腦科學(xué)從分子水平、細(xì)胞水平、行為水平研究自然智能機(jī)理，建立腦模型，揭示人腦的本質(zhì)。19世紀(jì)末葉，Cajal染色法的發(fā)明在技術(shù)上為Cajal的神經(jīng)元學(xué)說研究準(zhǔn)備了前提條件。20世紀(jì)40年代末期微電極的發(fā)明，開創(chuàng)了神經(jīng)生理研究的新時(shí)代，對神經(jīng)活動的認(rèn)識因此出現(xiàn)了重大的飛躍。20世紀(jì)60年代后期神經(jīng)科學(xué)概念的出現(xiàn)是人類認(rèn)識腦的歷程中的又一個(gè)里程碑。細(xì)胞與分子水平的研究異軍突起，形成迄今方興未艾的巨大洪流。成果對單個(gè)離子通道的研究只有當(dāng)模片鉗位技術(shù)在70年代末發(fā)展起來后才有可能，并且終于改變了對神經(jīng)活動基本過程的認(rèn)識。分子遺傳達(dá)室學(xué)方法的發(fā)展才使近年來對許多遺傳達(dá)室性神經(jīng)、精神性疾患的缺損基因定位得以成功。無創(chuàng)傷大腦成像技術(shù)的建立為人們認(rèn)識活體腦的活動及分析其機(jī)制提供了前所未有的有效工具。20世紀(jì)90年代開始，人們開始重視腦科學(xué)研究中整合性觀點(diǎn)的重要性。
在神經(jīng)系統(tǒng)的活動中存在著一些具有普遍意義的基本過程，包括神經(jīng)信號的發(fā)生、轉(zhuǎn)導(dǎo)、傳導(dǎo)、突觸傳遞等。在離子通道方面，將會發(fā)現(xiàn)更多的新通道。對于神經(jīng)遞質(zhì)存貯、保持、釋放、調(diào)節(jié)過程目前已經(jīng)有了一幅概圖，其中的一些精細(xì)過程將得以清楚地闡明。對C-蛋白耦合的第二信使級聯(lián)反應(yīng)所介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)方式及其在腦功能中的作用的研究，會有重要的拓展。人們將不斷揭示新的神經(jīng)調(diào)制方式，對神經(jīng)系統(tǒng)控制其自身特性方式的多樣性形成更完整的認(rèn)識。
對于腦的高級功能，諸如感知、運(yùn)動控制、學(xué)習(xí)記憶、情緒、語言、意識等的認(rèn)識，可能會取得突破性的進(jìn)展，幾十年來，對于以細(xì)胞、分子事件為基礎(chǔ)的局部神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)如何組裝起來構(gòu)成龐大的復(fù)雜的腦來實(shí)現(xiàn)高級功能，既缺少有成效的研究手段，在理論上也只有很模糊的想法。感覺信息如何整合起來用以認(rèn)知外部世界？意識如何被控制？意識的整體性怎樣被保持？突觸可塑性與學(xué)習(xí)和記憶形成、記憶檢索是怎樣的關(guān)系？語言的中樞表象是什么？對于這些問題，我們的了解還剛剛開始。