Serotonin meningkatkan pembelajaran, bukan hanya suasana hati
Neurotransmitter serotonin terkait dengan kontrol suasana hati, meskipun juga membantu mengatur berbagai fungsi lain, seperti tidur dan hasrat seksual. Penelitian baru telah menemukan peran lain yang dimainkan oleh serotonin: meningkatkan kecepatan belajar.
Meskipun variasi kadar serotonin terkait dengan gangguan mood seperti depresi, kita masih belum tahu banyak tentang semua peran yang dimainkan oleh neurotransmitter ini.
Beberapa makalah studi sebelumnya telah mengaitkannya dengan memori dan neuroplastisitas, atau kemampuan otak untuk terus beradaptasi sepanjang hidup seseorang untuk menjaga kesehatan dan fungsi kognitif.
Sekarang, para ilmuwan dari dua institusi - Champalimaud Center for the Unknown (CCU) di Lisbon, Portugal, dan University College London (UCL) di Inggris - telah menyelidiki lebih dalam dan menemukan bahwa serotonin juga terlibat dalam proses pembelajaran.
Lebih khusus lagi, tampaknya berkontribusi pada kecepatan kita mempelajari informasi baru, seperti yang dijelaskan para peneliti dalam makalah yang sekarang diterbitkan di jurnal. Komunikasi Alam.
Studi yang dilakukan dengan model tikus, menguji seberapa cepat hewan dapat menyesuaikan perilakunya pada situasi tertentu. Serotonin tampaknya berperan dalam proses ini.
“Studi tersebut menemukan bahwa serotonin meningkatkan kecepatan belajar,” jelas rekan penulis studi Zachary Mainen, dari CCU.
"Ketika neuron serotonin diaktifkan secara artifisial, menggunakan cahaya, hal itu membuat tikus lebih cepat menyesuaikan perilakunya dalam situasi yang membutuhkan fleksibilitas seperti itu," tambahnya.
Artinya, mereka memberi lebih banyak bobot pada informasi baru dan karena itu berubah pikiran lebih cepat ketika neuron-neuron ini aktif.
Zachary Mainen
Dua strategi pembelajaran
Untuk mempelajari proses dan kecepatan belajar hewan, para peneliti memaparkan tikus pada tugas pembelajaran, yang tujuannya adalah menemukan air.
“Hewan ditempatkan di sebuah ruangan di mana mereka harus menyodok dispenser air di sisi kiri atau kanan - yang, dengan kemungkinan tertentu, akan mengeluarkan air, atau tidak,” kata penulis studi Madalena Fonseca, dari CCU, menjelaskan template eksperimen.
Tikus terus mencoba mengambil air dari dispenser, dan mereka belajar bagaimana mereka lebih mungkin menemukannya berdasarkan trial and error. Tapi, tim mengamati, berapa lama hewan menunggu di antara percobaan cenderung bervariasi.
Kadang-kadang, hewan mencoba lagi untuk mendapatkan air segera setelah mencobanya, dan terkadang mereka menunggu lebih lama sebelum percobaan berikutnya.
Para ilmuwan juga melihat bahwa tikus cenderung menunggu lebih lama di antara percobaan di awal dan akhir sesi eksperimental sehari.
Hal ini membuat para peneliti berhipotesis bahwa, pada awal sesi, hewan mungkin masih sangat terganggu dan tidak tertarik pada tugas yang sedang dikerjakan, “mungkin berharap untuk keluar dari ruang percobaan,” seperti yang ditulis oleh penulis penelitian.
Kemudian lagi, di akhir sesi, tikus mungkin kurang termotivasi untuk terus mencari air karena, pada saat itu, mereka mungkin sudah kenyang.
Variabilitas yang diamati akhirnya membuat tim memahami bagaimana serotonin dapat memengaruhi pembelajaran dan pengambilan keputusan.
Bergantung pada waktu tunggu yang disukai oleh tikus di antara upaya mereka untuk menemukan air, mereka juga menggunakan salah satu dari dua jenis strategi untuk memaksimalkan kemungkinan keberhasilan dalam percobaan mereka.
Memori kerja vs. memori jangka panjang
Dengan interval waktu tunggu yang singkat di antara percobaan hewan, para ilmuwan memperhatikan bahwa tikus cenderung mendasarkan strategi mereka pada hasil - berhasil atau tidak - dari percobaan sebelumnya.
Artinya, jika tikus baru saja berhasil mengambil air dari satu dispenser, mereka akan mencoba dispenser yang sama lagi. Jika yang ini sekarang gagal, mereka akan beralih ke dispenser lainnya. Pendekatan ini disebut sebagai strategi “menang-tetap-kalah-beralih”.
Dalam kasus interval waktu tunggu yang lebih lama di antara percobaan, tikus lebih cenderung membuat pilihan berdasarkan akumulasi pengalaman masa lalu.
Artinya, para peneliti menjelaskan, dalam kasus sebelumnya, tikus menggunakan memori kerja mereka, atau jenis memori jangka pendek yang mengarah pada pengambilan keputusan adaptif berdasarkan pengalaman langsung.
Namun, dalam kasus terakhir, hewan menggunakan memori jangka panjang mereka, mengakses pengetahuan yang telah tersimpan yang telah dibangun dari waktu ke waktu.
Serotonin membuat belajar lebih efisien
Menggunakan optogenetika - teknik yang menggunakan cahaya untuk memanipulasi molekul dalam sel hidup - para peneliti CCU menstimulasi sel penghasil serotonin di otak tikus untuk melihat bagaimana peningkatan tingkat neurotransmitter ini dapat mempengaruhi perilaku hewan dalam tugas pembelajaran.
Ketika mereka menganalisis data yang terkumpul, dengan mempertimbangkan interval waktu tunggu antara percobaan tikus, mereka menyimpulkan bahwa tingkat serotonin yang lebih tinggi memperkuat seberapa efektif hewan belajar dari pengalaman sebelumnya. Namun, ini hanya berlaku untuk pilihan yang dibuat setelah interval tunggu yang lebih lama.
“Serotonin selalu meningkatkan pembelajaran dari hadiah, tetapi efek ini hanya terlihat pada sebagian dari pilihan hewan,” catat rekan penulis studi Masayoshi Murakami, dari CCU.
“Pada sebagian besar uji coba,” tambah peneliti UCL Kiyohito Iigaya, “pilihan didorong oleh 'sistem cepat,' di mana hewan mengikuti strategi menang-tetap-kalah-ganti. Tetapi pada sejumlah kecil percobaan, kami menemukan bahwa strategi sederhana ini sama sekali tidak menjelaskan pilihan hewan. ”
"Pada uji coba ini," katanya, "kami malah menemukan bahwa hewan mengikuti 'sistem lambat' mereka, di mana itu adalah riwayat penghargaan selama banyak uji coba, dan tidak hanya uji coba terbaru, yang memengaruhi pilihan mereka.”
“Selain itu,” tambah Iigaya, “serotonin hanya memengaruhi pilihan terakhir ini, di mana hewan mengikuti sistem yang lambat.”
Keterkaitan dengan suasana hati dan perilaku
Para penulis juga percaya bahwa temuan tersebut dapat menjelaskan mengapa selective serotonin reuptake inhibitors (SSRIs) - jenis obat yang meningkatkan kadar serotonin dan yang digunakan dalam pengobatan depresi - paling efektif bila digunakan dalam kombinasi dengan terapi perilaku kognitif (CBT).
Sementara SSRI mengatasi depresi dengan mengatasi ketidakseimbangan kimiawi di otak, tujuan CBT adalah mengubah respons perilaku untuk memperbaiki gejala depresi.
“Hasil kami menunjukkan bahwa serotonin meningkatkan plastisitas [otak] dengan mempengaruhi kecepatan belajar,” penulis penelitian menulis dalam kesimpulan makalah mereka yang diterbitkan.
Mereka menambahkan, "Ini selaras, misalnya, dengan fakta bahwa pengobatan dengan SSRI bisa lebih efektif bila dikombinasikan dengan apa yang disebut terapi perilaku kognitif, yang mendorong penghentian kebiasaan pada pasien."
