sérotonine-apprentissage-plasticité

Pendant longtemps, la sérotonine a été utilisée comme antidépresseurs (inhibiteurs sélectifs de la sérotonine-réabsorption) (ISRS) et est utilisée pour traiter diverses affections psychiatriques telles que la dépression, le trouble obsessionnel-compulsif et certaines formes d’anxiété. La sérotonine chez les humains et d’autres animaux, est associée à une variété d’aspects de la cognition et de la prise de décision, y compris la punition, la récompense et la patience.

De nouvelles données sur cette molécule

De nouveaux résultats, publiés dans Nature Communications, fournissent un éclairage supplémentaire sur cette molécule. Dans cet article, Kiyohito Iigaya et Peter Dayan, de l’unité de neuroscience computationnelle de Gatsby et le Centre Max Planck UCL pour la psychiatrie computationnelle et la recherche sur le vieillissement de l’UCL, ont analysé les données recueillies par leurs collaboratrices Madalena Fonseca et Masayoshi Murakami, dirigées par Zachary Mainen au Centre Champalimaud au Portugal.

Dans leurs expériences, les souris ont été entraînées à choisir l’une des deux cibles pour recevoir des récompenses. Les souris devaient continuellement apprendre laquelle des cibles était la plus gratifiante, car les cibles de récompense changeaient sans avertissement. De manière spécifique, la libération de sérotonine dans le cerveau a parfois été stimulée temporairement chez les souris avec des neurones sérotoninergiques génétiquement modifiés par une technique appelée optogénétique, permettant d’évaluer les effets de la sérotonine sur l’apprentissage.

La sérotonine accélère l’apprentissage

Iigaya a construit un compte rendu computationnel du comportement des souris basé sur les principes d’apprentissage par renforcement, qui sont largement utilisés dans l’apprentissage automatique et l’intelligence artificielle. Iigaya a constaté que le rythme d’apprentissage, c’est-à-dire la vitesse d’apprentissage des souris modélisées, était modulé par la stimulation de la sérotonine. Il a comparé ces essais avec et sans stimulation des neurones sérotoninergiques, et a observé que la vitesse d’apprentissage était significativement plus rapide lorsque la stimulation était administrée, ce qui signifie que la stimulation de la sérotonine accélérait l’apprentissage chez la souris.

Un système d’apprentissage lent

Les auteurs ont également constaté que lorsque les souris prenaient des décisions très rapidement, elles suivaient une stratégie simple appelée «win-stay perd-switch», dans laquelle elles répétaient un choix si elles venaient d’être récompensée et passaient à l’autre choix si elles n’avaient pas été récompensé. La stimulation de la sérotonine n’a pas affecté les choix rapides. Cependant, sur un sous-ensemble d’essais, lorsque les animaux agissaient lentement et prenaient beaucoup de temps entre les essais, leurs décisions ne suivaient pas la règle du «win-stay». Au lieu de cela, les souris ont pris des décisions basées sur un historique de récompenses plus long, qui était bien caractérisé par un apprentissage de renforcement. La stimulation de la sérotonine n’affecte que ce système d’apprentissage lent.

Rappelons avant de poursuivre que le « win-stay perd-switch » (ou gagner-rester, perdre-passer) est en psychologie une stratégie d’apprentissage heuristique utilisée pour modéliser l’apprentissage lors de prises de décisions.

Il est important de noter que les auteurs ont constaté que ce système lent suivait les résultats des récompenses à chaque essai, même lorsque les choix étaient faits par le système «win-stay», qui est rapide. Ainsi, les effets de la stimulation de la sérotonine pour stimuler le système lent ne sont apparus que de temps en temps, lorsque les animaux ont passé beaucoup de temps avant de prendre des décisions. Les auteurs pensent que la manière dont les systèmes de décision multiples se masquent peut expliquer pourquoi les scientifiques ont eu du mal à construire une théorie complète sur la façon dont la sérotonine affecte l’apprentissage et la prise de décision.

La sérotonine stimule la plasticité du cerveau

Les auteurs concluent: «nos résultats suggèrent que la sérotonine stimule la plasticité du cerveau en influençant la vitesse d’apprentissage, ce qui confirme, par exemple, que le traitement par un ISRS peut être plus efficace lorsqu’il est associé à une thérapie cognitivo-comportementale; ce qui encourage la rupture des habitudes chez les patients dépressifs.  »

Cette recherche clinique substantielle montre que le traitement par les ISRS est souvent le plus efficace s’il est combiné avec la thérapie cognitivo-comportementale (TCC). Le but de la TCC est de changer activement la pensée et le comportement inadaptés, à travers des séances conçues pour que les patients « réapprennent » leur façon de penser et de se comporter.

Cependant, les scientifiques ont eu une compréhension limitée du comment et pourquoi les ISRS et la TCC travaillaient ensemble pour les traitements. Ces nouveaux résultats indiquent un lien fonctionnel possible entre les deux, la sérotonine renforçant l’apprentissage inhérent à la TCC, fournissant des indices quant à l’un des rôles que joue ce neuromodulateur dans le traitement des troubles psychiatriques.

Référence : Kiyohito Iigaya, Madalena S. Fonseca, Masayoshi Murakami, Zachary F. Mainen, Peter Dayan. An effect of serotonergic stimulation on learning rates for rewards apparent after long intertrial intervals. Nature Communications, 2018; 9 (1) DOI: 10.1038/s41467-018-04840-2