Prisvindende forskning: Vi lærer gennem belønning
Tre europæiske forskere får verdens største hjerneforskningspris for at opdage, at belønning og læring er tæt knyttet. Det har åbnet for en forståelse af, hvorfor man kan blive ludoman eller afhængig af kokain.
Belønning, læring, forudsigelse, forventning, dopamin

Både mennesker og dyr lærer gennem belønning. Hvordan det præcist hænger sammen, har især tre forskere påvist gennem mange års forskning. Nu belønnes bedriften med verdens største - og ovenikøbet danske - hjerneforskningspris. (Foto: Colourbox)

Hjerneforskningens svar på nobelprisen - The Brain Prize - er dansk og går i år til tre forskere, der har vist, hvordan hjernen kobler læring og belønning sammen.

Historien kort
  • The Brain Prize uddeles i år til tre forskere, der har kortlagt sammenhængen mellem læring og belønning.
  • Dopamin-hormonet indgår i belønningssystemet og er det signalstof, der er med til at fortælle os, når en handling har det ønskede udfald.
  • Belønningssystemet kan kortsluttes af stoffer og gambling, så vi bliver afhængige.

De tre forskere, der modtager 1 million euro som et led i prisoverrækkelsen, har været med til at vise, at hjernen belønner os med en særlig rar oplevelse, når handlinger har de forventede konsekvenser, vi vurderer som gode.

Belønningen, der er bundet op på signalstoffet dopamin, får os til at huske handlingen og oplevelsen bedre.

Belønningssystemet får os også til at ville gentage handlingen.

Opdagelsen af sammenhængen mellem belønning og læring har haft konsekvenser for en bred vifte af fagområder, lige fra psykologi og pædagogik til forståelsen af ludomani og stofmisbrug.  

»De tre vindere har haft afgørende betydning for vores forståelse af dopamins rolle i læring og motivation, hvilket har affødt en række vigtige indsigter i psykiske lidelser og menneskelig adfærd,« siger Morten Kringelbach, hjerneforsker og professor ved Oxford University og Aarhus Universitet. Han forsker selv i, hvordan ubalance i belønningssystemet kan føre til en række lidelser.

De tre modtager af The Brain Prize

De tre prisvindere har på hver sin måde øget forståelsen for dopamin-hjernecellerne.

Wolfram Schultz har i dyreforsøg kortlagt de dele af hjernen, hvor der findes dopamin-hjerneceller og har vist, hvordan de reagerer på belønning og eksterne stimuli, således at de er med til at styre adfærd hos forsøgsdyr.

Peter Dayan har med matematiske modeller beskrevet, hvordan dopamin-hjernecellerne reagerer på forskellen mellem det forventede og det, der faktisk sker. Han har sandsynliggjort, at det er systemet af dopamin-hjerneceller, der er med til at styre læring og handlinger.

Ray Dolan har i samarbejde med Peter Dayan i 2003 testet disse hypoteser i forsøg på mennesker og har med hjerneskannings-teknikker i mennesker vist, at også menneskelig adfærd er styret af de samme mekanismer som i forsøgs.

Kilde: Lundbeckfonden

Skifte i dopamin-niveau gør forskellen

Før de tre forskere fandt ud af, at dopamin er drivkraften bag vores motivation og læring, havde man forestillingen, at dopamin er et nydelsesstof, og jo mere dopamin man har i kroppen, desto rarere en følelse giver det.

Det viste sig dog at være forkert, siger Morten Kringelbach.

»Niveauet af dopamin, vi har i hjernen, er ikke det afgørende. Det er de relative forandringer i dopamin-niveauet, som gør forskellen. Når virkeligheden lever op til en positiv forventning, udskiller cellenetværket dopamin, og dopaminen aktiverer så andre steder i hjernen, der giver os nydelse. Den rare følelse motiverer os til at gøre det igen. Det illustrerede de tre vindere af The Brain Prize 2017 med deres forskning,« siger Morten Kringelbach.

Dopamin afstemmer forventninger til virkeligheden

Forventninger til virkeligheden afstemmes løbende gennem dopamin-udskillelse og belønning, og det skaber læringen gennem forbindelsen til hukommelsen.

»Hvis en handling ikke fører til den forventede effekt, vil der ske et dyk i dopamin-niveauet, og det giver os en oplevelse af, at det ikke var godt, det vi gjorde. Det vil så sende et signal til hukommelsen om, at handlingen skal revideres. Hvis handlingen til gengæld fører til det ønskede resultat, så øger hjernen dopamin-niveauet, og det aktiverer dele af hjernen, som er ansvarlig for nydelse. Hvis man bliver ved med at gentage handlingen, så stopper nydelsen dog, og så skal man vente noget tid, før man får nydelse ud af samme handling. Der er desværre ikke noget, der giver kronisk nydelse,« siger Morten Kringelbach.

Forskerne har både vist med mennesker og forsøgsdyr, at hvis man får den belønning, man havde forventet, vil der komme en øgning i aktiviteten i dopamin-hjernecellerne, men hvis belønningen er større end forventet, øges aktiviteten til et langt højere niveau. Hvis belønningen til gengæld er mindre end forventet, så falder aktiviteten til under udgangspunktet.

Dopamin, forudsigelse, belønning, læring, forventning

Svingninger i vores dopamin-niveauer er tæt forbundet med vores forudsigelse af, hvad der kommer til at ske. Hvis det forventede positive udfald finder sted, udløses en mindre mængde dopamin. Hvis der ikke sker det forventede positive udfald, lærer vi af det og prøver en ny handling af. (Foto: Institut la Conference Hippocrate - Servier Research Group)

Evolutionen har forbundet belønning og læring

Dopamin-celler i hjernen

Menneskehjernen har over en million hjerneceller, som anvender signalstoffet dopamin. Disse dopamin-hjerneceller sidder midt inde i hjernen, men har udløbere til mange andre dele af hjernen.

Kilde: Den Store Danske.

Det er ikke kun mennesker, der har et belønningssystem styret af et dopamin-lignende stof. Dyr har også belønningssystemets grundlæggende funktioner.

Det skyldes, at systemet er nedarvet gennem evolutionshistorien som et vigtigt redskab til overlevelse og videreførelse af gener, siger professor på Institut for Neurovidenskab og Farmakologi, Københavns Universitet, Albert Gjedde.

»Dopamin skal motivere til en adfærd, der fremmer vores velfærd, videreførelse af gener og overlevelse. Uden dopamin har vi sværere ved at tage ved lære af omgivelserne og vores handlinger. Vi ved ikke på samme måde, hvad der er meningsfuld adfærd. Samtidig giver et fravær af dopamin også en mere spredt og sporadisk opmærksomhed,« siger Albert Gjedde, som selv forsket i dopamins rolle i vores hjerne.

Belønningssystemet kan kortsluttes

Derfor vinder forskerne

»De tre prisvinderes forskning har vidtrækkende perspektiver for vores forståelse af den menneskelige adfærd og for, hvordan vi træffer beslutninger. Forskningen har også givet os en værdifuld nøgle til at forstå, hvad der går galt i forbindelse med ludomani, stofafhængighed, tvangshandlinger og skizofreni,« siger professor Sir Colin Blakemore i en pressetekst fra Lundbeckfonden. Han er formand for bedømmelsesudvalget, der har valgt prismodtagerne.

Belønningssystemet kan dog også kortsluttes eller snydes, så hjernen tror, at en handling er god for vores velbefindende og overlevelse, uden at den er det.

Kokain og nikotin giver en rar oplevelse og kan gøre os afhængige. Kokain udløser belønningssystemet og lærer os, at det at sniffe kokain er en god ting, og noget vi gerne vil gøre igen. Selvom det er usundt for os.

Hjernen vænner sig dog relativt hurtigt til den dopamin-udløsning, som kokainen udløser, og når man så ikke længere tager stoffet, så er det, man oplever en nedtur og abstinenser. Paradoksalt bliver nydelsen mindre, selvom motivation bliver højere.

Ludomaner er ligesom stofmisbrugere

En af prisvinderne, Wolfram Schultz, beskriver selv dopamin-cellerne som »små djævle i vores hjerne«, der får mennesker til at stræbe og handle for at få stadigt større belønninger.

Forskerne har vist, at hvis et forsøgsdyr får den samme belønning igen og igen, bliver dopamin-responsen mindre og mindre. Derfor skal der mere og mere til. Eller også skal man stoppe.

The Brain Prize

The Brain Prize blev etableret som en europæisk pris af Lundbeckfonden i 2010 og tildelt første gang i 2011. I år går den til forskning i de mekanismer i hjernen, som sammenkæder læring og belønning. Prisen lyder på en million euro, som de tre vindere skal dele.

Kilde: Lundbeckfonden

Det kan blandt andet gøre os afhængige af at spille for penge, siger Morten Kringelbach.

»Nogle mennesker bliver ludomaner - altså afhængige af at spille for penge, da gambling påvirker dopamin-systemet på samme måde som kokain. Belønningen ved at vinde driver nogle til at spille mere og mere og fot større og større summer for at få samme belønning og reaktion i hjernen. Det har de tre forskere, der får prisen, været med til at kortlægge,« siger Morten Kringelbach.

De tre forskere kommer til Danmark for at modtage prisen  4. maj 2017. Prisen overrækkes af HKH Kronprinsen.