiere que cuando el intervalo entre dos ensayos fue corto, los animales confiaban principalmente en su “memoria de trabajo” para hacer su siguiente elección, es decir, en la parte de la memoria a corto plazo relacionada con las percepciones inmediatas. Es este tipo de memoria lo que permite memorizar un número de teléfono por un corto tiempo, y luego olvidarlo si no nos lo repetimos una y otra vez.

Por otro lado, cuando el intervalo entre dos ensayos consecutivos duró más de siete segundos, el modelo que mejor predijo la siguiente elección de los ratones sugirió que los ratones estaban usando la acumulación de varias experiencias de recompensa para guiar su siguiente movimiento, en otras palabras, su memoria a largo plazo “pateó” (la que nos permite almacenar cosas que aprendemos, como tocar el piano).

SE ESTIMULÓ LAS NEURONAS PRODUCTORAS DE SEROTONINA

El grupo CCU también estimuló las neuronas productoras de serotonina en el cerebro de los animales con luz láser, a través de una técnica llamada optogenética, para buscar los efectos de niveles más altos de serotonina en su comportamiento de alimentación. Intentaron determinar cómo un aumento en los niveles de serotonina afectaría cada una de las dos estrategias diferentes de toma de decisiones que acababan de descubrir.

Cuando combinaron todas las pruebas en sus cálculos, sin tener en cuenta la duración del intervalo anterior, los científicos no encontraron ningún efecto significativo de la manipulación de la serotonina en el comportamiento. Fue solo cuando tomaron en cuenta las estrategias de toma de decisiones mencionadas anteriormente que pudieron extraer de los datos un aumento en las tasas de aprendizaje de los animales.

Al parecer, la estimulación de las neuronas productoras de serotonina aumentó la efectividad de aprender de la historia de las recompensas pasadas, pero esto solo afectó las elecciones realizadas después de largos intervalos. “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 Murakami.

En cuanto al papel de los ISRS en el tratamiento de trastornos psiquiátricos como la depresión, los autores concluyen que los “resultados sugieren que la serotonina aumenta la plasticidad [cerebral] al influir en la tasa de aprendizaje”. “Esto resuena, por ejemplo, con el hecho de que el tratamiento con un ISRS ser más eficaz cuando se combina con la llamada terapia cognitiva conductual, que fomenta la ruptura de los hábitos en los pacientes”, concluyen.

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