Обучение без серотонина

Обучение часто предполагает награду – либо в виде денег, либо в виде символической оценки, либо просто в виде похвалы; если речь идёт о животных, то им после верно выполненного задания дают что-нибудь вкусное. Награда означает удовольствие, и поэтому, когда говорят о нейробиологических механизмах обучения и мотивации, то неизбежно вспоминают нейромедиатор дофамин. Он обслуживает те нервные цепочки, которые поддерживают чувство удовольствия, вернее, даже не столько само чувство, сколько его предвкушение, когда мозг ожидает приятных ощущений после того, как выполнит те или иные действия.

С обучением связан не только дофамин, но и серотонин – ещё один нейромедиатор, который связан с приятными эмоциями и хорошим настроением. Его тоже часто вспоминают, когда говорят о депрессии, хотя его роль тут не так однозначна. При обучении активируются нейронные связи, использующие серотонин тоже, и активируются они в зоне под названием прилежащее ядро, или, как его ещё называют, «центр удовольствия»; архитектура этих связей и характер их активности похож на то, что происходит в дофаминовых цепочках. Есть разные гипотезы о том, какова роль в обучении дофамина и серотонина. Но чтобы надёжно эти гипотезы проверить, нужно иметь возможность экспериментально регулировать и дофаминовые, и серотониновые сигналы в одном и том же мозге.

Такая возможность появилась только сейчас. В статье в Nature сотрудники Стэнфордского университета описывают эксперименты с мышами, у которых можно было живьём наблюдать обучательные изменения в дофаминовых и серотониновых сигналах в прилежащем ядре, и, кроме того, можно было регулировать активность соответствующих нейронов с помощью оптогенетических методов. (Для оптогенетического управления мышей генетически модифицируют так, чтобы в нейронах у них синтезировался тот или иной фоточувствительный белок – его стимулируют светом с помощью оптоволокна, проведённого в мозг, после чего простимулированный белок вызывает перегруппировку ионов на мембране нейрона, повышая или подавляя его активность.)

Обучающее задание для мышей было простым – нужно было выучить, что определённый звук, сопровождающийся световым сигналом, означает сладкое угощение. При этом у мышей усиливались сигналы, связанные с дофамином, и слабели сигналы, связанные с серотонином. Когда у мышей искусственным образом подавляли дофаминовую вспышку и также искусственным образом поддерживали на высоком уровне серотониновые сигналы, не давая им ослабеть, то в этом случае мыши ничему научиться не могли.

Эксперимент усложнили: мышиную клетку поделили на три «комнаты», в каждой из которых проводили сеансы обучения. У мышей по умолчанию ни дофаминовая, ни серотониновая системы не работали так, как надо при обучении – ту и другую включали по требованию. В одной «комнате» у мышей разрешали работать нормально только дофаминовым сигналам, в другой – только серотониновым, в третьей – и тем, и другим. Оказалось, для того, чтобы запомнить, где дают угощение, у мышей должны работать и дофаминовые, и серотониновые импульсы: за сладким мыши шли в ту «комнату», где у них во время обучения работали обе системы.

При этом нужно помнить, что интенсивность серотониновых сигналов должна падать. Иными словами, для успешного обучения дофамин и серотонин, точнее, соответствующие нейронные цепи, которые вовлечены в обучение и используют эти нейромедиаторы, срабатывают противоположным образом. По словам исследователей, если усиление дофаминовых сигналов закрепляет в памяти ощущения от награды, то ослабление серотониновых сигналов помогает взглянуть на собственные действия в более широком контексте, помогает сохранять спокойствие и не бросаться за потенциальной наградой при первой возможности – поскольку возможность может быть обманчивой. Память и мотивация в итоге становятся точнее.

Многие психоневрологические расстройства, от всевозможных зависимостей до депрессии, объясняют разладами в нервных центрах, использующих дофаминовую и серотониновую передачу импульса. В то же время разные исследования говорят о том, что связь между дофаминовыми и серотониновыми системами и психическими аномалиями может быть довольно сложной; и новые сведения о том, как эти системы работают, здесь всегда будут кстати. Можно добавить, что на дофамине и серотонине свет клином не сошёлся: например, год назад мы писали, что учиться можно и без награды, причём для такого обучения нужен опять же дофамин и ещё один нейромедиатор, ацетилхолин.