COMPUTATIONAL APPROACHES TO SEROTONIN FUNCTION

Nauka obliczeniowa oferuje ramy, które pozwalają na rolę specyficznych neuroprzekaźników być rozebrane z wewnątrz złożonego, połączonego i dynamicznego systemu, takiego jak mózg. Paradygmatycznym przykładem obliczeniowego podejścia do zrozumienia funkcji centralnego neuroprzekaźnika jest odkrycie, że aktywność w podzbiorze neuronów dopaminergicznych, rzutujących z brzusznego zakrętu obręczy w całym mózgu, gwałtownie wzrasta, gdy pojawia się nieoczekiwana nagroda (14). Z obliczeń wynika, że te neurony dopaminergiczne zawierają informacje o „błędzie przewidywania nagrody”, który jest obliczany po prostu jako różnica między nagrodą, którą zwierzę „spodziewało się” otrzymać, a tym, co faktycznie otrzymało (15). To zapewnia przekonujące ilościowe konto roli neuronów dopaminergicznych w aktualizacji przekonań o środowisku.

Rola serotoniny w poznaniu nie została, do tej pory, scharakteryzowana tak skutecznie, jak dopaminergiczne sygnał błędu predykcji nagrody. Może to częściowo wynikać z technicznych wyzwań związanych z elektrofizjologiczną identyfikacją neuronów serotoninergicznych lub niskiego stężenia serotoniny w porównaniu z dopaminą w ośrodkowym układzie nerwowym, problemów, które mogą być łatwiejsze do obejścia w przyszłości dzięki postępom w optogenetyce (16). Niezależnie od przyczyny, nie istniejące obliczeniowe konto funkcji serotoninergicznej nakazuje empiryczne wsparcie cieszą się dopaminergic model.

W wyniku, przed przeglądem konkretnych proponowanych modeli funkcji serotoninergicznej, warto rozważyć szeroki rodzaj informacji, że system serotoninergiczny może przekazać, biorąc pod uwagę jego brutto anatomii i neurochemii. Neurony serotoninergiczne, w utrzymaniu z innych centralnych neuroprzekaźników monoaminergicznych, takich jak noradrenalina i dopamina, projekt z małych jąder centralnych w całej reszcie centralnego układu nerwowego. Taki układ anatomiczny jest idealny do nadawania stosunkowo prostych komunikatów, które mają ogólne znaczenie dla wielu różnych regionów mózgu, takich jak sygnał błędu predykcji nagrody przenoszony przez dopaminę. Nie oznacza to, że układ serotoninergiczny ma ograniczenie tylko do jednego rodzaju sygnału; może istnieć pewna specyfika anatomiczna w przekazywanych informacjach, a złożony zakres receptorów serotoninergicznych pozwala na multipleksowanie sygnałów nawet w neuronach rzutujących do tego samego regionu (17).

Obecne modele funkcji serotoninergicznej próbowały rozliczyć się z trzech szerokich obserwacji na temat skutków wzmocnienia funkcji serotoninergicznej u zwierząt i ludzi: po pierwsze, że wpływa na odpowiedź na bodźce awersyjne; po drugie, że zwiększa hamowanie zachowania; i po trzecie, że poprawia objawy depresji (18).

Wstępny rachunek obliczeniowy transmisji serotoninergicznej zasugerował, że działał w opozycji do dopaminy, przekazując „błąd przewidywania kary”. To jest, faza aktywności serotoninergicznej raporty, gdy wydarzenia były gorsze niż oczekiwano (19). Model ten jest w stanie wyjaśnić wpływ modyfikacji serotoninergicznych na behawioralne reakcje na stres i zagrożenie, ponieważ sugeruje, że serotonina przekazuje kluczowe informacje dla uczenia się o awersyjnych wynikach. Rozwinięcie tego modelu sugeruje, że oprócz fazowego sygnału błędu przewidywania kary, toniczna aktywność serotoninergiczna reprezentuje średnią lub oczekiwaną częstotliwość kar (20). To łączy efekt serotoniny na awersyjne przetwarzanie do behawioralnego hamowania, jak częściej oczekuje się, że kary występują, gdy działania są podejmowane, bardziej korzystne jest ostrożne podejście do działania become.

Drugi wariant tego modelu ramy rolę serotoniny jako kontrolowanie „opóźnienie-dyskontowanie”, który opisuje obserwację, że natychmiastowa nagroda (powiedzmy, otrzymując tabliczkę czekolady teraz) jest ogólnie cenione w większym stopniu niż opóźnione nagrody (otrzymując tabliczkę czekolady za tydzień). Computationally, efekt ten może być opisany przez reprezentowanie wartości nagrody numerycznie (tabliczka czekolady może mieć natychmiastową wartość nagrody 100), a następnie systematycznie zmniejszając tę wartość w funkcji, jak długo opóźnienie jest, dopóki nie jest odbierany (wartość tego samego baru czekolady do jedzenia w ciągu tygodnia może być 50) (21). Sugeruje się, że serotonina kontroluje, jak „stromy” jest ten proces dyskontowania – konkretnie, wysoki poziom serotoniny sprawia, że proces ten jest bardziej płaski, a tym samym zmniejsza różnicę między natychmiastowymi i odległymi nagrodami (22,23). Spłaszczenie stopy dyskontowej w ten sposób czyni bardziej prawdopodobne, że zwierzę będzie chciało czekać na opóźnioną nagrodę, i wyjaśnia, dlaczego zwiększenie funkcji serotoninergicznych zmniejsza impulsywne zachowanie.

Trzeci model obliczeniowy, opracowany przez Dayan i Huys (18), może być bardziej istotne dla roli serotoniny w depresji i jej leczenia. Tutaj, serotonina jest postrzegana jako wpływ na sposób, że jedna myśl prowadzi do innego, szczególnie poprzez hamowanie łańcuchy myśli przewidywanych prowadzić do negatywnych stanów afektywnych („nie idźmy tam”). Z tego punktu widzenia, rolą serotoniny jest zapewnienie, że myśli z potencjalnie negatywnymi konsekwencjami emocjonalnymi są stosunkowo mało eksplorowane; stąd ułatwienie serotoniny produkuje stronniczość w kierunku optymistycznych wartościowań, ponieważ nagradzające myśli są „odwiedzane” częściej niż myśli karzące. Jest to zgodne z opisanym wcześniej działaniem SSRI na przetwarzanie emocjonalne (11). Odwrotnie, zubożenie tryptofanu byłoby oczekiwać, aby osłabić ten efekt serotoniny, co prowadzi do większego dostępu do negatywnych wzorców myślenia. U osoby, gdzie szczególnie ponure wzorce negatywnych myśli zostały ustalone podczas poprzednich epizodów depresyjnych, zubożenie tryptofanu może spowodować, że takie doświadczenia są łatwo ponownie dostępne, co prowadzi do powrotu klinicznie istotnych objawów depresji.

.