stanford-oval/wikipedia huggingface dataset:
สมองมนุษย์
พัฒนาการ

ข้อมูลเพิ่มเติม: พัฒนาการของสมองมนุษย์
ในพัฒนาการต้นสัปดาห์ที่ 3 เอ็กโทเดิร์มของตัวอ่อนมนุษย์จะกลายเป็นแผ่นยาวหนาที่เรียกว่าแผ่นประสาท (neural plate)
ในสัปดาห์ที่ 4 แผ่นประสาทจะขยายกว้างขึ้นให้มีปลายทางหัว (cephalic end) ที่กว้างสุด ตรงกลางที่กว้างน้อยลง และปลายทางหาง (caudal end) ที่แคบ
ปุ่มเหล่านี้เรียกว่า primary brain vesicles เป็นจุดเริ่มต้นของสมองส่วนหน้า สมองส่วนกลาง และสมองส่วนหลัง (hindbrain)
เซลล์สันประสาท (neural crest) ซึ่งแผลงมาจากเอ็กโทเดิร์ม จะอยู่ตามขอบข้าง (lateral) ของแผ่นประสาท
ในสัปดาห์ที่ 4 ช่วงระยะการพับตัว (neurulation) ส่วนทบประสาท (neural fold) ซึ่งมีเซลล์สันประสาท จะทบปิดกลายเป็นท่อประสาท (neural tube) ซึ่งทำให้เซลล์สันประสาทมาบรรจบกันที่ยอด
เซลล์สันประสาทจะวิ่งยาวตลอดท่อประสาทเป็นเซลล์ cranial neural crest cell ที่ปลายทางหัว และเป็นเซลล์ caudal neural crest cell ที่ปลายทางหาง
ต่อมาเซลล์จะแยกออกจากสันแล้วย้ายที่ในกระบวนการ cell migration ในรูปแบบจากหัวไปถึงหาง (craniocaudal) ภายในท่อประสาท
เซลล์ที่ปลายหัวจะกลายเป็นสมอง และเซลล์ที่ปลายหางจะกลายเป็นไขสันหลัง
ท่อประสาทจะงอเมื่อเจริญขึ้น กลายเป็นซีกสมองรูปพระจันทร์เสี้ยวทางหัว
ซีกสมองจะปรากฏในวันที่ 32
ในต้นสัปดาห์ที่สี่ ปลายศีรษะจะงอไปข้างหน้ามาก เป็นเหตุการณ์ที่เรียกว่า cephalic flexure
ส่วนที่งอไปด้านหน้าจะกลายเป็นสมองส่วนหน้า (prosencephalon)
ส่วนโค้งจะกลายเป็นสมองส่วนกลาง (mesencephalon) และส่วนต่อจากส่วนโค้งจะกลายเป็นสมองส่วนหลัง (rhombencephalon)
เป็นปุ่มสามปุ่มที่เรียกว่า three primitive vesicles
ในสัปดาห์ที่ 5 นี่จะกลายเป็นปุ่ม 5 ปุ่ม (five brain vesicles)
คือสมองส่วนหน้าจะแตกออกเป็นสองปุ่ม คือ telencephalon ข้างหน้าและ diencephalon ข้างหลัง
โดย telencephalon จะกลายเป็นเปลือกสมอง, basal ganglia และโครงสร้างที่สัมพันธ์กันอื่น ๆ 
ส่วน diencephalon จะกลายเป็นทาลามัสและไฮโปทาลามัส
สมองส่วนหลังก็แยกออกเป็นสองส่วนเช่นกัน คือ metencephalon และ myelencephalon
โดย metencephalon จะกลายเป็นสมองน้อยและพอนส์
ส่วน myelencephalon จะกลายเป็นก้านสมองส่วนท้าย
ในช่วงสัปดาห์ที่ 5 เช่นกัน สมองจะแบ่งออกเป็นปล้องซ้ำ ๆ (ในกระบวนการ segmentation) ที่เรียกว่า neuromere
ในสมองส่วนหลัง นี่เรียกว่า rhombomere
ลักษณะเฉพาะของสมองอย่างหนึ่งก็คือการพับเปลือกที่เรียกว่า gyrification (การพับเปลือกกลายเป็นรอยนูน)
ในพัฒนาการช่วงต้น ๆ เปลือกจะเรียบ
แต่เมื่อถึงสัปดาห์ที่ 24 สัณฐานย่น ๆ เป็นร่องต่าง ๆ ซึ่งแยกกลีบสมองก็ชัดแล้ว
กระบวนการ gyrification ทำให้สามารถมีผิวเปลือกสมองที่ใหญ่กว่า และดังนั้น จึงสามารถทำหน้าที่ทางประชานมากกว่าในสมองปริมาตรเดียวกัน
ประโยชน์อื่น ๆ อาจรวมการสื่อสารที่เร็วระหว่างเซลล์ประสาท,
การแปลผลทางประชานได้เร็ว,
การมีความจำใช้งานทางภาษา (verbal working memory) ที่ดีกว่า
และการคลอดลูกที่ง่ายกว่า
กลไกการพับยังไม่ชัดเจน แต่ก็มีทฤษฎีต่าง ๆ
รวมทั้งการโก่งเพราะแรงกล (mechanical buckling)
แรงตึงของแอกซอน (axonal tension)
และการเจริญเติบโตที่ไม่เท่ากันของบริเวณต่าง ๆ (differential tangential expansion)
ร่องแรกที่ปรากฏในเดือนที่ 4 ก็คือร่อง lateral cerebral fossa
แต่เพราะปลายทางหางของซีกสมองที่กำลังขยายตัวต้องโค้งเข้าไปทางข้างหน้าเพราะมีที่จำกัด
จึงปิดร่องนี้กลายเป็นช่องที่ลึกกว่าซึ่งเรียกว่า lateral sulcus ซึ่งเป็นร่องแบ่งสมองกลีบขมับ
ในเดือนที่ 6 ร่องอื่น ๆ ก็ได้เกิดแยกสมองกลีบหน้า กลีบข้าง และกลีบท้ายท้อยแล้ว
ยีนในจีโนมมนุษย์ คือ ArhGAP11B อาจมีบทบาทสำคัญในกระบวนการ gyrification และ encephalization
หน้าที่ > ประสาทสั่งการ

ระบบประสาทสั่งการมีหน้าที่เริ่มและควบคุมการเคลื่อนไหว
กระแสประสาทสั่งการจะส่งไปจากสมองผ่านประสาทไปยังเซลล์ประสาทสั่งการในร่างกาย ซึ่งควบคุมการทำงานของกล้ามเนื้อ
คือ ลำเส้นใยประสาท corticospinal tract จะส่งกระแสประสาทสั่งการไปจากสมอง ผ่านไขสันหลัง ไปยังลำตัวและแขนขา
และประสาทสมองจะส่งกระแสประสาทเช่นเดียวกันไปยังตา ปาก และใบหน้า
การเคลื่อนไหวหยาบ ๆ เช่น การเคลื่อนที่ (locomotion) และการขยับแขนขา เริ่มจากคอร์เทกซ์สั่งการ (motor cortex) ซึ่งแบ่งเป็น 3 ส่วนคือ คอร์เทกซ์สั่งการปฐมภูมิ (primary motor cortex) ซึ่งอยู่ใน prefrontal gyrus โดยมีส่วนต่าง ๆ ที่อุทิศให้กับการเคลื่อนไหวส่วนในร่างกายโดยเฉพาะ ๆ 
สมองอีกสองเขตด้านหน้า (anterior) ของคอร์เทกซ์สั่งการปฐมภูมิ สนับสนุนและควบคุมการเคลื่อนไหวเช่นเดียวกัน คือ premotor area และ supplementary motor area
แขนและขามีเขตประสาทขนาดใหญ่กว่าร่างกายส่วนอื่น ๆ ทำให้เคลื่อนไหวได้อย่างละเอียดกว่า
โดยได้ทำภาพเป็นมนุษย์เล็กในเปลือกสมองเพื่อเทียบสัดส่วนเขตประสาทสำหรับอวัยวะต่าง ๆ ให้ดู
กระแสประสาทที่เกิดจากคอร์เทกซ์สั่งการจะดำเนินไปตามลำเส้นใยประสาท corticospinal tract ผ่านด้านหน้าของเมดัลลาและข้ามไขว้ทแยงที่ medullary pyramid
แล้วดำเนินต่อไปลงไปตามไขสันหลัง โดยมากจะยุติเชื่อมกับอินเตอร์นิวรอน ซึ่งก็จะเชื่อมกับเซลล์ประสาทสั่งการล่างภายในเนื้อเทา เซลล์ประสาทสั่งการจะส่งกระแสประสาทเพื่อให้กล้ามเนื้อหดเกร็งโดยตรง
สมองน้อยและ basal ganglia มีบทบาทในการเคลื่อนไหวที่ละเอียด ซับซ้อน และต้องทำอย่างประสาน
การเชื่อมต่อกันระหว่างเปลือกสมองกับ basal ganglia จำเป็นในการควบคุมความตึงกล้ามเนื้อ ท่าทาง การเริ่มการเคลื่อนไหว เป็นส่วนที่เรียกว่า extrapyramidal system (ระบบประสาทสั่งการนอกพีระมิด)
หน้าที่ > ภาษา

ข้อมูลเพิ่มเติม: สมมุติฐานทางสัญญาณสองทาง § Two auditory systems
แม้หน้าที่ทางภาษาดั้งเดิมเชื่อว่าจำกัดอยู่กับบริเวณสมองคือ Wernicke's area และ Broca's area
แต่ปัจจุบันโดยมากเชื่อว่า มีเครือข่ายที่กว้างขวางกว่านั้นในเปลือกสมองซึ่งมีหน้าที่เกี่ยวกับภาษา
การศึกษาว่า สมองทำงานเก็บรายละเอียดเกี่ยวกับภาษา แปลผล และเรียนรู้ภาษาแม่ได้อย่างไร เป็นสาขาที่เรียกว่า ภาษาศาสตร์ประสาทวิทยา (neurolinguistics) เป็นสาขาใหญ่อาศัยความรู้จากสาขาอื่น ๆ รวมทั้งประสาทวิทยาศาสตร์ปริชาน (cognitive neuroscience), ภาษาศาสตร์ปริชาน (cognitive linguistics) และภาษาศาสตร์จิตวิทยา (psycholinguistics)
หน้าที่ > การจำกัดหน้าที่ของซีกสมอง (lateralization)

สมองใหญ่ปกติทำงานแบบคู่กันสองข้าง แต่ละซีกสมองมีปฏิสัมพันธ์โดยหลักกับร่างกายครึ่งหนึ่ง สมองซีกซ้ายมีกับร่างกายซีกขวา และนัยกลับกันก็เช่นกัน
เหตุที่ให้พัฒนาการเป็นแบบนี้ไม่ชัดเจน
ใยประสาทสั่งการจากสมองไปยังไขสันหลัง และใยประสาทรับความรู้สึกจากไขสันหลังมายังสมอง ล้วนแต่ไขว้ทแยงข้ามซีกในก้านสมอง
ส่วนข้อมูลทางตามีหลักเกณฑ์ที่ซับซ้อนกว่า คือประสาทตาจากตาทั้งสองส่งไปยังส่วนไขว้ประสาทตา (optic chiasm) ใยประสาทครึ่งหนึ่งจากซีกหนึ่งจะไขว้ทแยงข้ามซีกไปรวมกับใยประสาทครึ่งหนึ่งของอีกซีกหนึ่ง
ผลก็คือเส้นประสาทจากครึ่งซ้ายของตาทั้งสองตา (ซึ่งได้ภาพลานสายตาขวา) จะส่งไปที่สมองทางซ้าย ส่วนเส้นประสาทจากครึ่งขวาของจอตา (ซึ่งได้ภาพลานสายตาซ้าย) จะส่งไปที่สมองซีกขวา
เพราะจอตาแต่ละครึ่งได้รับแสงที่มาจากลานสายตาทางครึ่งตรงข้าม ผลก็คือข้อมูลการเห็นที่มาจากโลกกึ่งซ้ายจะส่งไปที่สมองกึ่งขวา โดยนัยตรงข้ามก็เช่นเดียวกัน
ดังนั้น สมองซีกขวาได้รับข้อมูลความรู้สึกจากร่างกายซีกซ้าย และก็ได้ข้อมูลสายตาจากลานสายตาซีกซ้ายด้วย
แม้สมองซีกซ้ายและขวาจะดูสมมาตรกัน แต่ก็ทำหน้าที่ไม่สมมาตรกัน
หน้าที่บางอย่างอาจคล้ายกัน เช่น เขตประสาทสั่งการของสมองซีกซ้ายควบคุมมือขวา ในขณะที่เขตทางสมองซีกขวาก็ควบคุมมือซ้าย
แต่หน้าที่สำคัญบางอย่างก็ต่างกัน รวมทั้งภาษาและการแปลผลทางปริภูมิ (spatial cognition)
คือ สมองกลีบหน้าซ้ายเป็นหลักในการใช้ภาษา
ถ้าเขตสำคัญทางภาษาในสมองซีกซ้ายเสียหาย อาจทำให้คนไข้ไม่สามารถพูดหรือเข้าใจภาษา
เทียบกับความเสียหายคล้าย ๆ กันในสมองซีกขวา ซึ่งก่อปัญหาทางทักษะภาษาเพียงเล็กน้อยเท่านั้น
ความรู้ปัจจุบันส่วนสำคัญในเรื่องปฏิสัมพันธ์ระหว่างซีกสมองทั้งสองข้างมาจากคนไข้ที่สมองทั้งสอง "แยกจากกัน" (split-brain) เช่น คนไข้โรคลมชักที่ผ่าคอร์ปัสคาโลซัมออกเพื่อพยายามลดความรุนแรงของการชัก
คนไข้เช่นนี้ไม่มีพฤติกรรมผิดปกติที่ปรากฏชัด แต่บางคนก็อาจจะทำอะไรเหมือนมีคนสองคนในกายเดียวกัน เช่น มือขวาทำการอย่างหนึ่ง แต่มือซ้ายก็กลับไปแก้มันออก
เมื่อแสดงรูปที่อยู่ทางขวาของจุดตรึงตา ก็สามารถอธิบายมันด้วยคำพูด แต่เมื่อแสดงรูปทางด้านซ้าย กลับไม่สามารถอธิบายมัน แต่อาจระบุอะไรบางอย่างเกี่ยวกับรูปด้วยมือซ้าย
หน้าที่ > อารมณ์

บทความหลัก: อารมณ์
อารมณ์ทั่วไปนิยามว่าเป็นกระบวนการมีหลายองค์ประกอบ มีสองขั้นตอน คือ หาข้อมูล แล้วตามด้วยความรู้สึกในใจ การประเมิน การแสดงออก การตอบสนองของระบบประสาทอิสระ และการตอบสนองตามนิสัย
ความพยายามระบุอารมณ์พื้นฐานว่าเกิดเฉพาะในสมองบางส่วนเป็นเรื่องสร้างความขัดแย้ง โดยมีงานวิจัยบางส่วนที่ไม่พบหลักฐานว่ามีตำแหน่งในสมองที่สัมพันธ์กับอารมณ์โดยเฉพาะ ๆ แต่ก็พบวงจรประสาทที่มีบทบาทในกระบวนการทางอารมณ์โดยทั่ว ๆ ไป
อะมิกดะลา, orbitofrontal cortex, คอร์เทกซ์อินซูลาตรงกลาง (mid) และด้านหน้า (anterior) และ prefrontal cortex ด้านข้าง (lateral) ดูเหมือนจะมีบทบาทก่ออารมณ์
ส่วนอื่นต่าง ๆ รวมทั้ง ventral tegmental area, ventral pallidum และ nucleus accumbens มีส่วนในกระบวนการแรงจูงใจ (motivational salience)
แต่โดยมีหลักฐานที่อ่อนกว่า
แต่งานอื่น ๆ ก็พบหลักฐานว่ามีบริเวณสมองโดยเฉพาะสำหรับอารมณ์ต่าง ๆ  เช่น basal ganglia สำหรับความสุข, cingulate cortex ใต้คอร์ปัสคาโลซัมสำหรับความเศร้า และอะมิกดะลาสำหรับความกลัว
หน้าที่ > ประชาน

บทความหลัก: ประชาน
ข้อมูลเพิ่มเติม: Executive functions
สมองมีหน้าที่ทางประชาน
ซึ่งทำการผ่านกระบวนการทางประชานและ executive functions จำนวนมาก
executive functions รวมสมรรถภาพในการกรองข้อมูล ในการไม่สนใจสิ่งเร้าที่ไม่สำคัญด้วยการควบคุมการใส่ใจ (attentional control) และการยับยั้งทางประชาน (cognitive inhibition),
สมรรถภาพในการแปลผลและดำเนินการกับข้อมูลที่อยู่ในความจำใช้งาน (working memory), สมรรถภาพในการคิดถึงแนวคิดหลายอย่างพร้อม ๆ กัน และการเปลี่ยนการใส่ใจระหว่างงานต่าง ๆ โดยไม่ต้องตั้งใจ (task switching)
โดยเป็นส่วนของความยืดหยุ่นได้ทางประชาน (cognitive flexibility), สมรรถภาพในการห้ามอารมณ์ชั่ววูบ (impulse) และการตอบสนองตามนิสัย (prepotent response) ด้วยการยับยั้งการตอบสนอง (response inihibition)
และสมรรถภาพในการกำหนดข้อมูลที่สำคัญหรือการกระทำที่สมควร
หน้าที่ทาง executive functions ในระดับที่สูงกว่าต้องใช้กระบวนการทาง executive functions ในระดับที่ต่ำกว่าหลายกระบวนการ หน้าที่ที่สูงกว่ารวมทั้งการวางแผน การหาเหตุผล และการแก้ปัญหา
prefrontal cortex มีบทบาทสำคัญในการอำนวยกระบวนการทาง executive functions ต่าง ๆ
การวางแผนอาศัยการทำงานของส่วน dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC), anterior cingulate cortex, angular prefrontal cortex, prefrontal cortex ข้างขวา และรอยนูนซูปรามาร์จินัล
การดำเนินการกับข้อมูลในความจำใช้งานอาศัยการทำงานของ DLPFC, inferior frontal gyrus และบริเวณต่าง ๆ ในสมองกลีบข้าง
ส่วนการยับยั้งการตอบสนอง (response inhibition) อาศัยบริเวณต่าง ๆ ของ prefrontal cortex, caudate nucleus และ subthalamic nucleus โดยสองอย่างหลังเป็นส่วนของ basal ganglia
สรีรภาพ > การส่งผ่านประสาท (neurotransmission)

สมองทำงานได้อาศัยการเชื่อมต่อกันของเซลล์ประสาทเพื่อให้ส่งกระแสประสาทไปหากันและกันได้
เซลล์ประสาทประกอบด้วยตัวเซลล์ แอกซอน และเดนไดรต์
เดนไดรต์บ่อยครั้งเป็นส่วนยื่นที่มีสาขาต่าง ๆ มากมาย ที่ได้รับสัญญาณ (คือสารสื่อประสาทเป็นต้น) จากปลายแอกซอนของเซลล์ประสาทอื่น ๆ 
สัญญาณที่ได้รับอาจทำให้เซลล์ประสาทส่งกระแสประสาทคือศักยะงาน (เป็นสัญญาณไฟฟ้าเคมี) ซึ่งส่งไปตามแอกซอนจนถึงปลาย ซึ่งก็จะเชื่อมกับเดนไดรต์หรือตัวเซลล์ของเซลล์ประสาทอื่น ๆ 
ศักยะงานเริ่มจากเซกเมนต์ต้น (initial segment) ของแอกซอน ซึ่งมีคอมเพล็กซ์โปรตีนพิเศษ
เมื่อศักยะงานวิ่งไปถึงปลายแอกซอน ก็จะทำให้ปล่อยสารสื่อประสาทที่ไซแนปส์เป็นการส่งสัญญาณเพื่อสร้างผลที่เซลล์ประสาทเป้าหมาย
สารสื่อประสาทเคมีเหล่านี้รวมทั้งโดพามีน เซโรโทนิน กาบา กลูตาเมต และ acetylcholine
กาบาเป็นสารสื่อประสาทแบบยับยั้งหลักในสมอง ส่วนกลูตาเมตเป็นสารสื่อประสาทแบบเร้าหลัก
เซลล์ประสาทที่เชื่อมกัน ๆ ผ่านไซแนปส์รวมกันเป็นวิถีประสาท วงจรประสาท (neural circuit) และเครือข่ายประสาทขนาดใหญ่ (large scale brain networks) เช่น ดังที่พบใน salience network และ default mode network โดยการทำงานประสานกันเกิดจากกระบวนการส่งผ่านประสาท (neurotransmission)
สรีรภาพ > เมแทบอลิซึม

สมองใช้พลังงานอาจถึง 20% ของที่ร่างกายใช้ ซึ่งมากกว่าอวัยวะอื่น ๆ
ในมนุษย์ กลูโคสในเลือดเป็นแหล่งพลังงานหลักของเซลล์โดยมากและจำเป็นในการทำงานของเนื้อเยื่อต่าง ๆ รวมทั้งสมอง
ในบุคคลที่อดอาหารและอยู่เฉย ๆ สมองมนุษย์ใช้กลูโคสในเลือดราว ๆ 60%
เมแทบอลิซึมในสมองปกติอาศัยกลูโคสในเลือดเป็นแหล่งพลังงาน แต่ในช่วงที่กลูโคสน้อย (เช่น อดอาหาร ออกกำลังกายแบบเพิ่มความอดทน หรือกินคาร์โบไฮเดรตน้อย) สมองจะใช้คีโตนบอดีส์เป็นพลังงานโดยจำเป็นต้องได้กลูโคสน้อยกว่า
สมองยังสามารถใช้แล็กเตตเมื่อกำลังออกกำลังกาย
สมองสะสมกลูโคสในรูปแบบของไกลโคเจน แม้จะในปริมาณน้อยกว่าที่พบในตับหรือกล้ามเนื้อโครงร่าง
กรดไขมันลูกโซ่ยาวไม่สามารถผ่านตัวกั้นระหว่างเลือดกับสมองเข้าไปได้ แต่ตับสามารถสลายกรดไขมันเช่นนั้นให้เป็นคีโตนบอดีส์ 
แต่กรดไขมันลูกโซ่สั้น เช่น butyric acid, propionic acid และกรดน้ำส้ม และกรดไขมันลูกโซ่กลาง เช่น octanoic acid และ heptanoic acid ก็สามารถผ่านตัวกั้นระหว่างเลือดกับสมองเข้าไปได้และเซลล์สมองก็สามารถย่อยสลายมันได้
แม้สมองมนุษย์จะหนักเพียง 2% ของน้ำหนักร่างกาย แต่ได้รับเลือดจากหัวใจ 15% ใช้ออกซิเจน 20% ของที่ใช้ทั้งหมดในร่างกาย และใช้กลูโคส 25% ของที่ใช้ทั้งหมดในร่างกาย
สมองใช้กลูโคสเป็นพลังงานโดยมาก และการขาดกลูโคส เช่น ในภาวะเลือดมีน้ำตาลน้อย (hypoglycemia) อาจทำให้หมดสติ
การใช้พลังงานของสมองไม่ต่างกันมากตามเวลา แต่เขตเปลือกสมองที่กำลังทำงานจะใช้พลังงานค่อนข้างมากกว่าเขตที่ไม่ทำ เหตุการณ์เช่นนี้เป็นมูลฐานของการสร้างภาพของสมองตามการทำงาน เช่น PET และ fMRI
เทคนิคการสร้างภาพสมองโดยกิจ (functional imaging) เช่นนี้สามารถแสดงระดับเมแทบอลิซึมเป็นภาพสามมิติ
การนอนหลับมีหน้าที่อะไรยังไม่ค่อยชัดเจน
แต่มีหลักฐานว่า การนอนหลับเพิ่มการขจัดของเสียทางเมแทบอลิซึมจากสมองโดยของเสียบางอย่างอาจเป็นพิษต่อประสาท และอาจทำให้ซ่อมแซมส่วนที่เสียหายได้
หลักฐานแสดงนัยว่า การเพิ่มการขจัดของเสียทางเมแทบอลิซึมช่วงการนอนหลับเกิดผ่านการทำงานของระบบน้ำเหลืองในประสาท (glymphatic system)
การนอนหลับอาจมีผลต่อการทำงานทางประชานโดยลดระดับการเชื่อมต่อกันทางประสาทที่ไม่จำเป็น
งานวิจัย

สมองยังไม่เข้าใจอย่างสมบูรณ์ จึงมีงานวิจัยที่กำลังเป็นไปอยู่
นักประสาทวิทยาศาสตร์ บวกกับนักวิจัยในสาขาที่สัมพันธ์กันอื่น ๆ กำลังศึกษาว่าสมองทำงานอย่างไร
ขอบเขตของสาขาโดยเฉพาะ ๆ เช่นของประสาทวิทยาศาสตร์ ประสาทวิทยา และสาขาอื่น ๆ รวมทั้งจิตเวชไม่ค่อยชัดเจน เพราะล้วนแต่ได้รับประโยชน์จากการวิจัยขั้นพื้นฐานในประสาทวิทยาศาสตร์
ประสาทวิทยาศาสตร์ได้ขยายตัวอย่างมากในทศวรรษที่ผ่าน ๆ มา
ทศวรรษแห่งสมอง (Decade of the Brain) ซึ่งเป็นโครงการริเริ่มของรัฐบาลสหรัฐในช่วงคริสต์ทศวรรษ 1990 ถือว่าช่วยเพิ่มงานวิจัยเช่นนี้
ซึ่งต่อมาติดตามด้วยโครงการ BRAIN Initiative ในปี 2013
โปรเจ็กต์ Human Connectome Project เป็นโครงการศึกษา 5 ปีที่เริ่มในปี 2009 เพื่อวิเคราะห์การเชื่อมต่อกันทางกายวิภาคและทางหน้าที่ของส่วนต่าง ๆ ในสมอง ซึ่งได้ให้ข้อมูลเป็นอย่างดี
งานวิจัย > วิธีการศึกษา

ความรู้เรื่องโครงสร้างและหน้าที่ของสมองมนุษย์มาจากวิธีการทดลองต่าง ๆ รวมทั้งที่ทำในสัตว์และมนุษย์
ข้อมูลในเรื่องการบาดเจ็บของสมองและโรคหลอดเลือดสมองได้ให้ความรู้เกี่ยวกับหน้าที่ของสมองส่วนต่าง ๆ และผลของความเสียหายต่อสมอง
การสร้างภาพสมอง (neuroimaging) สามารถใช้ตรวจสมองและบันทึกการทำงาน
เทคนิคทางสรีรวิทยาไฟฟ้าสามารถใช้วัด บันทึก และเฝ้าตรวจการทำงานทางไฟฟ้าของเปลือกสมอง
การวัดอาจเป็นศักย์สนามไฟฟ้าเฉพาะที่ (local field potential) ของบริเวณต่าง ๆ ในเปลือกสมอง หรือของการทำงานของเซลล์ประสาทเซลล์เดียว
การบันทึกคลื่นไฟฟ้าสมองสามารถบันทึกคลื่นไฟฟ้าในเปลือกสมองโดยแปะอิเล็กโทรดที่หนังศีรษะโดยไม่ต้องผ่าไม่ต้องเจาะ
วิธีที่ต้องผ่าต้องเจาะรวม electrocorticography ซึ่งแปะอิเล็กโทรดโดยตรงที่ผิวสมองโดยผ่าเปิดกะโหลกศีรษะ
เช่น ใน cortical stimulation mapping ซึ่งใช้ศึกษาความสัมพันธ์ระหว่างบริเวณต่าง ๆ ของเปลือกสมองกับการทำงานเป็นระบบ
ถ้าใช้ไมโครอิเล็กโทรดที่เล็กกว่ามาก ก็สามารถบันทึกการทำงานของเซลล์ประสาทเซลล์เดียว ที่ให้ทั้งรายละเอียดทั้งทางปริภูมิและทางเวลาได้ดี
ซึ่งสามารถทำให้เชื่อมการทำงานของสมองกับพฤติกรรม แล้วสร้างแผนที่ประสาท
การพัฒนาอวัยวะเทียมคล้ายสมอง (cerebral organoid)
ได้เปิดโอกาสให้ศึกษาการเจริญเติบโตของสมองกับเปลือกสมอง ให้เข้าใจการเกิดโรค ซึ่งสามารถนำไปใช้เพื่อรักษาได้
งานวิจัย > การสร้างภาพ

เทคนิคการสร้างภาพประสาทโดยกิจ (functional neuroimaging) สามารแสดงการทำงานของสมองที่สัมพันธ์กับหน้าที่ของบริเวณสมองต่าง ๆ โดยเฉพาะ ๆ
เทคนิคหนึ่งก็คือ fMRI ซึ่งดีกว่าเทคนิคก่อน ๆ คือ SPECT และ PET เพราะไม่จำเป็นต้องใช้สารกัมมันตภาพรังสีและให้รายละเอียดได้มากกว่า
เทคนิคอีกอย่างหนึ่งก็คือ functional near-infrared spectroscopy (สเปกโทรสโกปีโดยกิจด้วยแสงใกล้รังสีอินฟราเรด) 
เทคนิคต่าง ๆ เหล่านี้อาศัยการตอบสนองทางการไหลเวียนของเลือด (haemodynamic response) ซึ่งแสดงการทำงานของสมองเทียบกับการเปลี่ยนแปลงการไหลเวียนของเลือด และใช้ประโยชน์เพื่อทำแผนที่การทำงานของสมอง
ส่วน resting state fMRI (fMRI เมื่อขณะพัก)
ตรวจดูปฏิสัมพันธ์ระหว่างสมองส่วนต่าง ๆ เมื่อไม่ได้ทำงานใด ๆ โดยเฉพาะ
จึงสามารถแสดงส่วนของสมองที่เรียกว่า เครือข่ายภาวะโดยปริยาย (default mode network)
ได้ด้วย
กระแสไฟฟ้าย่อมสร้างสนามแม่เหล็กตามกฎการเหนี่ยวนำของฟาราเดย์
ดังนั้น คลื่นสมองจึงก่อสนามแม่เหล็กอ่อน ๆ และจึงสามารถสร้างภาพการทำงานของสมองอย่างละเอียดด้วยเทคนิค functional magnetoencephalography ได้
ส่วน tractography ใช้ MRI บวกกับการวิเคราะห์ภาพเพื่อสร้างภาพสามมิติของลำเส้นใยประสาทในสมอง
และ connectogram เป็นกราฟแสดงการเชื่อมต่อกันของส่วนต่าง ๆ ในสมอง
ความแตกต่างของโครงสร้างสมองสามารถวัดได้ในโรคบางโรค ที่เด่นสุดคือโรคจิตเภทและภาวะสมองเสื่อม
การสร้างภาพโดยใช้คุณสมบัติทางชีวภาพต่าง ๆ ได้ให้ความรู้เพิ่ม เช่น โรคซึมเศร้า และโรคย้ำคิดย้ำทำ
แหล่งข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับการทำงานของสมองส่วนต่าง ๆ ก็คือผลที่ได้เมื่อเกิดความเสียหาย
ความก้าวหน้าของการสร้างภาพทางประสาทได้สร้างความรู้แบบปรวิสัยในเรื่องจิตพิการต่าง ๆ ทำให้สามารถวินิจฉัยโรคได้เร็วกว่า พยากรณ์โรคได้แม่นยำกว่า และเฝ้าติดตามโรคได้ดีกว่า
งานวิจัย > การแสดงออกของยีนและโปรตีน

บทความหลัก: ชีวสารสนเทศศาสตร์
ชีวสารสนเทศศาสตร์เป็นสาขาการศึกษาซึ่งรวมการสร้างและพัฒนาฐานข้อมูล และเทคนิคทางการคำนวณและทางสถิติ เพื่อใช้ศึกษาสมองมนุษย์ โดยเฉพาะในเรื่องการแสดงออกของยีนและโปรตีน
ชีวสารสนเทศศาสตร์และการศึกษาทางจีโนมิกส์โดยกิจ (functional genomics) ทำให้จำเป็นต้องพัฒนาเทคนิค DNA annotation ซึ่งเป็นเทคโนโลยีเชิง transcriptome
คือการระบุยีน ตำแหน่งของยีน และหน้าที่ของยีน
โดยมี GeneCards เป็นฐานข้อมูลสำคัญฐานหนึ่ง
จนถึงปี 2017 ได้ค้นพบยีนที่เข้ารหัสโปรตีนเกือบ 20,000 ยีนที่แสดงออกในมนุษย์
ประมาณ 400 ยีนมีเฉพาะในสมอง
ข้อมูลการแสดงออกของยีนในสมองได้สนับสนุนให้ทำงานวิจัยเกี่ยวกับโรคต่าง ๆ ได้มากขึ้น
เช่น การดื่มเหล้าเป็นเวลานานพบว่า เปลี่ยนการแสดงออกของยีนในสมอง และการเปลี่ยนแปลงของเซลล์ชนิดโดยเฉพาะ ๆ ซึ่งอาจสัมพันธ์กับการติดเหล้า
ความเปลี่ยนแปลงเช่นนี้ได้พบที่ transcriptome ของไซแนปส์ที่ prefrontal cortex ซึ่งเชื่อว่าเป็นปัจจัยอย่างหนึ่งที่ทำให้ติดเหล้าและทำให้ติดสารเสพติดอื่น ๆ
งานศึกษาที่สัมพันธ์กันอื่น ๆ ได้แสดงหลักฐานว่าไซแนปส์ได้เปลี่ยนไปหรือเสียหายไปในคนชรา
คือการแสดงออกของยีนได้เปลี่ยนระดับโปรตีนในวิถีประสาทต่าง ๆ ซึ่งปรากฏชัดว่า มีไซแนปส์ที่ผิดปกติหรือเสียหายไป
การทำงานผิดปกตินี้พบว่า มีผลต่อโครงสร้างมากมายในสมอง และมีผลที่ชัดเจนต่อเซลล์ประสาทแบบยับยั้ง คือมีผลให้การสื่อประสาทลดลง ตามด้วยการทำงานทางประชานที่เสื่อมลงและเป็นโรค
ความสำคัญทางคลินิก > ความบาดเจ็บ

ความบาดเจ็บอาจปรากฏเป็นอาการต่าง ๆ 
การบาดเจ็บที่สมองเช่นจากกีฬาที่กระทบกระทั่ง จากตกหรือหกล้ม จากอุบัติเหตุรถยนต์หรือในที่ทำงาน อาจสัมพันธ์กับปัญหาทั้งระยะสั้นระยะยาว
ปัญหาระยะสั้นอาจรวมเลือดออกในสมอง ซึ่งกดดันเนื้อเยื่อในสมองหรือทำหลอดเลือดที่ไปเลี้ยงมันให้เสียหาย
สมองอาจจะช้ำซึ่งก่อความเสียหายต่อลำเส้นใยประสาทเป็นจำนวนมาก แล้วก่อภาวะที่เรียกว่า diffuse axonal injury (การบาดเจ็บที่แอกซอนอย่างกระจาย)
กะโหลกศีรษะแตก, ความบาดเจ็บต่อเขตหนึ่ง ๆ โดยเฉพาะ, หูหนวก และสมองกระทบกระเทือน (concussion) ก็อาจเป็นอาการที่เกิดทันทีด้วย
นอกจากบริเวณที่บาดเจ็บ สมองด้านตรงข้ามอาจเกิดปัญหาด้วย ซึ่งเรียกว่า contrecoup injury
ปัญหาระยะยาวที่อาจเกิดรวมทั้งความผิดปกติที่เกิดหลังความเครียดที่สะเทือนใจ (PTSD) และภาวะโพรงสมองคั่งน้ำ
ส่วนโรคสมองบาดเจ็บเรื้อรัง (chronic traumatic encephalopathy) เป็นโรคสมองเสื่อมที่แย่ลง ๆ (degenerative disease) หลังจากรับบาดเจ็บที่ศีรษะหลายครั้ง เช่นในนักกีฬา
ความสำคัญทางคลินิก > โรค

โรคประสาทเสื่อม (neurodegenerative disease) จะทำให้สมองส่วนที่ทำหน้าที่ต่าง ๆ เสียหายขึ้นเรื่อย ๆ และจะแย่ลงตามอายุ
ตัวอย่างสามัญรวมภาวะสมองเสื่อมแบบต่าง ๆ เช่น โรคอัลไซเมอร์ ภาวะสมองเสื่อมเหตุแอลกอฮอล์ ภาวะสมองเสื่อมเหตุหลอดเลือด เป็นต้น,
รวมโรคพาร์คินสันกับโรคอื่น ๆ เหตุการติดเชื้อ เหตุกรรมพันธุ์ หรือเหตุเมแทบอลิซึม เช่น โรคฮันติงตัน, โรคเซลล์ประสาทสั่งการ (motor neuron disease), ภาวะสมองเสื่อมเหตุเอชไอวี, ภาวะสมองเสื่อมเหตุซิฟิลิส และ Wilson's disease
โรคประสาทเสื่อมอาจมีผลต่อสมองส่วนต่าง ๆ ต่อการเคลื่อนไหว ความจำ และระบบประชาน
แม้สมองจะป้องกันด้วยตัวกั้นระหว่างเลือดกับสมอง แต่ก็ยังติดเชื้อต่าง ๆ ได้รวมทั้งไวรัส แบคทีเรีย และเชื้อรา
การติดเชื้ออาจเป็นที่เยื่อหุ้มสมอง (เยื่อหุ้มสมองอักเสบ) ที่เนื้อสมอง (สมองอักเสบ) หรือภายในเนื้อสมอง (เช่น ฝีในสมอง [cerebral abscess])
โรคที่เชื่อว่าเกิดจากพรีออน (prion disease) ซึ่งมีน้อยรวมทั้งโรคครอยตส์เฟลดต์-จาค็อบและโรคที่เป็นรูปแบบย่อยต่าง ๆ หรือโรคคูรุ
ก็อาจมีผลต่อสมองด้วย
ความสำคัญทางคลินิก > เนื้องอก

เนื้องอกในสมองอาจเป็นแบบไม่ร้ายหรืออาจเป็นแบบร้าย
เนื้องอกร้ายปกติจะกระจายมาจากส่วนอื่นของร่างกาย มากที่สุดจากปอด จากเต้านม และจากผิวหนัง
แต่มะเร็งที่เกิดในสมองก็มีเหมือนกัน โดยเกิดจากเนื้อเยื่อใดก็ได้รอบ ๆ สมอง
meningioma เป็นมะเร็งเยื่อหุ้มสมอง และสามัญกว่ามะเร็งเนื้อเยื่อสมองอื่น ๆ
มะเร็งภายในสมองก่ออาการที่สัมพันธ์กับขนาดและตำแหน่ง อาการรวมทั้งปวดหัวคลื่นไส้ หรือก่ออาการโดยเฉพาะ ๆ เป็นปัญหาที่แย่ลงเรื่อย ๆ เช่นการเห็น การกลืน การพูด หรืออารมณ์เปลี่ยนแปลง
มะเร็งโดยทั่วไปจะตรวจด้วยเอกซ์เรย์คอมพิวเตอร์และ MRI
วิธีการตรวจอื่น ๆ รวมทั้งตรวจเลือด การเจาะน้ำไขสันหลังอาจใช้เพื่อตรวจเหตุของมะเร็ง และประเมินชนิดและระยะของมะเร็ง
ยาสเตอรอยด์ คือ เด็กซาเมทาโซนมักให้เพื่อลดอาการบวมของเนื้อเยื่อสมองรอบ ๆ เนื้องอก 
แพทย์อาจพิจารณาการผ่าตัด แต่เพราะความซับซ้อนของเนื้องอก เพราะระยะหรือชนิดของมะเร็ง แพทย์อาจรักษาด้วยรังสีบำบัด (radiotherapy) หรือเคมีบำบัด
ความสำคัญทางคลินิก > จิตพิการ

จิตพิการ เช่น โรคซึมเศร้า, โรคจิตเภท, โรคอารมณ์สองขั้ว, ความผิดปกติที่เกิดหลังความเครียดที่สะเทือนใจ, โรคสมาธิสั้น, โรคย้ำคิดย้ำทำ, Tourette syndrome และการติด (addiction) รู้แล้วว่าสัมพันธ์กับการทำงานของสมอง
การรักษาอาจรวมจิตบำบัด (psychotherapy) การรักษาทางจิตเวช การแก้ปัญหาทางสังคม และการทำงานที่มีความหมายสำหรับตน และ/หรือการบำบัดทางความคิดและพฤติกรรม
แต่เหตุที่เป็นมูลฐานและพยากรณ์โรคที่สัมพันธ์กันก็จะต่าง ๆ กันมากในระหว่างบุคคล
ความสำคัญทางคลินิก > โรคลมชัก

การชักเหตุโรคลมชัก (epileptic seizure) เชื่อว่าสัมพันธ์กับการทำงานทางไฟฟ้าของสมองที่ผิดปกติ
การชักอาจปรากฏเป็นการหมดสติ เป็นอาการเฉพาะที่ ๆ เช่น การเคลื่อนไหวของแขนขาหรือปัญหาการพูด หรืออาจเป็นการชักแบบทั่ว ๆ ไป
ส่วน status epilepticus หมายถึงการชักครั้งเดียวหรือการชักต่อ ๆ กันที่ไม่หยุดภายใน 5 นาที
การชักมีเหตุหลายอย่างมาก และหลายอย่างก็ไม่สามารถตรวจพบสาเหตุได้
ในคนไข้โรคลมชัก ปัจจัยเสี่ยงของการชักอาจรวมการนอนไม่หลับ การกินยาหรือแอลกอฮอล์ และความเครียด
การชักอาจตรวจด้วยการตรวจเลือด, EEG และการสร้างภาพทางการแพทย์อื่น ๆ ขึ้นอยู่กับประวัติคนไข้และสิ่งที่หมอตรวจพบ
นอกจากรักษาเหตุที่เป็นมูลและลดการได้รับปัจจัยเสี่ยง ยากันชักอาจช่วยป้องกันการชักต่อ ๆ ไปได้
ความสำคัญทางคลินิก > โรคแต่กำเนิด

โรสมองบางอย่าง เช่น Tay-Sachs disease
เป็นความผิดปกติแต่กำเนิด
และเชื่อมกับการกลายพันธุ์ของยีนและโครโมโซม
กลุ่มโรคประเภท cephalic disorder ซึ่งมีแต่กำเนิด มีน้อย และเรียกว่า lissencephaly มีอาการคือมีรอยพับในเปลือกสมองไม่พอ
พัฒนการของสมองในครรภ์อาจผิดปกติเพราะขาดอาหาร,
เพราะสารก่อวิรูป (teratogen),
โรคติดต่อ
และการใช้ยาเสพติดรวมทั้งแอลกอฮอล์ (ซึ่งอาจก่อ fetal alcohol spectrum disorders)