Les comportements dirigés vers les récompenses reposent sur un ensemble de structures cérébrales appelé système de la récompense, dans lequel la libération de dopamine serait impliquée dans l'apprentissage de la valeur des actions amenant aux récompenses. La stimulation sélective, par optogénétique, des sous-parties du système de la récompense conduit à classifier des structures comme "appétitives" ou "aversives", selon que leur stimulation augmente ou diminue la fréquence du comportement associé. Les mesures de l'activité électrophysiologique précisent que les neurones à dopamine calculeraient une quantité clé de l'apprentissage par essai et erreur : la différence entre récompense attendue et récompense réelle. Dans ce cadre, les autres structures envoyant des informations aux neurones à dopamine se voient chacune attribuer un calcul participant à l'implémentation d'une politique comportementale optimale.

Ces approches identifient donc un aspect du comportement animal à une sous-partie du système nerveux, mais les théories des systèmes complexes et dynamiques nous mettent en garde contre ces identifications réductionnistes. Par exemple, les structures contrôlant la dopamine sont, en même temps, modulées par la dopamine, et la différence entre récompense attendue et récompense réelle est aussi calculée dans d'autres structures. Cependant, on reproche aux approches systémiques de fournir plus de critiques des limitations expérimentales que d'hypothèses à tester. J'aborderai donc dans cette discussion des tentatives d'approches de "biologie des systèmes" du système de la récompense, aux niveaux biophysiques, des réseaux de neurones et du comportement.