在复杂而精细的生物体中，神经元细胞扮演着关键角色，它们是构成大脑和其他中枢神经系统的基本单元。这些细胞不仅能够传递信号，还能够学习、记忆和适应环境，这些功能使得人类以及许多其他动物能够思考、感知并与外部世界互动。
神经元结构
神经元由一个树状突（树突）和多个轴突组成。树状突负责接收来自其他神经元或感受器（如视觉皮层中的光敏细胞）的信号，而轴突则负责将这些信息传送到下一层或者远离接收信号的地方。每个神核都有一个称为axon hillock的地方，其作用类似于门控电路，当达到一定阈值时，会产生一次行动电位，从而启动电流沿轴突向终末区传播。
信号传导
神经冲动是一种快速且可靠地传输信息的手段。当一条轴突受到足够强烈的刺激时，就会发生活化，产生一个负载电荷迅速向前移动，这个过程被称作行动电位。在这个过程中，膜潜伏期是一个重要阶段，在此期间，不同类型的离子通道打开或关闭，以改变跨膜电流，使得膜潜伏期后跟随的是一次反极化，然后再次变为正极化形成另一次行动电位。
分布式处理
除了通过单一路径进行信号处理之外，研究表明大脑还采用分布式处理，即信息在不同的区域之间以不同的方式被编码和整合。这意味着任何特定的认知任务可能涉及到数十甚至上百个不同类型的小型网络协同工作来完成任务。这种分布式计算模式允许大脑对复杂的问题做出更加灵活、高效且准确的情报判断。
学习与记忆
在学习新技能或知识时，大脑中的某些区域特别活跃，比如杏仁体、海马等区域。在这里，大量新的synapses形成，并相应地调整了旧有的连接，从而存储了新的经验。大部分记忆是在短暂时间内形成，但也有一些长期记忆可以保持几年甚至一生，有研究指出即使是最深度睡眠状态下的人，也能维持一些长期记忆。
自我修复能力
虽然我们知道老年人的认知功能可能会衰退，但人们也发现老年的大脑仍然具备自我修复机制。一旦某些损伤发生，如小面积的心理学损伤，那么身体的大部分组织就会努力恢复其正常功能。如果心脏病发作导致血液供应不足，则相关区域的大量连结可以重建起来。而对于更严重的情况，如创伤性颅内损伤，对于恢复通常需要专业医疗干预但也有很大的希望。
疾病与治疗策略
当然，我们也了解到了各种疾病如何影响我们的神经系统，如阿尔茨海默症、大规模卒中事件等这类疾病常常导致大量但非必需的联系丧失，以及必要联系保留不全从而造成认知能力下降。此外，一系列药物已经开发出来试图帮助改善患者情况，这包括抗精神病药物用于抑制过剩的人际沟通以及促进性的药物用于增强缺乏的人际交流能力。