Serotonin meningkatkan pembelajaran, bukan hanya mood
Serotonin neurotransmitter dikaitkan dengan kawalan mood, walaupun ia juga membantu mengatur pelbagai fungsi lain, seperti tidur dan keinginan seksual. Penyelidikan baru telah menemui peranan lain yang dimainkan oleh serotonin: meningkatkan kelajuan pembelajaran.
Walaupun variasi tahap serotonin dikaitkan dengan gangguan mood seperti kemurungan, kita masih belum mengetahui banyak tentang peranan yang dimainkan oleh neurotransmitter ini.
Beberapa makalah kajian sebelumnya telah mengaitkannya dengan ingatan dan neuroplastik, atau kemampuan otak untuk terus beradaptasi sepanjang hidup seseorang sehingga dapat memelihara kesihatan dan fungsi kognitif.
Kini, para saintis yang merangkumi dua institusi - Pusat Champalimaud for the Unknown (CCU) di Lisbon, Portugal, dan University College London (UCL) di United Kingdom - telah mengetahui lebih mendalam dan mendapati bahawa serotonin juga terlibat dalam proses pembelajaran.
Lebih khusus lagi, nampaknya menyumbang kepada kecepatan kita mempelajari maklumat baru, seperti yang dijelaskan oleh para penyelidik dalam makalah yang kini diterbitkan dalam jurnal Komunikasi Alam.
Kajian yang dilakukan dalam model tikus, menguji seberapa cepat haiwan dapat menyesuaikan tingkah laku mereka dengan situasi tertentu. Serotonin nampaknya berperanan dalam proses ini.
"Kajian mendapati bahawa serotonin meningkatkan kelajuan pembelajaran," jelas penulis bersama kajian Zachary Mainen, dari CCU.
"Ketika neuron serotonin diaktifkan secara artifisial, menggunakan cahaya, tikus membuat lebih cepat menyesuaikan tingkah laku mereka dalam situasi yang memerlukan fleksibilitas seperti itu," tambahnya.
"Iaitu, mereka memberi lebih banyak berat kepada maklumat baru dan oleh itu mengubah fikiran mereka lebih cepat ketika neuron ini aktif."
Zachary Mainen
Dua strategi pembelajaran
Untuk mengkaji proses dan kecepatan belajar haiwan, para penyelidik mendedahkan tikus pada tugas pembelajaran, yang bertujuan untuk mencari air.
"Haiwan ditempatkan di ruang di mana mereka harus mencucuk baik dispenser air di sebelah kiri mereka atau satu di sebelah kanan mereka - yang, dengan kebarangkalian tertentu, kemudian akan membuang air, atau tidak," kata penulis kajian Madalena Fonseca, dari CCU, menerangkan templat eksperimen.
Tikus terus berusaha mendapatkan air dari dispenser, dan mereka mengetahui bagaimana mereka lebih cenderung mencarinya berdasarkan percubaan dan kesilapan. Tetapi, pasukan memerhatikan, berapa lama haiwan menunggu antara percubaan cenderung berbeza.
Kadang-kadang, haiwan membuat percubaan lain untuk mendapatkan air segera setelah sudah mencuba, dan kadang-kadang mereka menunggu lebih lama sebelum percubaan lain.
Para saintis juga melihat bahawa tikus cenderung menunggu lebih lama antara percubaan pada awal dan akhir sesi eksperimen sehari.
Ini menyebabkan para penyelidik membuat hipotesis bahawa, pada awal sesi, haiwan mungkin masih terganggu dan tidak berminat dengan tugas yang sedang dilakukan, "mungkin berharap dapat keluar dari ruang eksperimen," seperti yang ditulis oleh penulis kajian.
Sekali lagi, pada akhir sesi, tikus mungkin tidak memiliki motivasi untuk terus mencari air kerana, pada waktu itu, mereka mungkin sudah mengisi.
Kebolehubahan yang diperhatikan akhirnya menyebabkan pasukan memahami bagaimana serotonin boleh mempengaruhi pembelajaran dan membuat keputusan.
Bergantung pada masa menunggu yang disukai oleh tikus antara percubaan mereka untuk mencari air, mereka juga menggunakan salah satu dari dua jenis strategi untuk memaksimumkan kemungkinan kejayaan dalam percubaan mereka.
Memori berfungsi berbanding ingatan jangka panjang
Dengan selang waktu menunggu yang singkat antara percubaan haiwan, para saintis menyedari bahawa tikus cenderung mendasarkan strategi mereka pada hasil - berjaya atau tidak berjaya - percubaan sebelumnya.
Maksudnya, jika tikus baru berjaya mengambil air dari satu dispenser, mereka akan mencuba yang sama sekali lagi. Sekiranya yang satu ini gagal, mereka kemudian akan beralih ke dispenser lain. Pendekatan ini disebut sebagai strategi "menang-tetap-kalah-beralih".
Dalam kes selang waktu menunggu yang lebih lama antara percubaan, tikus cenderung membuat pilihan berdasarkan pengalaman masa lalu yang terkumpul.
Apa maksudnya, para penyelidik menjelaskan, adalah bahawa dalam kes sebelumnya, tikus menggunakan memori kerja mereka, atau jenis memori jangka pendek yang membawa kepada pengambilan keputusan adaptif berdasarkan pengalaman langsung.
Walau bagaimanapun, dalam kes terakhir, haiwan menggunakan ingatan jangka panjangnya, mengakses pengetahuan yang sudah tersimpan yang telah terbangun dari masa ke masa.
Serotonin menjadikan pembelajaran lebih cekap
Menggunakan optogenetik - teknik yang menggunakan cahaya untuk memanipulasi molekul dalam sel hidup - para penyelidik CCU merangsang sel penghasil serotonin di otak tikus untuk melihat bagaimana tahap peningkatan neurotransmitter ini dapat mempengaruhi tingkah laku haiwan dalam tugas pembelajaran.
Ketika mereka menganalisis data terkumpul, dengan mempertimbangkan selang waktu menunggu antara percubaan tikus, mereka menyimpulkan bahawa tahap serotonin yang lebih tinggi memperkuat seberapa berkesan haiwan belajar dari pengalaman sebelumnya. Namun, ini hanya berlaku untuk pilihan yang dibuat setelah jangka waktu menunggu yang lebih lama.
"Serotonin selalu meningkatkan pembelajaran dari ganjaran, tetapi kesan ini hanya terlihat pada subset pilihan haiwan," kata penulis bersama kajian Masayoshi Murakami, dari CCU.
"Pada kebanyakan percobaan," tambah penyelidik UCL Kiyohito Iigaya, "pilihan didorong oleh 'sistem cepat,' di mana haiwan itu mengikuti strategi menang-tetap-kalah-beralih. Tetapi dalam sebilangan kecil percubaan, kami mendapati bahawa strategi mudah ini sama sekali tidak menjelaskan pilihan haiwan. "
"Pada percubaan ini," katanya, "kami malah mendapati bahawa haiwan mengikuti 'sistem lambat' mereka, di mana sejarah ganjaran banyak percubaan, dan bukan hanya percubaan terbaru, yang mempengaruhi pilihan mereka."
"Lebih-lebih lagi," tambah Iigaya, "serotonin hanya mempengaruhi pilihan terakhir ini, di mana binatang itu mengikuti sistem lambat."
Berkaitan dengan mood dan tingkah laku
Penulis juga percaya bahawa penemuan itu dapat menjelaskan mengapa perencat pengambilan serotonin selektif (SSRI) - jenis ubat yang meningkatkan tahap serotonin dan yang digunakan dalam rawatan kemurungan - paling berkesan apabila digunakan dalam kombinasi dengan terapi tingkah laku kognitif (CBT).
Walaupun SSRI mengatasi kemurungan dengan menangani ketidakseimbangan kimia di otak, objektif CBT adalah untuk mengubah tindak balas tingkah laku untuk memperbaiki gejala kemurungan.
"Hasil kami menunjukkan bahawa serotonin meningkatkan keplastikan otak dengan mempengaruhi kadar pembelajaran," tulis penulis kajian sebagai kesimpulan kepada makalah mereka yang diterbitkan.
Mereka menambahkan, "Ini beresonansi, misalnya, dengan kenyataan bahwa perawatan dengan SSRI dapat lebih efektif bila digabungkan dengan terapi tingkah laku kognitif, yang mendorong pemecahan kebiasaan pada pasien."
