Khoa học thần kinh hiện đại
Các bài báo chính: Đề cương nghiên cứu về thần kinh học thần kinh và nghiên cứu về thần kinh học thế kỉ XX
Hệ thần kinh của con người
Nghiên cứu khoa học về hệ thống thần kinh đã tăng đáng kể trong nửa sau của thế kỷ XX, chủ yếu là do tiến bộ trong sinh học phân tử, điện sinh lý, và thần kinh học tính toán. Điều này cho phép các nhà thần kinh học nghiên cứu hệ thần kinh ở mọi khía cạnh của nó: nó được cấu trúc như thế nào, nó hoạt động như thế nào, nó phát triển như thế nào, nó hoạt động như thế nào, và nó có thể thay đổi như thế nào. Ví dụ, nó đã trở thành có thể hiểu được, một cách chi tiết, các quá trình phức tạp xảy ra trong một nơrôn đơn lẻ. Các nơ-ron là các tế bào chuyên về truyền thông. Họ có thể giao tiếp với các tế bào thần kinh và các loại tế bào khác thông qua các nút gọi đặc biệt gọi là khớp thần kinh, tại đó các tín hiệu điện hoặc điện hóa có thể được truyền từ tế bào này sang tế bào khác. Nhiều neuron đã đẩy các sợi filament dài của protoplasm gọi là các sợi trục, có thể lan rộng đến các phần xa xôi của cơ thể và có khả năng mang tín hiệu điện nhanh, ảnh hưởng đến hoạt động của các nơ-ron, cơ, hoặc tuyến khác ở các điểm chấm dứt. Một hệ thống thần kinh xuất hiện từ sự tập hợp của nơ-ron được kết nối với nhau.
Trong động vật có xương sống, hệ thần kinh có thể được chia thành hai phần, hệ thần kinh trung ương (não và tủy sống), và hệ thần kinh ngoại vi. Ở nhiều loài – bao gồm tất cả các động vật có xương sống – hệ thần kinh là hệ thống cơ quan phức tạp nhất trong cơ thể, với hầu hết các phức tạp nằm trong não. Chỉ riêng trong não người có chứa khoảng một trăm tỷ neuron và một trăm nghìn tỷ synapse; nó bao gồm hàng ngàn cấu trúc con có thể phân biệt được, kết nối với nhau trong các mạng synaptic mà sự phức tạp của nó chỉ bắt đầu được làm sáng tỏ. Phần lớn khoảng 20.000-25.000 gen thuộc hệ gen của con người được biểu hiện cụ thể trong não. Do sự dẻo dai của bộ não con người, cấu trúc của các khớp thần kinh và các chức năng kết quả của chúng thay đổi trong suốt cuộc đời. Do đó thách thức của việc tạo ra ý nghĩa của tất cả sự phức tạp này là ghê gớm.
Khoa học thần kinh phân tử và tế bào thần kinh
Các bài báo chính: Khoa học thần kinh phân tử và thần kinh học tế bào
Hình ảnh của một nơ-ron nhuộm trong phôi gà
Nghiên cứu về hệ thần kinh có thể được thực hiện ở nhiều mức, từ mức độ phân tử và tế bào đến các hệ thống và mức nhận thức. Ở cấp độ phân tử, các câu hỏi cơ bản được giải quyết trong khoa học thần kinh phân tử bao gồm các cơ chế mà các nơron thể hiện và phản ứng với tín hiệu phân tử và các sợi trục hình thành các mô hình kết nối phức tạp như thế nào. Ở cấp độ này, các công cụ từ sinh học phân tử và di truyền học được sử dụng để hiểu các nơ-ron phát triển như thế nào và sự thay đổi gen ảnh hưởng đến chức năng sinh học như thế nào. Hình thái học, đặc tính phân tử và đặc điểm sinh lý của nơ-ron và cách chúng liên quan đến các kiểu hành vi khác nhau cũng rất đáng quan tâm.
Các câu hỏi cơ bản được đề cập đến trong khoa học thần kinh tế bào bao gồm các cơ chế làm thế nào để các tín hiệu thần kinh xử lý các tín hiệu về sinh lý và điện hóa học. Những câu hỏi này bao gồm cách các tín hiệu được xử lý bởi các neurit – những phần mở rộng mỏng từ một tế bào thần kinh bao gồm dendrite và các sợi trục (chuyên dùng để thực hiện các xung thần kinh gọi là tiềm năng hành động) và somas (các tế bào của tế bào thần kinh) các nơ-ron chứa hạt nhân), và cách các chất dẫn truyền thần kinh và tín hiệu điện được sử dụng để xử lý thông tin trong một nơ-ron. Một lĩnh vực chính của thần kinh học thần kinh là điều tra sự phát triển của hệ thần kinh. Những câu hỏi này bao gồm mô hình hóa và khu vực hoá hệ thống thần kinh, tế bào gốc thần kinh, sự khác biệt của nơ-ron và glia, di chuyển thần kinh, sự phát triển axonal và dendritic, tương tác dinh dưỡng, và sự hình thành khớp thần kinh.
Mô hình hóa thần kinh học tính toán liên quan đến việc nghiên cứu và phát triển các mô hình nơ-ron động để mô hình các chức năng não liên quan đến gien và tương tác động giữa các gien.
Các mạch và hệ thống thần kinh
Ở cấp độ hệ thống, các câu hỏi trong hệ thống thần kinh học bao gồm các mạch thần kinh được hình thành và sử dụng như thế nào để tạo ra các chức năng như phản xạ, hội chứng đa cảm, phối hợp động cơ, nhịp sinh học, phản ứng cảm xúc, học tập và trí nhớ. Nói cách khác, họ giải quyết các mạch thần kinh hoạt động như thế nào và các cơ chế thông qua đó các hành vi được tạo ra. Ví dụ, phân tích mức độ hệ thống giải quyết các câu hỏi liên quan đến phương thức cảm quan và động cơ cụ thể: tầm nhìn hoạt động như thế nào? Làm thế nào để songbirds học bài hát mới và con dơi địa hoá với siêu âm? Hệ thống somatosensory xử lý thông tin xúc giác như thế nào? Các lĩnh vực liên quan đến thần kinh học và thần kinh học thần kinh giải quyết vấn đề làm thế nào mà các cơ quan thần kinh hỗ trợ hành vi động vật và con người cụ thể. Neuroendocrinology và psychoneuroimmunology kiểm tra tương tác giữa hệ thần kinh và hệ thống nội tiết và miễn dịch, tương ứng. Mặc dù có nhiều tiến bộ, cách mà mạng lưới các nơ-ron thực hiện các quy trình nhận thức phức tạp và hành vi vẫn còn chưa được hiểu rõ.