Secondo nuovi dati del Champalimaud Centre for the Unknown (CCU) e dell’University College London (UCL), il neurotrasmettitore serotonina svolge un ruolo fondamentale nel processo di apprendimento, contribuendo a velocizzarlo. I ricercatori ritengono che questo spieghi perché gli antidepressivi inibitori selettivi della ricaptazione della serotonina (SSRI) siano più efficaci se associati alla terapia cognitivo-comportamentale (CBT). Le loro scoperte sono state recentemente pubblicate sulla rivista Nature Communications.
I diversi ruoli della serotonina
La serotonina, nota anche come 5-idrossitriptamina (5-HT), è una delle principali sostanze chimiche utilizzate dai nervi per comunicare. Ha un impatto su ogni parte del nostro corpo, ma ci sono ancora molte cose relativamente sconosciute su questo neurotrasmettitore e sui suoi molteplici ruoli. I neuroscienziati perseguono da tempo una teoria integrata su cosa faccia esattamente la serotonina nel corpo e nel cervello, ma individuare tutte le funzioni della serotonina è una sfida.
Comunemente associata alla regolazione dell’umore, sappiamo che la serotonina svolge una serie di altri ruoli chiave in tutto l’organismo. Circa il 90% della serotonina del corpo si trova in realtà nel tratto gastrointestinale, dove aiuta a regolare la motilità intestinale. La serotonina è anche immagazzinata nelle piastrine del sangue e agisce come vasocostrittore durante il processo di coagulazione. Il resto della serotonina dell’organismo è sintetizzato dal sistema nervoso centrale, dove contribuisce alla regolazione dell’appetito, del comportamento, dell’umore e del sonno.
Precedenti ricerche hanno collegato la serotonina alla memoria e alla neuroplasticità. Questo studio più recente conferma questi risultati e fornisce ulteriori informazioni sull’effetto della serotonina sulle funzioni cognitive.
La serotonina migliora la velocità di apprendimento
In questo ultimo studio sul noto neurotrasmettitore, i ricercatori hanno condotto una serie di esperimenti sui topi in cui hanno osservato che quando i neuroni della serotonina venivano attivati artificialmente tramite la luce, una tecnologia emergente chiamata optogenetica, i topi erano più veloci nell’adattare il loro comportamento.
Secondo Zach Mainen, uno degli autori principali dello studio, “lo studio ha scoperto che la serotonina aumenta la velocità di apprendimento. Quando i neuroni della serotonina sono stati attivati artificialmente, utilizzando la luce, i topi sono stati più veloci nell’adattare il loro comportamento in una situazione che richiedeva una certa flessibilità. In altre parole, davano più peso alle nuove informazioni e quindi cambiavano idea più rapidamente quando questi neuroni erano attivi”.
Per giungere a questa conclusione, i ricercatori hanno osservato come i topi reagivano in un compito di apprendimento di base in cui l’obiettivo era quello di ottenere acqua da una delle due fonti. Secondo la coautrice dello studio Madalena Fonseca della CCU, “gli animali sono stati posti in una camera in cui dovevano colpire un distributore d’acqua sul lato sinistro o su quello destro che, con una certa probabilità, avrebbe erogato o meno acqua”.
La quantità d’acqua rilasciata e il distributore da cui veniva erogata erano randomizzati in modo che i topi dovessero adattare continuamente la loro strategia. In alcune prove, i ricercatori hanno usato la tecnica optogenetica per aumentare artificialmente il rilascio di serotonina. Analizzando i dati con un modello computazionale sviluppato dal coautore dello studio Kiyohito Iigaya dell’UCL, il team ha osservato che i topi sembravano mostrare due approcci distinti al processo decisionale, a seconda della rapidità della scelta.
Memoria di lavoro e memoria a lungo termine: Due diverse strategie di apprendimento
Secondo Iigaya, “con nostra sorpresa, abbiamo scoperto che il comportamento di scelta degli animali era generato da due sistemi decisionali distinti. Nella maggior parte delle prove, la scelta era guidata da un ‘sistema veloce’, in cui gli animali seguivano una strategia di vincita-stacco-perdita-scambio. Ma in un piccolo numero di prove abbiamo scoperto che questa semplice strategia non spiegava affatto le scelte degli animali”.
È stato questo piccolo gruppo di prove a rivelare l’effetto della serotonina sul processo decisionale. “La serotonina migliora sempre l’apprendimento dalla ricompensa, ma questo effetto è evidente solo su un sottogruppo di scelte degli animali”, ha detto il co-autore della CCU Masayoshi Murakami.
Nel sistema più veloce, i topi si sono affidati alla loro memoria di lavoro o a breve termine. Tuttavia, quando l’intervallo tra le prove era più lungo, i topi utilizzavano la memoria a lungo termine di tutte le prove precedenti. Secondo i loro dati, la serotonina ha potenziato l’apprendimento dalla storia di tutte le ricompense passate, ma ha influenzato solo le scelte fatte durante questi intervalli più lunghi.
Iigaya spiega: “In queste prove, invece, abbiamo scoperto che gli animali seguivano il loro ‘sistema lento’, in cui era la storia della ricompensa su molte prove, e non solo le prove più recenti, a influenzare le loro scelte. Inoltre, la serotonina influenzava solo queste ultime scelte, in cui l’animale seguiva il sistema lento”.
L’équipe ritiene che i risultati ottenuti possano spiegare perché gli SSRI, che sono un tipo di antidepressivo che aumenta i livelli di serotonina, siano significativamente più efficaci se combinati con la terapia cognitivo-comportamentale, che è una forma di terapia. Gli autori affermano che “i nostri risultati suggeriscono che la serotonina aumenta la plasticità [cerebrale] influenzando il tasso di apprendimento. Ciò si ricollega, ad esempio, al fatto che il trattamento con un SSRI può essere più efficace se combinato con la cosiddetta terapia cognitivo-comportamentale, che incoraggia la rottura delle abitudini nei pazienti.