Selon de nouvelles données du Centre Champalimaud pour l’inconnu (CCU) et de l’University College London (UCL), le neurotransmetteur sérotonine joue un rôle essentiel dans le processus d’apprentissage, qu’il contribue à accélérer. Les chercheurs pensent que cela explique pourquoi les antidépresseurs inhibiteurs sélectifs de la recapture de la sérotonine (ISRS) sont plus efficaces lorsqu’ils sont associés à une thérapie cognitivo-comportementale (TCC). Leurs conclusions ont été récemment publiées dans la revue Nature Communications.
Les différents rôles de la sérotonine
La Sérotonine, également connue sous le nom de 5-hydroxytryptamine (5-HT), est l’une des principales substances chimiques que les nerfs utilisent pour communiquer. Elle a un impact sur toutes les parties de notre corps, mais il reste encore beaucoup de choses relativement inconnues sur ce neurotransmetteur et ses nombreuses fonctions. Les neuroscientifiques poursuivent depuis longtemps une théorie intégrée sur ce que fait exactement la sérotonine dans l’organisme et le cerveau, mais il est difficile d’en cerner toutes les fonctions.
Le plus souvent associée à la régulation de l’humeur, nous savons que la sérotonine joue une variété d’autres rôles clés dans l’organisme. Environ 90 % de la sérotonine se trouve en fait dans le tractus gastro-intestinal, où elle contribue à réguler la motilité intestinale. La sérotonine est également stockée dans les plaquettes sanguines, agissant comme un vasoconstricteur pendant le processus de coagulation. Le reste de la sérotonine de l’organisme est synthétisé par le système nerveux central, où elle contribue à la régulation de l’appétit, du comportement, de l’humeur et du sommeil..
De précédentes recherches ont établi un lien entre la sérotonine, la mémoire et la neuroplasticité. Cette nouvelle étude confirme ces résultats et donne d’autres informations sur l’effet de la sérotonine sur la fonction cognitive.
La sérotonine améliore la vitesse d’apprentissage
Dans cette dernière étude sur le célèbre neurotransmetteur, les chercheurs ont mené une série d’essais sur des souris au cours desquels ils ont observé que lorsque les neurones sérotoninergiques étaient activés artificiellement par la lumière, une technique émergente appelée optogénétique, les souris adaptaient plus rapidement leur comportement.
Selon Zach Mainen, l’un des principaux auteurs de l’étude, « l’étude a révélé que la sérotonine augmente la vitesse d’apprentissage. Lorsque les neurones sérotoninergiques étaient activés artificiellement, à l’aide de la lumière, les souris étaient plus promptes à adapter leur comportement dans une situation qui exigeait une telle flexibilité. Autrement dit, elles accordaient plus de poids aux nouvelles informations et changeaient donc d’avis plus rapidement lorsque ces neurones étaient actifs. »
Pour parvenir à cette conclusion, les chercheurs ont observé la réaction des souris lors d’une tâche d’apprentissage de base dont l’objectif était de leur permettre d’obtenir de l’eau à partir de l’une des deux sources. Selon Madalena Fonseca, co-auteur de l’étude au CCU, « les animaux étaient placés dans une chambre où ils devaient taper soit sur un distributeur d’eau situé sur leur côté gauche, soit sur un autre situé sur leur côté droit, qui, avec une certaine probabilité, distribuait alors de l’eau, ou non ».
La quantité d’eau libérée et le distributeur d’eau étaient aléatoires de sorte que les souris devaient continuellement adapter leur stratégie. Dans certains des essais, les chercheurs ont utilisé la technique de l’optogénétique pour stimuler artificiellement la libération de sérotonine. En analysant les données à l’aide d’un modèle informatique mis au point par le co-auteur de l’étude, Kiyohito Iigaya, de l’UCL, l’équipe a observé que les souris semblaient adopter deux approches distinctes de la prise de décision en fonction de la rapidité avec laquelle elles faisaient leur choix.
Mémoire de travail et mémoire à long terme : deux stratégies d’apprentissage différentes
Selon Iigaya, « à notre grande surprise, nous avons découvert que le comportement des animaux était généré par deux systèmes de décision distincts. Dans la plupart des essais, le choix était déterminé par un « système rapide », dans lequel les animaux suivaient une stratégie de type « gagner, rester, perdre ». Mais dans un petit nombre d’essais, nous avons constaté que cette stratégie simple n’expliquait pas du tout les choix des animaux. »
C’est ce petit sous-ensemble d’essais qui a révélé l’effet de la sérotonine sur le processus de prise de décision. « La sérotonine renforce toujours l’apprentissage à partir de la récompense, mais cet effet n’est apparent que sur un sous-ensemble des choix des animaux », a déclaré Masayoshi Murakami, coauteur de l’étude du CCU.
Dans le système le plus rapide, les souris ont utilisé leur mémoire de travail ou à court terme. En revanche, lorsque l’intervalle entre les essais était plus long, les souris utilisaient leur mémoire à long terme de tous les essais précédents. D’après leurs données, la sérotonine a stimulé l’apprentissage à partir de l’historique de toutes les récompenses passées, mais n’a affecté que les choix effectués pendant ces intervalles plus longs.
Iigaya explique que « lors de ces essais, nous avons plutôt constaté que les animaux suivaient leur « système lent », où l’historique des récompenses sur de nombreux essais, et pas seulement les essais les plus récents, affectait leurs choix. De plus, la sérotonine n’affectait que ces derniers choix, dans lesquels l’animal suivait le système lent ».
L’équipe pense que ses résultats pourraient expliquer pourquoi les ISRS, un type d’antidépresseur qui augmente les niveaux de sérotonine, sont nettement plus efficaces lorsqu’ils sont associés à une thérapie cognitivo-comportementale. Selon les auteurs, « nos résultats suggèrent que la sérotonine stimule la plasticité [du cerveau] en influençant le rythme d’apprentissage. Cela rejoint, par exemple, le fait que le traitement par un ISRS peut être plus efficace lorsqu’il est associé à une thérapie dite cognitivo-comportementale, qui encourage les patients à se défaire de leurs habitudes.