科學家通過運用各種方式在不同的條件下對神經元作了研究，要麼刺激，要麼跟蹤，並通過神經元與大腦其他區域的聯係來弄清它們是如何令大腦這部超級引擎運轉的。
神經元是怎樣工作的
我們總說大腦是人體最為精密的器官，而且神秘。不過，盡管它與我們的牙齒、盲腸還有頭發是如此的不同，它依然是由細胞構成的，並且分為兩種：神經元與膠質細胞，它們忠實的支持著大腦的工作。
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腦細胞的三個狀態
工作狀態：成熟度最高，已經充分發展了的腦細胞。每個細胞有多達二萬餘條線路與其它的細胞有業務聯係，是處於工作狀態的精英，人類現有的略有難度的工作均由它們來完成。
半抑製狀態：尚未充分發展的腦細胞，其成熟度相對較低，每個細胞一般隻有幾十條線路與其它腦細胞聯絡，承擔著一些力所能及的簡單性的工作。
完全抑製狀態或沉睡狀態：處於最原始狀態的腦細胞，它們既不馬上死亡，也不參與工作，多半在休閑中度過。
作為主力的“神經元”也叫神經細胞，是構成神經係統結構的基本單位。狹長的身形直徑大約有4～120微米，從像小斑點一樣的胞體處發出細枝樣的樹突（一個或多個，起始部分較粗，經反複分支而變細，形如樹枝狀）和軸突（僅有一個，通常較樹突細，粗細均一，表麵光滑，分支較少）。這些小小的神經元就是構建我們性格、智力、還有各種感覺的原件。在大腦完成各式各樣的任務時，神經元扮演著絕對重要的角色，它們分工不同，各司其職，對不同特定事件做出反應。在神經元的細胞膜內側聚集著濃度遠大於外側的負電荷。因為這種數量的懸殊存在，神經元可以令內外的正負電荷不斷流動，從而形成電流，並通過打開的通道將電子信號送出細胞膜。被傳出細胞膜的信號會借助大腦中的一種化學物質——乙酰膽堿——它們形態各異，當找到能夠和自己相咬合的神經元樹突時便與之合並。於是，信息就這樣傳達到第二個神經元的軸突上，並以相同的方式向第三、第四個神經元發送。此過程保守估計為100萬次/秒，也就是6000萬次/分鍾，360000萬次/小時，8640000萬次/天。計算這個結果不知動用了我們多少個神經元，感謝它們。
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神經元的分類
我們腦中的神經元可謂數以萬萬計。常言“物以類聚”，根據大自然賦予的進化之力，神經元以不同的姿態找到了自己的位置。不過對於神經元的分類方法很多，常以神經元突起的數目、功能以及所釋放的遞質進行分類。
1.根據神經元突起的數目
（1）假單極神經元：從胞體發出一個突起，在離胞體不遠處呈T型分為兩支，因此，稱假單極神經元。其中一支突起細長，功能相當於樹突，能感受刺激並將衝動傳向胞體；另一分支叫做中樞突，可以像軸突一樣將衝動傳給另一個神經元。
（2）雙極神經元：從胞體兩端各發出一個樹突和軸突。
（3）多極神經元：有一個軸突和多個樹突，是人體中數量最多的一種神經元。多極神經元又可依軸突的長短和分支情況分為高爾基Ⅰ型神經元——其胞體大，軸突長，在行徑途中發出側支和高爾基Ⅱ型神經元——其胞體小，軸突短，在胞體附近發出例支。
2.根據神經元的功能
（1）感覺神經元：也稱傳入神經元，功能是傳導感覺衝動，多為假單極神經元。
（2）運動神經元：也稱傳出神經元，功能是傳導運動衝動，多為多極神經元。
（3）中間神經元：也稱聯合神經元，是在神經元之間起聯絡作用的神經元，為多極神經元，作為人類神經係統中最多的神經元構成中樞神經係統內的複雜網絡。
3.根據神經元所釋放的神經遞質
（1）膽堿能神經元：釋放乙酸膽堿。
（2）去甲腎上腺素能神經元：釋放去甲腎上腺素。
（3）多巴胺能神經元：釋放多巴胺。
（3）氨基酸能神經元：釋放穀氨酸、γ～氨基丁酸等。
（4）5～羥色胺能神經元：釋放5～羥色胺。
（5）γ～氨基丁酸能神經元：釋放γ～氨基丁酸。
我們每年會失去最多7‰的神經元，造成大腦的體積和重量不斷減小。但學習可以提高生於神經元間突觸連接的緊密度，從而彌補這一損失。此外，負責消化死去的神經元工作的就是膠質細胞。當神經元因衰老、生病或外傷在大腦中結束自己的使命時，附著在它們表麵的膠質細胞就會馬上將其消化，同時為其他的腦細胞做好護理工作。
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殺死腦細胞的六宗罪
美國科學家卡爾博士經過長達30年的試驗後發現，加速腦細胞死亡的因素有很多：
1.發生血管性疾病，血栓形成，動脈硬化，疾病時，腦細胞死亡率增加到15.6%。
2.受到強烈精神刺激時增加到13.2%。
3.藥物。老年人每天服用若幹種藥物，止痛片、抗抑鬱藥、安眠藥增加到12.5%。
4.毒素。過量飲酒、吸煙增加到10.8%。
5.早上不吃早餐，代謝和內分泌疾病，低血糖，高血脂增加到9.7%。
6.長期不動腦增加到8.6%。
以上原因都會讓腦細胞死亡速度比正常速度快2—3倍，腦細胞一旦死亡，任何藥物都無法使其複活，當腦細胞數量減少1000萬時，人類就會死亡。我們要減緩細胞衰老的速度，使正健康細胞不再衰老，另一方麵把已經幹癟、枯萎的腦細胞補充充足的營養，刺激修複，讓它能夠再次興奮起來。
當大腦發出命令後，是如何通過神經元控製肌肉采取行動的呢？中科院昆明動物所研究員胡新天的論文《運動命令在單個運動前神經元上的可靠性研究》中表明，每個運動命令在單個神經元上得到了高度精確的表達。胡新天發現在單個運動前神經元上，相似的運動命令所對應的神經電活動是高度相似的。“通俗地講，大腦中運動通路上的神經元就像整齊劃一的部隊，每個神經元都接受到一致的大腦信息並以非常精確的方式傳達這些命令，從而提高了運動控製的有效性和可靠性。”
如果這種說法可以解釋神經元與肌肉運動間的關係，那麼我們將會真的實現科幻作品中的“高能義肢”了，即用大腦直接操控義肢，讓它就像長在自己身上的“原配”一樣。
其實，在2004年6月，已經有一枚極為複雜的裝置放入了一個24歲的四肢癱瘓者的大腦運動皮層中。這個隻有藥片兒大小的裝置被稱作“腦門”（BrainGate），由96根電極組成，它在9個月57組實驗中，共探測到大概1000多個神經單元的活動，而這些神經細胞的活動發送出來，通過電腦的處理和硬件設備的綜合，從而實現了“人腦遙控器”。於是，這位四肢癱瘓的病人已經能夠通過“腦門”來控製電腦甚至收發電子郵件了。後來，經過更為複雜的實驗與實踐，在美國匹茲堡大學的實驗室裏麵，猴子已經可以自如地用大腦操作機械手臂把食物放入口中了。
如今，美國科學家在腦機接口（brain～computer interface，BCI）研究中再度取得重大突破。動物實驗證明，大腦不僅可以憑借思維控製電腦光標和機械臂等外部設備，甚至可以像刻錄機一樣記錄特定的細胞放電模式，完成各種新任務。這一研究成果將給腦機交互實驗的設計理念帶來根本性的改變。
加利福尼亞大學伯克利分校的計算機與認知科學助理教授喬斯·M·卡曼納（Jose M。Carmena）指出，“大腦具備類似於刻錄機的功能，它可以形成運動記憶。”在他所主持的實驗中，猴子們學會了以神經元放電模式來移動電腦光標，而這一原理與大腦操縱人體四肢的方式如出一轍（大腦皮層神經元產生基本的運動指令，然後遞到脊髓中的運動神經元。脊髓中的運動神經元再將信號傳遞到肌肉，引起肌肉的收縮）。
在本次實驗中，負責控製動物肢體運動的細胞的活動模式都會被植入大腦內部的電極一一記錄下來。之後猴子的肢體被固定起來，而研究人員隻需觀察細胞的運動模式便可預測它的活動傾向或意圖，負責接收和解讀其運動信號的是一個運算程序可以將大腦信號轉化為機器可執行的命令。在接下來的十九天內，兩隻猴子都在不斷地練習用思維操縱光標。一開始，它們並不能總是擊中目標。不過隨著時間的推移，細胞的放電模式逐漸變得穩定，而猴子們也擁有了一個穩定的“心理模型”（人們做出推論和預測的深層知識基礎，是相互關聯的言語或表象的命題集合）。卡曼納博士指出，這和我們學習騎車或者打球的過程是一樣的。一開始，你無法協調四肢的動作，然而經過一段時間後，大腦會像“刻錄機”一樣記錄下這一特定的運動模式。
接下來，卡曼納博士將會對猴子的記憶進行測試。他將目標的顏色改成了黃色。在數天內，猴子們便用同一組細胞完成了這一新的任務。不僅如此，它們還同時擁有兩套互不幹擾的心理模型，因而可以實現在不同的任務之間切換自如。這就好比將學習乒乓球的地點從操場地換到了體育館，或者說像是在手動排檔的汽車和自動排擋的汽車之間來回轉換。
專家埃伯哈德·E·費茨（Eberhard E。Fetz）認為，這一結果非常具有“戲劇性且令人吃驚”，它證明大腦比我們所想象的要更為聰明。卡曼納博士表示，如果能夠解決“腦機接口”的安全性問題，那麼未來癱瘓病人對假肢的操縱也將與正常人的肢體動作無異。
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什麼是腦機接口
腦機接口（brain～computer interface，BCI），這種以前還隻存在於科幻小說之中的技術是指在人或動物腦與外部設備間建立直接的連接通路。值得一提的是，該定義中“腦”一詞意指有機生命形式的腦或神經係統，而並非僅僅是“大腦”；“機”意指任何處理或計算的設備，其形式可以從簡單電路到矽芯片。
對腦機接口的研究已持續了超過30年了。20世紀90年代中期以來，從實驗中獲得的此類知識顯著增長。在多年來動物實驗的實踐基礎上，應用於人體的早期植入設備被設計及製造出來，用於恢複損傷的聽覺、視覺和肢體運動能力。研究的主線是大腦不同尋常的皮層可塑性，它與腦機接口相適應，可以像自然肢體那樣控製植入的假肢。在當前所取得的技術與知識的進展之下，腦機接口研究的先驅者們可令人信服地嚐試製造出增強人體功能的腦機接口，而不僅僅止於恢複人體的功能。