Układ nagrody i kary jest zespołem ośrodków mózgu i dróg nerwowych, które sterują stanami przyjemności oraz regulują nastrój. Odpowiada m.in. za motywację do działania, odczuwanie przyjemnych doznań, uczenie się i zapamiętywanie. Został odkryty stosunkowo niedawno, w 1954 roku, przez Jamesa Oldsa i jego doktoranta Petera Milnera. Sprawdzali oni zachowanie szczurów poprzez drażnienie różnych obszarów mózgów zwierząt za pomocą elektrod. Odkryli, że stymulacja odpowiednich struktur (pęczka przyśrodkowego przodomózgowia i bocznego jądra podwzgórza) skłaniała szczura do poszukiwania ich ponownego pobudzenia. Chęć tę zwierzę sygnalizowało poprzez naciśnięcie odpowiedniej dźwigni. Zaburzenia układu nagrody i kary odgrywają rolę w patogenezie uzależnień.
1. Układ nagrody
1.1. Elementy układu nagrody
Struktury wchodzące w skład układu nagrody w większości należą do układu limbicznego. Obejmują wzgórze, podwzgórze, ciało migdałowate, hipokamp, korę przedczołową oraz korę śródwęchową. Ich działanie jest stymulowane przez grupę neuroprzekaźników, do których należy przede wszystkim dopamina, ale również serotonina, noradrenalina i endogenne peptydy opioidowe.
Jednym z głównych elementów układu nagrody jest tzw. szlak mezolimbiczny, który stanowi główny obwód dopaminergiczny mózgu. Rozpoczyna się on w brzusznym polu nakrywki (należącym do śródmózgowia), w którym znajdują się ciała komórkowe neuronów dopaminergicznych. Neurony dopaminergiczne wysyłają aksony do jądra półleżącego przodomózgowia, ciała migdałowatego i bocznej części podwzgórza. Ciało migdałowate hamuje uczucie przyjemności, a jądro boczne podwzgórza wywołuje zadowolenie i ekstazę.
Drugim istotnym elementem jest szlak nigrostriatalny. Rozpoczyna się on w istocie czarnej pnia mózgu, w której znajdują się perykariony neuronów dopaminergicznych. Zakończenia ich aksonów sięgają prążkowia i jąder podstawy. Struktury, do których docierają projekcje dopaminergiczne, znajdują się jednocześnie pod wpływem projekcji pobudzających z kory czołowej i ciała migdałowatego.
1.2. Funkcjonowanie układu nagrody
W sytuacjach zaspokajania popędów (np. głodu, pragnienia, popędu seksualnego, agresji) oraz innych, niepopędowych czynności i zachowań ocenianych jako przyjemne (np. interakcji społecznych) dochodzi do aktywacji układu nagrody. Dzieje się to poprzez wzrost transmisji dopaminergicznej z brzusznego jądra pokrywy do jądra półleżącego i kory czołowej, co wywołuje poczucie zadowolenia i rozkoszy. Natomiast wyrzut dopaminy z istoty czarnej pnia mózgu do zwojów podstawy (prążkowia, jądra ogoniastego) i kory ruchowej skutkuje wzmożeniem aktywności fizycznej oraz poprawą koordynacji ruchów, co ułatwia zaspokojenie danej potrzeby, która aktywuje układ nagrody.
1.3. Zaburzenia układu nagrody
Prawidłowe działanie układu nagrody jest istotne dla przeżycia w zmieniających się warunkach środowiska. Zwiększa bowiem prawdopodobieństwo osiągnięcia celów takich jak pozyskanie pożywienia czy partnera do reprodukcji. Zarówno obniżenie, jak i podwyższenie aktywności tego układu może prowadzić do poważnych konsekwencji. Spadek aktywności dopaminergicznej mózgu (np. w wyniku leczenia środkami dopaminolitycznymi lub na skutek uszkodzenia komórek brzusznego pola nakrywkowego śródmózgowia) prowadzi do apatii, braku zainteresowania otoczeniem czy pokarmem i do stanów depresyjnych. Znacznie częściej dochodzi jednak do nadaktywności układu nagrody, która odgrywa rolę w patogenezie m.in. zaburzeń odżywiania i uzależnień od substancji psychoaktywnych. Wiele używek (takich jak alkohol, opiaty, nikotyna, amfetamina) aktywuje układ nagrody poprzez zwiększanie uwalniania dopaminy z neuronów, szczególnie w układzie mezolimbiczno-korowym i nigrostriatalnym. Proces powstawania uzależnienia jest długotrwały i zależy od wielu czynników biologicznych, psychologicznych i środowiskowych – m.in. od subiektywnego uczucia przyjemności, cech osobniczych, stanu zdrowia psychicznego oraz predyspozycji genetycznych. Na początku utrwala się skojarzenie, że wykonanie konkretnej czynności lub przyjęcie danej sytuacji wiąże się z wystąpieniem pozytywnych uczuć. Następnie powstaje ślad pamięciowy dotyczący zachowania lub przyjętego pokarmu lub substancji, która wiązała się z przyjemnymi doznaniami.
2. Układ kary
Naukowcy wyróżnili również układ kary, który odpowiada za tłumienie zachowań związanych z dążeniem do nagrody. Zapobiega on nadmiernemu pozyskiwaniu przyjemnych bodźców, takich jak jedzenie czy substancje psychoaktywne. Przypuszcza się, że jego nadaktywność odgrywa rolę w patogenezie uzależnienia, co objawia się silnym poczuciem dyskomfortu po ustaniu działania danej substancji. Aby uniknąć tego uczucia, sięga się coraz częściej po używkę. Ośrodki układu kary są umieszczone głównie w przyśrodkowej części podwzgórza oraz istocie szarej okołowodociągowej śródmózgowia. Jego głównymi elementami jest ciało migdałowate i jądro półleżące. Układ kary związany jest z pobudzeniem neuronów cholinergicznych, co skutkuje wydzielaniem noradrenaliny, czynnika uwalniającego kortykotropinę oraz dynorfiny. Prowadzi to do uczucia strachu, lęku i wstydu.