Ruski fiziolog Ivan Petrovič Pavlov je pred dobrim stoletjem s poskusi na psih odkril postopek, kako se živali naučijo odzivati na znake, ki naznanjajo zanje pomembne dogodke v okolju. Če je psom pred hranjenjem pozvonil z zvončkom, so začele živali sčasoma izločati slino že ob zvoku zvonjenja, in ne šele takrat, ko je bila hrana dejansko pred njimi in so jo lahko tudi videle in vonjale.
Odkritje pogojnega refleksa, kot so pojav poimenovali, je imelo velik vpliv na nadaljnji razvoj psihologije. Vendar sprva nihče ni vedel, kaj natančno se dogaja v možganih, ko se žival uči povezovati značilen zvok zvonjenja s prihodom hrane. Raziskovalce je zelo zanimalo, ali je za učenje dovolj že zgolj to, da se oba dogodka nekajkrat zgodita sočasno oziroma v tesnem zaporedju, ali mora biti izpolnjen še kak drug pogoj.
Ko so delali še druge eksperimenta, se je izkazalo, da zgolj sočasen pojav novega signala ni dovolj, da bi se žival nanj navadila oziroma da bi se vzpostavil pogojni refleks. Če so psa, ki se je že naučil izločati slino ob zvoku zvončka, po zvonjenju soočili še s kakim drugim znakom, denimo zvokom stiskanja plastične igračke, se pes na ta novi signal ni navadil, čeprav mu je prav tako vsakič sledila hrana. Samo poslušanje zvoka igračke brez zvonjenja zvončka pri psih v tem primeru ni sprožilo izločanja sline.
Leta 1972 sta psihologa Robert Rescorla in Allan Wagner postavila teorijo, da se pogojnega refleksa živali ne naučijo zgolj zaradi hkratnega pojavljanja zvončka in hrane, ampak je za učenje pomemben predvsem proces vrednotenja pričakovanj, ki jih vzbudi signal. Če zna žival iz znakov, ki jih zazna, ustrezno napovedati, da prihaja hrana, potem nima nobene potrebe po tem, da bi karkoli v svojem modelu razumevanja delovanja zunanjega sveta spremenila. Ko se napoved uresniči, potrebe po spremembi in učenju ni. Če pa je napoved napačna, kar pomeni, da pride hrana takrat, ko je pes ni znal vnaprej napovedati, je to za njegovo preživetje pomembno, saj mora spremeniti nabor znakov, ki napovedujejo, kdaj bo spet priložnost za hranjenje.
Do učenja pride tako šele v primeru, ko se model napovedovanja prihodnosti zmoti. Le v tem primeru se mora namreč žival prilagoditi novim okoliščinam, da bo znala v prihodnje bolj zanesljivo napovedovati dogodke. Nujni pogoj za učenje je tako presenečenje oziroma neskladje med pričakovanim in dejanskim dogajanjem.
Napovedovanje ugodja
Ko so raziskovalci podrobneje proučevali mehanizme v možganih, prek katerih se živali in ljudje učimo avtomatsko prepoznavati znake, da se nam bo zgodilo nekaj, kar nas bo navdalo z zadovoljstvom, so prišli na sled celicam in molekulam, za katere so sprva mislili, da so neposredno odgovorne za občutek ugodja.
Sistematično raziskovanje nevrologije ugodja se je začelo, ko sta leta 1954 James Olds in Peter Milner podganam v možgane vstavila elektrode, ki so se aktivirale vsakič, ko je podgana pritisnila na gumb v kletki. Ko je po elektrodah stekel tok, so možganske celice v predelu, kamor so bile napeljane žice, dobile dražljaj. Raziskovalca sta elektrode premikala po možganih in na nekaterih mestih ugotovila, da so podgane začele pritiskati gumb do onemoglosti. Naenkrat jim nič drugega ni bilo več pomembno, saj niso več jedle, pile, spale ali se zanimale za parjenje, ampak so se ukvarjale le še z gumbom. Olds in Milner sta takrat odkrila področje v možganih, ki je odgovorno za užitek.
Kasnejše študije so pokazale, da je približno polovica mest v možganih, ki ob dražljajih povzročijo občutek užitka, povezanih z dopaminskimi nevroni. Te celice se praviloma aktivirajo takrat, ko smo soočeni s predmetom ali okoliščino, od katere si obetamo ugodje. Do njihove aktivacije pa pride že ob signalu prihodnjega ugodja, in ne šele ob dejanskem ugodju, kar nam pomaga, da vztrajamo pri nekem opravilu in se trudimo, da ga dejansko izvedemo, tudi če je naporno.
Ko se v teh nevronih sproži izločanje molekul dopamina, to subjektivno občutimo kot povečanje želje. Miške, ki so jih genetsko spremenili, da niso mogle proizvajati dopamina, so bile povsem brezvoljne in se jim tudi hraniti ni ljubilo, če pa so jih umetno nahranili, so občutile normalno zadovoljstvo ob zaužiti hrani. Čeprav niso imele nobene želje po hrani, so vseeno občutile zadovoljstvo, ko so hrano ob zunanji pomoči zaužile.
Kot je leta 1997 ugotovil nevroznanstvenik Wolfram Schultz, dopaminski nevroni ne signalizirajo le pričakovanega ugodja, ampak tudi povratno informacijo, ali se je pričakovanje dejansko uresničilo. Možgani se prek odziva teh nevronov prilagajajo novim znakom in okoliščinam, ki jim prinašajo užitek. To, kar prinaša ugodje in zadovoljstvo, se s časom seveda lahko spreminja, zato dopaminski nevroni naznanjajo, kako dobra je bila posamezna napoved prihodnjega ugodja. Če je dejansko izkustvo preseglo pričakovanja, se bodo ti nevroni močneje aktivirali, če pa je bilo pričakovanje večje od dejanskega izkupička, se bo njihova aktivacija zmanjšala.
Dopamin je eden izmed živčnih prenašalcev, kot imenujemo molekule, ki jih nevroni uporabljajo za medsebojno komunikacijo. V sinapsah, kjer se dva nevrona stikata, se te molekule izločajo iz enega nevrona in se vežejo na drugega. Ko pride električni signal po nevronu do sinapse, ta praviloma sprosti živčne prenašalce, ki se nato vežejo na receptorje drugega nevrona. Receptorji delujejo kot nekakšne ključavnice, v katere se lahko vežejo le točno določene molekule. Ko se molekula na tak receptor veže, ga aktivira in tako signal potuje naprej po drugem nevronu.
Biologija odvisnosti
Psihoaktivne snovi so tiste, ki imajo po naključju takšno zgradbo, da se lahko vežejo na katero od teh ključavnic. Tako lahko aktivirajo ali deaktivirajo receptorje ali preprečijo vezavo molekul, ki sicer čez sinapso prenašajo živčne signale. Za snovi, kot so alkohol, kofein, nikotin, THC, kokain in opioidi, je značilno, da se lahko vežejo na nekatere receptorje oziroma ključavnice in tako povzročijo neposredne učinke na aktivacijo nevronov.
Težave nastanejo, če neka od zunaj vnesena snov poleg vpliva na občutje neposredno spodbudi tudi večje izločanje dopamina. Možgani so tako prepričani, da je v tistem trenutku prišlo do pomembnega dogodka, ki si ga morajo zapomniti. Če izločanje dopamina spodbudi zaužita droga, si bodo poskušali zapomniti vse okoliščine, ki so vodile do tega trenutka, in ko bo oseba spet prišla v takšne okoliščine, bodo možgani pričakovali, da bodo spet deležni ugodja. Sproščanje dopamina spodbudi učenje, saj so možgani prepričani, da se je zgodilo nekaj dobrega, česar niso znali napovedali, zato bi si bilo dobro zapomniti okoliščine, v katerih je do tega prišlo.
Naslednja težava je v tem, da se na preveliko aktivacijo nevroni odzovejo tako, da začnejo zmanjševati število receptorjev. Prav takšno prilagajanje števila receptorjev povzroči simptome, ki so značilni za odvisnost. Če je molekul, ki aktivirajo receptorje, dlje časa zelo veliko in so zato nevroni preveč aktivni, se bo celica odzvala tako, da bo zmanjšala število receptorjev. Tako bo imela ista količina molekul oziroma zaužite droge manjši učinek. Za enako aktivacijo bo treba vzeti večjo dozo, kar postopek zmanjševanja števila receptorjev zgolj ponovi. Tako lahko pride do tolerance, ko celice sploh niso več občutljive na molekule, saj skoraj nimajo več receptorjev zanje. To pomeni, da se tudi druge naravne molekule telesa ne morejo nikamor vezati, kar povzroči občutek abstinenčne krize, ko normalna telesna produkcija molekul zaradi spremenjenega števila receptorjev nima več nobenega učinka.
Zanimivo pa je to, da se enak postopek učenja, kot ga je narava razvila za to, da se lahko možgani privadijo na vedno nove signale, ki jim sporočajo, kdaj bodo deležni ugodja, danes uporablja tudi pri strojnem učenju računalnikov in robotov. Rescorla-Wagnerjev model učenja so še nekoliko nadgradili in z njegovo pomočjo že leta 1992 pri IBM dosegli, da se je njihov program na podlagi poskušanja in analize napak naučil zelo dobro igrati strateško igro Backgammon. Danes se te metode učenja uporabljajo tudi za pilotiranje dronov, kontroliranje premikanja robotov in podobna opravila, pri katerih se izkušnje nabirajo s sprotnim vrednotenjem napak.
