Het opvallende van de Pavlovreactie, is dat het niet gaat om bewust aangeleerde associaties maar om associaties die je hersenen zich op eigen houtje aanleren. Mensen en dieren, of liever hun hersenen, zijn extreem goed in het leggen van associaties, soms is één sessie al genoeg en eet je tien jaar geen mosselen meer. ‘Mosselen = ziek’, zo associëren de hersenen dan. Het leggen van deze associaties is zo’n belangrijke basisvoorwaarde om te overleven, dat zelfs wormen die maar 302 zenuwcellen hebben, kunnen associëren.
Een associatie geeft ons de kans om te anticiperen. Zo is verhoogde alertheid in het donker een nuttige anticipatie, omdat gevaar dan slechter te zien is. Dat we daardoor ook binnenshuis in het donker overal gevaar denken te ontwaren, moeten we op de koop toenemen.
Zelfs in situaties waarin het onmogelijk is om adequaat te reageren, zorgt voorspelbaarheid er voor dat de situatie minder stressvol is. Als muizen bijvoorbeeld in een kooi worden gezet waar opeens een stroomstoot over de bodem van de kooi loopt (vergelijkbaar met het aanraken van schrikdraad), verstijven ze en gaat hun hartslag omhoog. Wanneer de stroomstoot wordt aangekondigd door een licht zullen de muizen op den duur gewend raken aan de stroomstoot en vertonen ze geen stressreactie meer, zelfs hun hartslag gaat niet meer omhoog. Dit soort gewenning treedt niet op als de stroomstoten onvoorspelbaar zijn. Onzekerheid is moordend.
Het onderzoek van Pavlov was zo revolutionair omdat hij objectief aantoonde dat honden associaties kunnen aanleren door zich te beperken tot meetbare parameters zoals de hoeveelheid geproduceerd speeksel. Deze werkwijze wijkt sterk af van de methoden die daarvóór gangbaar waren in de psychologie en filosofie. Die disciplines, die toen nog sterk verwant waren, vroegen mensen simpelweg naar hun associaties. Pavlov vroeg niets, maakte geen aannames, maar bestudeerde op een systematische manier onder welke omstandigheden honden een speekselreflex ontwikkelden. Zo mat hij hoeveel sessies nodig waren om de associatie tussen bel en eten op te wekken en hoe groot die respons dan was, wat het effect was als de bel heel kort of juist wat langer van te voren klonk, etc.
De methode bood daarnaast de kans om te onderzoeken welke prikkels een dier kan onderscheiden. Wanneer bijvoorbeeld een zwart vierkant geassocieerd is met voedsel, zal een grijs vierkant in eerste instantie ook een speekselreactie oproepen. Als nu het grijze vierkant niet wordt gekoppeld aan voedsel, en het zwarte vierkant wel, leert de hond deze prikkels te onderscheiden. Deze manier van onderzoeken inspireerde onderzoekers tot het ontwikkelen van de meest ingenieuze proefopstellingen waarmee de verschillende aspecten van leren en geheugen tegenwoordig onderzocht worden.
Zo deed de Amerkaanse psycholoog Watson (1878-1958) een experiment met een naïef mens; de elf maanden oude baby Albert. Watson toonde Albert een witte laboratoriumrat, die geen enkele angst opriep bij de baby, en koppelde het aanraken van de rat met een hard geluid, waar de baby zichtbaar van schrok. Al gauw zorgde alleen het zien van de rat ervoor dat Albert zo snel mogelijk probeerde weg te kruipen. Het experiment toont aan dat niet alleen een autonome reflex als speekselproductie te conditioneren is, maar dat ook emoties een aangeleerde reflex kunnen zijn.
Associaties worden in de hersenen opgeslagen door verbindingen tussen zenuwcellen te versterken. Zenuwcellen zijn heel gevoelig voor associaties. Zij hebben namelijk de eigenschap dat wanneer een zenuwcel een prikkel genereert, alle input -groot en klein- die kort daarvoor bij de zenuwcel binnenkwam, wordt versterkt. Zo kan het in het voorbeeld van Pavlov dus gebeuren dat de input van de bel in eerste instantie geen reactie opwekt in de zenuwcel die de speekselreflex aanstuurt. Maar na een aantal sessies waarbij de zenuwcel werd geactiveerd door het eten, en de input van de bel elke keer werd versterkt omdat de bel kort voor het eten klonk, is de input van de bel zo sterk geworden dat die nu wel de zenuwcel kan activeren.
Om verbindingen tussen zenuwcellen te kunnen versterken zijn calcium- en magnesiumionen essentieel. Zenuwcellen zijn gevoelig voor elektrische potentiaalverschillen. Zo verandert de elektrische potentiaal van de zenuwcel die de speekselreflex in gang zet tijdelijk, op het moment dat deze wordt geactiveerd. Deze potentiaalverandering zorgt ervoor dat de grote magnesiumionen die normaliter de calciumkanalen blokkeren deze nu verlaten. Zo kunnen calciumionen de zenuwcel instromen. Calciumionen versterken alle verbindingen die kort daarvoor actief waren. Dat gebeurt dus ook voor de input van het belsignaal, wanneer de bel kort van te voren te horen was.
Deze verbindingen kunnen langdurig versterkt worden, vandaar de naam Long-Term Potentiation ofwel LTP. Wat volgens de Russische prof in ons lab eigenlijk staat voor Long-Term Problem, omdat er zoveel haken en ogen aan blijken te zitten.
Hoewel elke zenuwcel met tienduizenden andere zenuwcellen in contact staat, is het toch niet zo dat je elke associatie even snel leert. Evolutie speelt daarbij een rol. Zo kan het in een gebied met giftige slangen heel voordelig en zelfs van levensbelang zijn om bang voor ze te zijn. Natuurlijke selectie bevordert dan een angst voor slangen.
Wanneer de omstandigheden veranderen, vraagt dat om een bepaalde flexibiliteit van de hersenen. Vooral het frontale deel van het brein dat bij mensen erg groot is in vergelijking met dieren, is hiervoor belangrijk. Bij mensen met schizofrenie ontbreekt deze flexibiliteit deels: zij kunnen goed een associatie leren, maar niet afleren als omstandigheden veranderen.
Een gezond brein kan associaties wel snel leren en afleren. Maar dat is niet voor iedere associatie even makkelijk, met name emotie-associaties leren we moeilijk af. Zo kun je rustig honderden onschuldige spinnen hebben gezien in je leven, en er desondanks bang voor blijven. Toch zijn veel fobieën onder controle te krijgen door therapieën die consequent de prikkel aanbieden in een veilige omgeving, een situatie die de angstreflex onderdrukt.
Met al deze informatie kunnen we het principe van de Pavlovreactie toepassen om gewenst gedrag te stimuleren, en ongewenst gedrag af te leren. Dus om in één keer van een Bossche bollenverslaving af te komen, hoef je er maar zeven achter elkaar op te eten. Of eet één bedorven schelpdier bij elke sigaret, en je bent zo van het roken af. Dit is ook goed uitvoerbaar, want de schelpdieren bederven vanzelf in je bureaula.