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==研究==
{{main|神经科学}}

[[File:Henry Markram - Visualizing Synaptic Maps onto Neocrortical Neurons.jpg|thumb|{{le|人脑工程|Human Brain Project}}是一项大型研究工程，启动于2013年，试图完整模拟人类大脑。]]

神经科学的领域包含所有试图理解脑和其余神经系统的工作。<ref name="Kandel 2000"/><!--Ch. 1-->[[心理学]]试图理解心灵和行为，[[神经内科]]学是诊断和治疗神经系统疾病的[[医学]]分支。脑也是[[精神病学]]研究的最主要器官，它是研究和防治[[精神病]]的医学分支。<ref name="Starrow 1969">{{Cite book | last1=Storrow| first1=Hugh A.| title=Outline of clinical psychiatry| url=https://archive.org/details/outlineofclinica0000stor| date=1969| publisher=Appleton-Century-Crofts, Educational Division | location=New York | isbn=978-0-390-85075-1| oclc=47198 }}</ref>[[认知科学]]试图综合神经科学、心理学和其他与脑相关的领域，例如[[计算机科学]]（[[人工智能]]与类似领域）和[[哲学]]。<ref>{{cite web |last=Thagard |first=P |url=http://plato.stanford.edu/archives/fall2008/entries/cognitive-science/ |title=Cognitive Science |publisher=The Stanford Encyclopedia of Philosophy |year=2008 |editor=Zalta, EN |accessdate=2011-10-14 |archive-date=2018-07-15 |archive-url=https://web.archive.org/web/20180715135221/https://plato.stanford.edu/archives/fall2008/entries/cognitive-science/ |dead-url=no }}</ref>

研究脑最古老的方法是[[神经解剖学]]。直到20世纪中叶，神经科学的大部分成果来自于更好的细胞染色技术和更好的显微镜。神经解剖学研究脑的大尺度结构和神经元及其组成部分的微观结构，特别是突触。和其他工具比起来，他们使用了非常多的染色技术，揭示了神经元的结构、化学性质和联结。近年来，[[免疫染色]]技术的出现，可以展示神经元中表达某组基因的特定部分。同样，使用[[医学影像]]技术的“功能神经解剖学”技术将人脑的许多结构和不同的认知行为联系起来。<ref>{{cite book| last = Bear| first = MF| last2 = Connors |first2=BW |last3= Paradiso |first3=MA| title = Neuroscience: Exploring the Brain| url = https://archive.org/details/neuroscienceexpl0000mark| publisher = Lippincott Williams & Wilkins| year = 2007| chapter=Ch. 2| isbn = 978-0-7817-6003-4}}</ref>

神经生理学家研究脑的化学、药理学和电性质，他们的主要工具是药物和记录仪。数千种从实验中开发的药物会对神经系统起作用，其中一些会以高度特化的方式进行。脑的活动可以通过电极来记录，电极可以贴在头皮上作[[脑电图]]研究，也可以植入动物的脑中作[[细胞外电极]]记录，它可以检测到单个神经元的动作电位。<ref>{{cite book| last = Dowling| first = JE| title = Neurons and Networks| url = https://archive.org/details/neuronsnetworksi0000dowl| publisher = Harvard University Press| year = 2001| isbn = 978-0-674-00462-7| pages =[https://archive.org/details/neuronsnetworksi0000dowl/page/n40 15]–24 }}</ref>因为脑不包含痛觉感受器，所以使用这些技术记录清醒的动物的脑活动而不引起疼痛是可能的。同样的技术有时会用于研究患有顽固性[[癫痫]]的病人的脑活动，如果病人有医学上的必要通过植入电极来定位和癫痫发作相关的脑区域。<ref>{{cite book| last=Wyllie| first = E| last2= Gupta |first2=A |last3=Lachhwani |first3=DK| title=The Treatment of Epilepsy: Principles and Practice| url=https://archive.org/details/isbn_9780781749954| year=2005| publisher = Lippincott Williams & Wilkins| isbn = 978-0-7817-4995-4 |chapter=Ch. 77}}</ref>{{le|功能性成像|Functional imaging}}技术，例如[[功能性磁共振成像|fMRI]]也会在脑的研究中使用；这类技术主要适用于人类，因为它要求清醒的被试长期处于静止状态，但是它们的巨大优点是其非侵入性。<ref>{{cite book |last=Laureys |first=S |last2=Boly |first2=M |last3=Tononi |first3=G |chapter=Functional neuroimaging |title=The Neurology of Consciousness: Cognitive Neuroscience and Neuropathology |editors=Laureys S, Tononi G |publisher=Academic Press |year=2009 |isbn=978-0-12-374168-4 |pages=31–42}}</ref>

[[File:Brain-computer interface (schematic).jpg|thumb|left|300px|一个实验设计图：使用猴子的脑活动来控制机械臂<ref>{{cite journal |title=Learning to Control a Brain–Machine Interface for Reaching and Grasping by Primates |journal=PLoS Biology |year=2003 |volume=1 |pages=193–208 |pmc=261882 |last=Carmena |first=JM |issue=2 |pmid=14624244 |doi=10.1371/journal.pbio.0000042 |last2=Lebedev |first2=Mikhail A. |last3=Crist |first3=Roy E. |last4=O'Doherty |first4=Joseph E. |last5=Santucci |first5=David M. |last6=Dimitrov |first6=Dragan F. |last7=Patil |first7=Parag G. |last8=Henriquez |first8=Craig S. |last9=Nicolelis |first9=Miguel A. L.|display-authors=1 }}</ref>]]
另一个研究脑功能的手段，是检查特定区域[[脑损伤]]的后果。虽然脑有颅骨和脑膜保护，由[[脑脊液]]包围，并且由血脑屏障将其与血液循环隔离，但是脑的结构脆弱，容易遭受各种疾病和损伤。人类各类[[中风]]和其他脑损伤的后果，成为了了解脑功能的关键来源。 由于自然的损伤不像实验中那样可控，所以解释这些信息通常是困难的。在对动物例如大鼠的研究中，可以使用电极或者药物注射来造成特定区域的脑损坏，以检查其对行为的影响。<ref>{{cite book| last = Kolb| first = B| last2 = Whishaw |first2=I| title = Fundamentals of Human Neuropsychology| year = 2008| publisher = Macmillan| isbn = 978-0-7167-9586-5 |chapter=Ch. 1}}</ref>

计算神经科学包含两类研究：一，使用计算机来研究脑；二，研究脑如何进行计算。一方面，可以通过描述一组神经元电化学特性的方程式序列，编写计算机程序来模拟其行为；这样的模拟被称作[[生物神经网络]]。另一方面，也可以通过模拟或者数学分析来将神经元复杂的生物学性质抽象为简单的“单元”，来研究神经计算的算法。计算机科学家和神经科学家都有在研究脑的计算功能。<ref name="Abbott">{{cite book| last = Abbott| first = LF| title = Theoretical Neuroscience: Computational and Mathematical Modeling of Neural Systems| publisher = MIT Press| year = 2001| isbn = 978-0-262-54185-5| last2 = Dayan |first2=P |chapter=Preface}}</ref>

近年来，基因和基因组技术在脑研究上的应用正在增加， <ref name=Tonegawa/>集中在神经营养因子的角色及其在[[神经可塑性]]中的物理作用。<ref name="AirpollutionPhysicalactivity"/>其最常用的实验对象是小鼠，因为它适用的技术工具很多。如今，人们可以相对简单地“敲掉”或者改变许多种类的基因，然后检验其对脑功能的影响。人们也开始使用更先进的技术，例如{{le|Cre-Lox重组系统|Cre-Lox recombination}}，可以控制脑中特定部分的基因在特定时间激活或者不激活。<ref name=Tonegawa/>