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Es gibt zwei Hauptkategorien des Lernens: assoziatives und nicht-assoziatives Lernen. Beide Arten des Lernens lassen sich weiter unterteilen; das nicht-assoziative Lernen wird beispielsweise hauptsächlich in Gewöhnung, Sensibilisierung und Wahrnehmungslernen unterteilt. Das assoziative Lernen wird wiederum in klassische und operante Konditionierung unterteilt. Verschiedene Gruppen von Neuronen werden je nach Art der Stimulation aktiviert. Gewöhnung erfordert neutrale und nicht schädliche Reize, die weniger Neurotransmitter an postsynaptische Motoneuronen abgeben, während bei Sensibilisierung die Stimulation biologisch relevant ist und die Neurotransmitter an postsynaptische Motoneuronen erhöht. Visuelle Stimulationen erhöhen die Plastizität in verschiedenen visuellen Kortexbereichen, während auditive/somatosensorische Stimuli Glutamat und Acetylcholin in den auditorischen Kortexbereichen erhöhen. Nach dem Training erhöhen konditionierende Reize den Glutamatspiegel zwischen prä- und postsynaptischen Neuronen im Kleinhirnkreislauf. In Bezug auf operante Konditionierung sind Reiztypen Belohnung oder Bestrafung für Verhaltensweisen. Das Verstärkungs- oder Belohnungslernsystem ist mit Dopamin im VTA verbunden, während das Bestrafungssystem mit (5HT) in der Amygdala, dem Hippocampus und dem präfrontalen Kortex zusammenhängt.