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大脑是一切智慧行为的物质基础，人的一生中大脑能储存一千亿个信息单位。根据科学家的研究，大脑的基本建筑材料是一种称之为神经元样的细胞，过去普遍认为人脑约有这种细胞一百二十亿到一百四十亿左右，现在人们又推测这种细胞约有一千亿个左右。
神经元是一种根须状的蔓延物，中心有一团点，周围分出许多纤维，这团点是细胞体，将输入的信息分门别类。
由细胞分出的纤维有两种，一种称为树突，将来自其他神经元的信息输入，另一种称为轴突，是输出神经信息的途径。轴突又有许多分支，与一千亿个神经元相联系。一个细胞的轴突和一个细胞的树突相结合，这结合的点称为突触，人大脑皮层至少含有突触 100 万亿个，相当于全世界现有人口的三万倍。当大脑与体内外环境相接触时，突触就放出各种各样的化学物质，称为神经传感剂，担任各种传递信息的任务，神经传感剂在突触释放的数量，取决于刺激信号到突触的强度。这种神经传感剂化合物可以将信息强弱自如，或者将信息增强几千倍，或者还可以改变。大脑生来就会接受新的信息，例如，在视野中着重注意运动着的东西，而不是不变的东西。在人与外界环境的接触中，大脑像新闻报纸，它采访新闻，而且有时还可以弯曲，它要抑制那种认为不相干的信息，它的工作速度比电子计算机慢，但能平行地处理几百万个信息单位，而电子计算机是一步一步地处理信息的。
大脑还有另一种化学物质称为神经肽。神经肽有多种，如有一种与吗啡化学物质相似的神经肽，能使人引起痛感；还有一种叫加压素的神经肽，能大大增强记忆力。因此，记忆是由化学变化来控制的一种大脑功能。现在有的人还不懂得记忆是怎么回事，也不懂得是怎样回忆的。记忆有两种，一种是简单的记忆，例如记起刚查的电话号码，这种记忆可以很快的复现出来；另一种是贮存长期的记忆，回忆起来慢，如刺激这一部分时，能引起一个母亲呼唤她的婴儿时情景的记忆，其机理都是通过化学途径加以影响的。
大脑有掌握各种不同功能的特殊区域，这种区域有一百多个，如专管动作的“运动区”，专管说话的“语言区”，专管写画的“书写区”，专管闻香臭的“嗅觉区”，专管听声音的“听觉区”，专管看东西的“视觉区”，专管品味的“味觉区”等等。这些区域通常分布在脑的固定部位，例如，大脑怎样确定所见到的物体是垂直的、水平的，还是成某种角度，这种分析主要是在条纹皮质里，即在视觉皮质最基本的部分进行的。条纹皮质分成许多小块，每一块大约一毫米见方，二毫米深，每一小块就是这样对一小块视野内的物体进行角度分析，科学家已经阐明了视觉信息的传送途径，它是通过眼睛的视网膜再由七根神经将信息传送到后脑壁的视觉皮质上，而在那里加以处理的。在大脑所有的功能中，“看见”这种性能也许是最大的本领了，婴儿一出生，如果是正常的话，如将红、绿气球放在他的面前晃动，就能引起婴儿的注意，不过这种注意时间是极短的。
大脑的基本要素是三种神经元：感觉神经元、（从外部接受信息），运动神经元、（引起体内的物理反应），和处理神经元、（执行上述两者之间的媒介任务）。由于存在着这三种细胞，这样就保证了在行为上对环境的刺激反应，并且使这种刺激反应无任何程度的选择性。这些神经细胞能将相互矛盾的输入信息联系起来，并且神经细胞本身对运动神经元发出指令，如遇到“应急”情况，我们体内发出的指令细胞使我们逃避危险。现在的研究指出，脑内传递信息的能力是采用化学途径。
在一个人 1.4 升大脑神经元中，大约 70%在皮质里，人的大脑皮质分为二个不同的半球，各自高度专业化。人体右侧的联系归左半球，人体左侧的联络归右半球。左半球专管逻辑思维，掌握语言能力的部位就在这里，右半球善于解决有关空间的问题和其他非词汇方面的问题，例如写、画。左半球是连续处理信息，正像电子计算机一样，左半球能够在很远的资料之间建立想象的联系。人的创造能力就在这里，而右半球是平行地同时处理大量的信息。积极的情绪例如由笑表达的情绪，产生于大脑右半球；而消极的情绪像哭泣等，是通过右半球而表达。