ABORDĂRI COMPUTAȚIONALE ALE FUNCȚIEI SEROTONINEI

Neurostiința computațională oferă un cadru care permite disecarea rolului unor neurotransmițători specifici în cadrul unui sistem complex, interconectat și dinamic cum este creierul. Exemplul paradigmatic al unei abordări computaționale pentru înțelegerea funcției unui neurotransmițător central este constatarea faptului că activitatea unui subset de neuroni dopaminergici, care se proiectează din tegmentul ventral în tot creierul, crește brusc atunci când apare o recompensă neașteptată (14). Relatările computaționale sugerează că acești neuroni dopaminergici conțin informații despre „eroarea de predicție a recompensei”, care este calculată pur și simplu ca diferență între recompensa pe care animalul „se aștepta” să o primească și cea pe care a primit-o efectiv (15). Acest lucru oferă o explicație cantitativă convingătoare a rolului neuronilor dopaminergici în actualizarea convingerilor despre mediu.

Rolul serotoninei în cogniție nu a fost, până în prezent, caracterizat cu același succes ca și semnalul dopaminergic al erorii de predicție a recompenselor. Acest lucru se poate datora, în parte, provocărilor tehnice de identificare electrofiziologică a neuronilor serotoninergici sau concentrațiilor scăzute de serotonină în comparație cu dopamina în sistemul nervos central, probleme care pot fi mai ușor de eludat în viitor prin progresele în optogenetică (16). Oricare ar fi cauza, nicio explicație computațională existentă a funcției serotoninergice nu se bucură de sprijinul empiric de care se bucură modelul dopaminergic.

În consecință, înainte de a trece în revistă modelele specifice propuse ale funcției serotoninergice, este util să luăm în considerare tipul larg de informații pe care sistemul serotoninergic le-ar putea transmite, având în vedere anatomia și neurochimia sa grosieră. Neuronii serotoninergici, în concordanță cu alți neurotransmițători monoaminergici centrali, cum ar fi noradrenalina și dopamina, se proiectează din nuclei centrali mici în mare parte din restul sistemului nervos central. Această dispunere anatomică este ideală pentru a transmite mesaje relativ simple care sunt de interes general pentru multe regiuni diferite ale creierului, cum ar fi semnalul de eroare de predicție a recompensei transportat de dopamină. Acest lucru nu înseamnă că sistemul serotoninergic are o limită de un singur tip de semnal; este posibil să existe o anumită specificitate anatomică a informațiilor transmise, iar gama complexă de receptori serotoninergici permite multiplexarea semnalelor chiar și în neuronii care se proiectează în aceeași regiune (17).

Modelurile actuale ale funcției serotoninergice au încercat să explice trei observații generale despre efectele îmbunătățirii funcției serotoninergice la animale și la oameni: în primul rând, că aceasta influențează răspunsul la stimuli aversivi; în al doilea rând, că mărește inhibiția comportamentală; și în al treilea rând, că îmbunătățește simptomele depresiei (18).

O primă explicație computațională a transmisiei serotoninergice a sugerat că aceasta a acționat în opoziție cu dopamina, transmițând o „eroare de predicție a pedepsei”. Adică, activitatea serotoninergică fazică raportează atunci când evenimentele au fost mai rele decât se așteptau (19). Acest model este capabil să explice efectul modificării serotoninergice asupra răspunsurilor comportamentale la stres și amenințare, deoarece sugerează că serotonina transmite informații cruciale pentru învățarea despre rezultatele aversive. O elaborare a modelului sugerează că, în plus față de semnalul fazic de eroare de predicție a pedepsei, activitatea serotoninergică tonică reprezintă frecvența medie, sau așteptată a pedepselor (20). Acest lucru leagă efectul serotoninei asupra procesării aversive de inhibiția comportamentală, deoarece cu cât se așteaptă ca pedepsele să apară mai frecvent atunci când se întreprind acțiuni, cu atât mai avantajoasă devine o abordare precaută a acțiunii.

O a doua variantă a acestui model încadrează rolul serotoninei ca controlând „scontarea întârzierii”, care descrie observația că o recompensă imediată (de exemplu, primirea unui baton de ciocolată acum) este, în general, apreciată într-o măsură mai mare decât o recompensă întârziată (primirea unui baton de ciocolată peste o săptămână). Din punct de vedere computațional, acest efect poate fi descris prin reprezentarea numerică a valorii unei recompense (un baton de ciocolată ar putea avea o valoare de recompensă imediată de 100) și apoi prin reducerea sistematică a acestei valori în funcție de cât de mult timp este întârziată până când este primită (valoarea aceluiași baton de ciocolată care urmează să fie consumat peste o săptămână poate fi de 50) (21). S-a sugerat că serotonina controlează cât de „abrupt” este acest proces de actualizare – în mod specific, nivelurile ridicate de serotonină fac ca procesul să fie mai plat și, astfel, reduc diferența dintre recompensele imediate și cele îndepărtate (22,23). Aplatizarea ratei de actualizare în acest mod face mai probabil ca animalul să fie dispus să aștepte o recompensă întârziată și explică de ce îmbunătățirea funcției serotoninergice reduce comportamentul impulsiv.

Un al treilea model computațional, dezvoltat de Dayan și Huys (18), poate fi mai relevant pentru rolul serotoninei în depresie și tratamentul acesteia. Aici, serotonina este percepută ca influențând modul în care un gând duce la altul, în special prin inhibarea lanțurilor de gânduri care se preconizează că vor duce la stări afective negative („să nu mergem acolo”). Din acest punct de vedere, rolul serotoninei este de a se asigura că gândurile cu consecințe emoționale potențial negative sunt relativ puțin explorate; prin urmare, facilitarea serotoninei produce o prejudecată în favoarea evaluărilor optimiste, deoarece gândurile recompensatoare sunt „vizitate” mai frecvent decât cele pedepsitoare. Acest lucru este în concordanță cu acțiunile SSRI-urilor asupra procesării emoționale descrise anterior (11). Dimpotrivă, ar fi de așteptat ca epuizarea triptofanului să submineze acest efect al serotoninei, ducând la un acces mai mare la modelele de gândire negative. La un individ la care s-au stabilit tipare deosebit de sumbre de gânduri negative în timpul episoadelor depresive anterioare, epuizarea triptofanului ar putea duce la reaccesarea cu ușurință a unor astfel de experiențe, conducând la revenirea unor simptome depresive semnificative din punct de vedere clinic.

.