POČÍTAČOVÉ PŘÍSTUPY K FUNKCI SEROTONINU

Počítačová neurověda nabízí rámec, který umožňuje rozčlenit úlohu specifických neurotransmiterů v rámci tak složitého, propojeného a dynamického systému, jakým je mozek. Paradigmatickým příkladem výpočetního přístupu k pochopení funkce centrálního neurotransmiteru je zjištění, že aktivita v podskupině dopaminergních neuronů, které vystupují z ventrálního tegmenta v celém mozku, se prudce zvyšuje, když dojde k neočekávané odměně (14). Výpočty naznačují, že tyto dopaminové neurony obsahují informaci o „chybě predikce odměny“, která se jednoduše vypočítá jako rozdíl mezi odměnou, kterou zvíře „očekávalo“, že obdrží, a tou, kterou skutečně obdrželo (15). To poskytuje přesvědčivý kvantitativní popis úlohy dopaminergních neuronů při aktualizaci přesvědčení o prostředí.

Úloha serotoninu v poznávání nebyla dosud charakterizována tak úspěšně jako dopaminergní signál chyby predikce odměny. To může být částečně způsobeno technickými problémy při elektrofyziologické identifikaci serotoninergních neuronů nebo nízkou koncentrací serotoninu ve srovnání s dopaminem v centrální nervové soustavě, což jsou problémy, které mohou být v budoucnu snadněji obejity díky pokroku v optogenetice (16). Ať už je příčina jakákoli, žádný existující výpočetní popis serotonergní funkce se netěší empirické podpoře, jaké se těší dopaminergní model.

Před přehledem konkrétních navrhovaných modelů serotonergní funkce je proto užitečné zvážit široký typ informací, které by serotonergní systém mohl přenášet vzhledem k jeho hrubé anatomii a neurochemii. Serotonergní neurony, stejně jako ostatní centrální monoaminergní neurotransmitery, jako je noradrenalin a dopamin, vystupují z malých centrálních jader do velké části zbytku centrálního nervového systému. Toto anatomické uspořádání je ideální pro vysílání relativně jednoduchých zpráv, které mají obecný význam pro mnoho různých oblastí mozku, jako je například signál predikce chyby odměny přenášený dopaminem. To neznamená, že serotonergní systém je omezen pouze na jeden druh signálu; může existovat určitá anatomická specifičnost přenášených informací a komplexní škála serotonergních receptorů umožňuje multiplexování signálů i v neuronech promítajících se do stejné oblasti (17).

Současné modely serotonergní funkce se snaží vysvětlit tři obecná pozorování účinků posílení serotonergní funkce u zvířat a lidí: za prvé, že ovlivňuje reakci na averzivní podněty; za druhé, že zvyšuje inhibici chování; a za třetí, že zlepšuje příznaky deprese (18).

Počáteční výpočetní popis serotonergního přenosu předpokládal, že působí v opozici k dopaminu a přenáší „chybu předpovědi trestu“. To znamená, že fázová serotonergní aktivita se hlásí, když události byly horší, než se očekávalo (19). Tento model je schopen vysvětlit vliv serotonergní modifikace na behaviorální reakce na stres a ohrožení, protože naznačuje, že serotonin vysílá klíčové informace pro učení se o averzivních výsledcích. Rozpracování tohoto modelu naznačuje, že kromě fázového signálu chyby předpovědi trestu představuje tonická serotonergní aktivita průměrnou nebo očekávanou frekvenci trestů (20). To spojuje účinek serotoninu na zpracování averzí s behaviorální inhibicí, protože čím častěji se očekávají tresty při jednání, tím výhodnější je opatrný přístup k jednání.

Druhá varianta tohoto modelu rámuje roli serotoninu jako kontrolu „zpoždění-odpočítávání“, což popisuje pozorování, že okamžitá odměna (řekněme, že dostaneme tabulku čokolády teď) je obecně ceněna ve větší míře než zpožděná odměna (že dostaneme tabulku čokolády za týden). Výpočetně lze tento efekt popsat tak, že se hodnota odměny vyjádří číselně (tabulka čokolády může mít hodnotu okamžité odměny 100) a pak se tato hodnota systematicky snižuje v závislosti na tom, jak dlouhá je prodleva do jejího obdržení (hodnota stejné tabulky čokolády, která bude snědena za týden, může být 50) (21). Předpokládá se, že serotonin řídí, jak „strmý“ je tento proces diskontování – konkrétně vysoká hladina serotoninu činí tento proces plošším, a tím snižuje rozdíl mezi okamžitou a vzdálenou odměnou (22,23). Zploštění diskontní sazby tímto způsobem zvyšuje pravděpodobnost, že zvíře bude ochotno čekat na opožděnou odměnu, a vysvětluje, proč posílení serotoninergní funkce snižuje impulzivní chování.

Třetí výpočetní model, který vyvinuli Dayan a Huys (18), může mít větší význam pro roli serotoninu v depresi a její léčbě. Zde je serotonin vnímán jako faktor ovlivňující způsob, jakým jedna myšlenka vede k druhé, konkrétně tím, že inhibuje řetězce myšlenek, u nichž se předpokládá, že povedou k negativním afektivním stavům („nechoďme tam“). Z tohoto pohledu je úlohou serotoninu zajistit, aby myšlenky s potenciálně negativními emočními důsledky byly relativně málo prozkoumávány; facilitace serotoninu tedy vytváří tendenci k optimistickému hodnocení, protože odměňující myšlenky jsou „navštěvovány“ častěji než trestající myšlenky. To je v souladu s působením SSRI na emoční zpracování popsaným dříve (11). Naopak by se očekávalo, že vyčerpání tryptofanu tento účinek serotoninu oslabí, což povede k většímu přístupu k negativním vzorcům myšlení. U jedince, u něhož se během předchozích depresivních epizod vytvořily obzvláště bezútěšné vzorce negativního myšlení, by vyčerpání tryptofanu mohlo vést k tomu, že by se k těmto zážitkům snadno znovu přistupovalo, což by vedlo k návratu klinicky významných depresivních příznaků.

.