Der Neurotransmitter Dopamin übernimmt im Gehirn viele unterschiedliche Funktionen, eine besonders wichtige Rolle spielt er aber bei Lernprozessen und bei der Entstehung von Sucht – bei Prozessen also, an denen das Belohnungssystem des Gehirns stark beteiligt ist. Dopamin wirkt dabei allerdings nicht als simples Belohnungssignal; etwa, indem eine höhere Konzentration an ausgeschüttetem Transmitter auch einen größeren Belohnungsreiz auslöst.

Die gängigste Theorie über die Dopaminwirkung im Belohnungszentrum geht vielmehr davon aus, dass die Transmitterausschüttung mit der inneren Erwartung eng verknüpft ist: Besonders viel Dopamin wird freigesetzt, wenn eine Situation unerwartet erfreulich ausfiel, und besonders wenig, wenn eine Hoffnung auf Belohnung stark enttäuscht wird – wenn also, wie Neurowissenschaftler formulieren, der "Vorhersagefehler" im Verarbeitungsprozess besonders hoch ausfällt. Im Resultat lernt das Gehirn daher vor allem in neuen, unerwarteten Situationen: Es passt seinen Schaltplan vor allem nach unerwartet starken oder schwachen Dopaminreizen den veränderten Gegebenheiten an.

Die Wirkung von Dopamin im Belohnungszentrum

Diese Theorie des dopaminergen Lernens anhand von Belohnungsvorhersagefehlern musste im Lauf der Zeit wegen einiger experimenteller Beobachtungen modifiziert – und verkompliziert – werden. So konnten Forscher im Belohnungszentrum nicht nur plötzliche Dopaminschübe nach bestimmten Belohnungsreizen messen, sie erkannten vielmehr auch ein nur sehr langsam anschwellendes oder absinkendes Hintergrundrauschen von ständig präsentem Dopamin: den gemächlich schwankenden so genannten tonischen Dopaminspiegel, eine Art Hintergrundsignal des Transmitters mit offenbar unabhängiger Funktion.

Eine Hypothese zur Bedeutung des tonischen Dopaminspiegels haben schon vor einigen Jahren Yael Niv von der University of Jerusalem und Kollegen postuliert: Die Stärke des Dopaminhintergrunds schwankt mit der durchschnittlich zu erwartenden Menge einer Belohnung, die der Organismus durch das Ausführen einer bestimmten Handlung erlangen kann [1]. Nach außen vermittelt sich die Höhe des Hintergrundspiegels durch die Intensität, mit der die Handlung ausgeführt wird (siehe Infografik).

Neue Studien von Mark Howe vom MIT in Cambridge, USA, zeigen nun eine mögliche Zusatzaufgabe des tonischen Dopaminspiegels. Die Forscher konnten an Ratten in Labyrinthversuchen beobachten, dass die Dopaminmenge im Lauf der Orientierungsaufgabe ständig langsam ansteigt, bis am Ende schließlich das Ziel im Labyrinth erreicht ist. Offenbar misst das Gehirn der Tiere anhand des Dopaminspiegels, wie lange eine komplexen Handlungskette dauert und wie lange es noch bis zur erwarteten Belohnung am Ende dauern dürfte [2].

Noch ist unklar, ob der im Tierexperiment beobachtete Anstieg generell auch in ähnlichen Situationen und bei Menschen stattfindet, die mehrere Aufgaben aneinanderreihen, um am Ende ein lohnendes Ziel zu erreichen – also etwa beim Zubereiten eines Kaffees vom Mahlen bis zum ersten Schluck. Vielleicht, so gibt Niv zu bedenken, haben die Forscher um Howe nur einen Sonderfall beobachtet, der bei einer komplizierten räumlichen Orientierungs- und Erinnerungsleistung von Ratten relevant ist [3]. Womöglich aber müsse das Theoriegebäude über die Wirkung von Dopamin im Belohnungszentrum demnächst erneut verfeinert werden.