Une équipe internationale du Centre Champalimaud (CCU) au Portugal et de l’University College London (UCL) au Royaume-Uni a découvert un effet jusqu’alors inconnu de la sérotonine sur l’apprentissage.

Leurs résultats sont publiés dans l’édition du 26 juin 2018 de la revue Nature Communications.

La sérotonine est un neurotransmetteur de monoamine que les cellules nerveuses utilisent pour communiquer les unes avec les autres, et ses effets sur le comportement ne sont toujours pas clairs. Il a été donc difficile de cerner la fonction de la sérotonine, en particulier pour l’apprentissage.

En utilisant un nouveau modèle mathématique, les auteurs ont maintenant cerner le pourquoi du comment.

La sérotonine améliore la vitesse d’apprentissage

L’étude a révélé que la sérotonine améliore la vitesse d’apprentissage car lorsque les neurones sérotoninergiques ont été activés artificiellement par la lumière, les souris ont été plus rapides à adapter leur comportement dans une situation nécessitant une telle flexibilité, c’est-à-dire qu’elles ont donné plus de poids aux nouvelles informations et changé d’avis plus rapidement.

La nouvelle découverte pourrait aider à mieux expliquer pourquoi les inhibiteurs sélectifs du recapture de la sérotonine (ISRS), une classe d’antidépresseurs qui agissent en augmentant les niveaux cérébraux de sérotonine circulante, sont plus efficaces en combinaison avec les thérapies comportementales basées sur l’apprentissage renforcé des stratégies comportementales et ce afin de conjurer les symptômes dépressifs.

Dans les expériences, les souris devaient effectuer une tâche d’apprentissage dans laquelle le but était de trouver de l’eau. Elles ont été placées dans une chambre où ils devaient piquer un distributeur d’eau sur leur côté gauche ou un autre à leur droite, ce qui, avec une certaine probabilité, produisait ou non de l’eau.
Une fois les données analysées les scientifiques ont constaté que le temps d’attente entre les essais était variable: soit ils ont immédiatement essayé à nouveau, piquant sur l’un des distributeurs d’eau, soit ils ont attendu plus longtemps avant de faire une nouvelle tentative. C’est cette variabilité qui a permis à l’équipe de révéler l’existence probable d’un nouvel effet de la sérotonine sur la prise de décision des animaux.

Quoi qu’il en soit, l’équipe a constaté que, selon la durée de l’intervalle entre les essais, les souris adoptaient l’une des deux stratégies de prise de décision différentes pour maximiser leurs chances de récompense (obtenir de l’eau).
Plus précisément, lorsque l’intervalle entre les essais était court, le modèle mathématique qui prédisait le mieux le choix suivant des animaux était presque entièrement basé sur le résultat (eau ou non) de l’essai précédent (c.-à-d. Si cela ne permettait pas de fournir de l’eau, ils passeraient ensuite au distributeur d’eau alternatif, une stratégie connue sous le nom de «win-stay-lose-switch».

Ceci suggère que lorsque l’intervalle entre deux essais était court, les animaux se reposaient principalement sur leur «mémoire de travail» pour faire leur prochain choix, c’est-à-dire sur la mémoire à court terme concernée par les perceptions immédiates.
D’autre part, lorsque l’intervalle entre deux essais consécutifs a duré plus de sept secondes, le modèle qui prédisait le mieux le choix suivant des souris suggérait que les souris utilisaient l’accumulation de plusieurs expériences de récompense pour guider leur prochain mouvement, en d’autres termes, leur mémoire à long terme est entrée en vigueur.

Les résultats suggèrent que la sérotonine stimule la plasticité cérébrale en influençant le taux d’apprentissage, ce qui témoigne du fait qu’un traitement par ISRS inhibiteurs spécifiques de recapture de la serotoninpeut être plus efficace lorsqu’il est combiné avec ce qu’on appelle la thérapie cognitivo-comportementale.

Source: An effect of serotonergic stimulation on learning rates for rewards apparent after long intertrial intervals, Nature Communications