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大脑是产生情绪的物质基础，情绪是脑功能正常与否的外在体现。人类具有调节情绪的能力，这是区分人类和其他物种的重要特征之一，这种能力使人类的行为得更加灵活，但也意味着更大的风险。当提供这一能力的神经机制出现功能性障碍时，将会导致情绪调节的异常，并最终出现精神病理性症状。
当脑功能正常时，情绪反应与认知一致。也就是说，获得满意时愉快，不满意时痛苦；而脑功能出现故障时，情绪就会紊乱，就像我们经常笑话不按常规的人是“脑子进水了”，其实说的就是我们的大脑神经功能失常，比如意识不清或患上精神病时，情绪会失常。他们可能会做一些出人意料的情绪表达，如在葬礼上笑出声来，在婚礼上高声哭泣。
人的大脑存在着特定的“情绪控制中心”。当患者罹患癫痫、肿瘤、脑部疾患，需要做脑部手术进行治疗时，医生在征得患者及家属同意的情况下，结合手术治疗曾经尝试性地做过一些试验进行脑部观察。
医生发现，在刺激患者大脑的某些区域时，患者诉说感到轻松、愉快，有的患者在脑部区域受到刺激时，还会情不自禁地微笑或笑出声来。但是，刺激另一些脑部区域时，患者会感到不安、悲伤，有些部位则会引起愤怒或恐惧情绪，有的会引起痛哭不已。这些例证表明，人脑结构中某些区域受到刺激，能使人产生愉快或痛苦、恐惧、愤怒、悲伤等情绪，这也表明，情绪不是无本之源，而是和我们大脑的神经基础密切相关。
有时候我们同时体验到积极的和消极的情绪，如小孩偷吃巧克力时可能会感到既高兴又害怕，这是为什么呢？因为大脑活动的记录表明，如果一个人是右利手，积极情绪的加工主要在大脑左半球，而消极情绪的加工主要在大脑右半球进行，所以两种情绪是基于大脑不同区域的活动，我们才会同时感到愉快和悲伤。