Beyin , sinir sisteminin merkezi olarak hizmet eden bir organıdır. Bütün omurgalı hayvanlar ve çoğu omurgasız hayvan -bazı süngerler, knidliler, tulumlular ve derisi dikenliler gibi omurgasızlar hariç- beyne sahiptir. Baş kısmında; duyma, tatma, görme, denge, koklama gibi duyulara hizmet eden organlara yakın bir noktada bulunan beyin omurgalıların vücudundaki en karmaşık organdır. Normal bir insanda serebral korteksin 15-33 milyar nörondan müteşekkil olduğu tahmin edilmektedir. Her biri birkaç bin nöronla sinaps denen bağlantılar yardımıyla bağlıdır. Bu nöronlar birbirleriyle akson denen uzun protoplazmik lifler yardımıyla iletişim kurar. Aksonlar bilgiyi beynin diğer kısımlarına yahut vücudun spesifik alıcı hücrelerine taşır.
Yapay sinir ağları (YSA), insan beyninin bilgi işleme tekniğinden esinlenerek geliştirilmiş bir bilgi işlem teknolojisidir. YSA ile basit biyolojik sinir sisteminin çalışma şekli taklit edilir. Yani biyolojik nöron hücrelerinin ve bu hücrelerin birbirleri ile arasında kurduğu sinaptik bağın dijital olarak modellenmesidir. Nöronlar çeşitli şekillerde birbirlerine bağlanarak ağlar oluştururlar. Bu ağlar öğrenme, hafızaya alma ve veriler arasındaki ilişkiyi ortaya çıkarma kapasitesine sahiptirler. Diğer bir ifadeyle, YSA'lar, normalde bir insanın düşünme ve gözlemlemeye yönelik doğal yeteneklerini gerektiren problemlere çözüm üretmektedir. Bir insanın, düşünme ve gözlemleme yeteneklerini gerektiren problemlere yönelik çözümler üretebilmesinin temel sebebi ise insan beyninin ve dolayısıyla insanın sahip olduğu yaşayarak veya deneyerek öğrenme yeteneğidir.
Bir alkaloid olan asetilkolin tanımlanan ilk nörotransmitterdir. Merkezî sinir sisteminde yer alan bir kimyasal nörotransmitter (iletici) olmasının yanı sıra birçok organizmanın parasempatik sinir sisteminde yer alır.
Nöronlar arasında veya bir nöron ile başka tür bir hücre arasında iletişimi sağlayan kimyasallara nörotransmitter veya nörotransmiter denir. Sinir sistemi boyunca sinirsel sinyaller bu kimyasal taşıyıcılar yardımıyla iletilir.
Sinir sistemi veya sinir ağı, canlıların içsel ve dışsal çevresini algılamasına yol açan, bilgi elde eden ve elde edilen bilgiyi işleyen, vücut içerisinde hücreler ağı sayesinde sinyallerin farklı bölgelere iletimini sağlayan, organların, kasların aktivitelerini düzenleyen bir organ sistemidir. Sinir sistemi iki bölümden oluşur: Merkezî sinir sistemi (MSS) ve çevresel sinir sistemi (ÇSS). MSS, beyin ve omurilikten oluşur. ÇSS, MSS'yi vücudun diğer tüm kısımları ile bağlayan uzun fiberlerden oluşur. ÇSS, motor nöronları, dolaylı istemli hareket, otonom sinir sistemi, sempatik sinir sistemi, parasempatik sinir sistemi, düzenli istemsiz işlevler ve enterik sinir sisteminden oluşur.
Sinir hücresi ya da nöron sinir sisteminin temel fonksiyonel birimidir. Başlıca işlevi bilgi transferini gerçekleştirmektir. İnsan sinir sisteminde yaklaşık olarak 100 milyar nöron olduğu tahmin edilmektedir. Normal bir sinir hücresi 50.000'den 250.000'e kadar başka nöronlarla bağlantılıdır. Yaptıkları özelleşmiş işlere bağlı olarak farklı şekillerde ve çeşitlerde olabilirler. Nöronların büyük çoğunluğu dört farklı yapıya sahiptir: Soma, dendritler, akson ve terminal butonlar. Soma bölgesinde çekirdek (nucleus) ve hücrenin yaşamsal işlevlerini sağlayan mekanizma bulunur. Dendiritler ise isimlerini Yunanca bir sözcük olan dendrondan almışlardır. Bu şekilde isimlendirilmelerinin sebebi şekillerinin bir ağaca benzemesidir. Dendiritler nöral iletişimin önemli alıcılarıdır. Bir nörondan diğerine geçen mesajlar, mesajı yollayan hücrenin terminal butonlarıyla mesajı alan hücrenin dendirit membranı ya da soma bölümü arasındaki birleşme yerleri olan sinapslar aracılığıyla iletilir/transfer edilir. Sinapslar işlevlerinden yola çıkılarak isimlerini Yunancada "bir araya gelmek" anlamındaki sunaptein sözcüğünden almışlardır. Sinapstaki iletişim terminal butondan öteki hücrenin membranına kadar olmak üzere tek yönlü bir şekilde gerçekleşir. Nöronun bir diğer bölümü olan akson, çoğu kez miyelin kılıfı ile kaplı uzun ve ince bir tüp şeklindedir. Aksonun temel işlevi bilgiyi hücre gövdesinden terminal butonlara taşımaktır. Aksonun taşıdığı bu temel mesaj aksiyon potansiyeli olarak adlandırılır. Aksiyon potansiyeli, kısa bir nabız atışına benzeyen elektriksel/kimyasal bir olaydır. Bütün aksonlardaki aksiyon potansiyeli her zaman aynı ölçüde ve hızdadır. Aksiyon potansiyeli aksonun dallarına ulaştığında bölünmesine rağmen ölçüsünü kaybetmez. Başka bir deyişle her akson dalı tam gücüyle bir aksiyon potansiyeli alır. Nöronlar aksonların ve dendiritlerin somadan çıkışlarına göre üçe ayrılır. Bunlardan multipolar nöron merkezi sinir sisteminde en çok bulunan bilindik nöron tipidir. Bu tip nöronlar sadece bir akson çıkışına sahipken çok sayıda dendirite sahiptir. Bipolar nöronlar bir akson ve bir dendirit ağacına sahiptir. Duyusal nöronlar genellikle bipolar nöronlardır. Bipolar nöronların dendiritleri duyusal verileri merkezi sinir sistemine iletirler. Diğer tip sinir hücreleri ise unipolar nöronlardır. Bu nöronların hücre gövdesinden çıkan ve kısa mesafede ayrılan tek bir sapı vardır. Unipolar nöronlar da bipolar nöronların yaptığı gibi duyusal verileri merkezi sinir sistemine taşımakla görevlidir. Terminal butonlar aksonların ince dallarının ucunda bulunan küçük yumrulardır. Terminal butonlar bir aksiyon potansiyeli onlara ulaştığında, nörotransmitter adı verilen kimyasalları salıverir. Nörotransmitterler alıcı hücreyi uyarır (excitation) veya engeller (inhibition). Bu şekilde diğer hücrenin aksonunda bir aksiyon potansiyeli oluşup oluşmayacağını belirler.
Otonom sinir sistemi ya da özerk sinir sistemi, periferik sinir sisteminin, istemsiz yapılan hareketleri ve organ fonksiyonlarının kontrolünü gerçekleştiren bölümüdür. Kalp hızı, sindirim, solunum, tükürük salgılanması, terleme, işeme fonksiyonu, cinsel uyarılma gibi durumlarda istem dışı etkilidir. Visseral sinir sistemi veya vejetatif sinir sistemi olarak da bilinir. Parasempatik sinir sistemi ve sempatik sinir sistemi olarak ikiye ayrılır.
Nörobilim, sinir sistemini inceleyen disiplinlerarası bir bilim dalıdır. Nöronların ve nöral devrelerin temel özelliklerini anlamayı hedefleyen bu bilim dalı, bu amaçla fizyoloji, anatomi, moleküler biyoloji, gelişim biyolojisi, sitoloji, matematiksel modelleme ve psikolojiyi birleştirir. Öğrenme, bellek, davranış, algı ve bilincin biyolojik temelinin anlaşılması Eric Kandel tarafından biyolojik bilimlerin "nihai zorluğu" olarak tanımlanmıştır.
Akson, bir sinir lifi olarak da bilinir, bir sinir hücresinin (nöronun) ince, uzun bir çıkıntısıdır. Sinir hücresinin gövdesindeki elektriksel uyarıları uzağa iletir. Aksonun işlevi bilgiyi farklı sinir hücrelerine, kaslara, bezlere iletmektir. Dokunmak ve sıcaklık algılama işlemlerini gerçekleştiren Pseudounipolar nöronlar gibi bazı duyu nöronlarında, elektriksel uyarılar, aksonun çeperinden hücrenin gövdesine doğru, oradan da aynı aksonun başka dalları vasıtasıyla omuriliğe gönderilir. Akson uyumsuzluğu, kalıtsal ve edinsel nörolojik hastalıklara neden olabilir. Bu hastalıklar hem merkezi hem de çevresel sinir sistemlerindeki nöronları etkileyebilir.
Sinir dokusu, sinir sisteminin ana bileşenidir - beyin, omurilik ve sinirler - vücut işlevlerinin ayarlar ve kontrol eder. Uyartıları (impuls) ileten sinir hücrelerinden (nöron) ve sinir uyartılarının yayılmasına yardımcı olan ve nöronlara besin taşıyan nöroglialardan oluşmuştur.
Akson uçları , bir aksonun dallarındaki distal uçlardır. Akson sinir lifi, sinir hücresinin (nöron) ince uzun bir çıkıntısıdır. Bu lif, aksiyon potansiyel olarak adlandırılan elektriksel uyartıları, sinir hücresinin gövdesinden (soma), diğer sinir hücrelerine iletir.
Nörolojide motor nöron terimi merkezi sinir sisteminde (MSS) bulunan sinir hücrelerini (nöron) sınıflandırır ve kasları doğrudan veya dolaylı olarak kontrol eder. MSS'deki aksonlar bilgiyi diğer sinir hücrelerine iletir. Motor nöronlar, hareketi gerçekleştirmek için omurilikten kaslara sinyal iletirler.
Alfa motor nöronlar (α-MN'ler), beyinsapı ve omuriğinin büyük alt motor nöronlarıdır. Çizgili kasın ekstrafusal kas lifilerini sinirle donatır ve doğrudan kas kasılmasının başlamasından sorumludurlar. Alfa motor nöronlar, gama motor nöronlardan farklıdır. Bunlar kas millerinin intrafusal kas liflerini sinirle donatır.
Alt motor nöron (AMN), 1. Alfa motordan itibaren başlayıp beyinsapı ve omuriliği kas liflerine bağlayan, üst motor nöronlardaki sinir uyartılarını kaslara ileten bir tür motor nörondur. Bir AMN'nin akson uçları bir motorda (kas) biter.
Üst motor nöronlar (ÜMN), serebral korteks veya beyinsapının motor bölgesinde meydana gelen bir tür motor nörondur ve motor bilgisini son ortak ağa taşır. Bunlar hedef kası doğrudan uyarmakla sorumlu değildir. Ana motor nöronlar istemli hareket sağlar, primer motor korteksin katman V içinde uzanır ve Betz hücreleri olarak adlandırılır. Bu sinir hücrelerinin hücre gövdeleri, beyindeki en büyük gövdelerden bazılarıdır ve yaklaşık 100 μm çapındadır.
Sinir, çevresel sinir sistemindeki kapalı, kablo benzeri sinir lifleri demetidir.
Nörofarmakoloji, ilaçların sinir sistemindeki hücresel işlevini ve davranışı etkileyen nöral mekanizmaları araştıran bilim dalıdır. Nörofarmakolojinin davranışsal ve moleküler olmak üzere iki ana alt dalı vardır. Davranışsal nörofarmakoloji, ilaç bağımlılığı ve bağımlılığının insan beynini nasıl etkilediğinin incelenmesi de dahil olmak üzere ilaçların insan davranışını nasıl etkilediğine odaklanır. Moleküler nörofarmakoloji, nöronların ve nörokimyasal etkileşimleri incelemenin yanı sıra nörolojik fonksiyon üzerinde faydalı etkileri olan ilaçların geliştirilmesi genel amacını taşır. Bu alanların her ikisi de yakından bağlantılıdır, çünkü her ikisi de merkezi ve periferik sinir sistemlerindeki nörotransmitterler, nöropeptitler, nörohormonlar, nöromodülatörler, enzimler, ikinci haberciler, ortak taşıyıcılar, iyon kanalları ve reseptör proteinlerinin etkileşimleri ile ilgilidir. Bu etkileşimleri inceleyen araştırmacılar, ağrı, Parkinson hastalığı ve Alzheimer hastalığı gibi nörodejeneratif hastalıklar, psikolojik bozukluklar, bağımlılık gibi birçok farklı nörolojik bozukluğu tedavi etmek için ilaçlar geliştirirler.
Beyin hücreleri,beynin işlevsel dokusunu oluşturur. Beyin dokusunun geri kalanı, kan damarlarını içeren, stroma adı verilen yapıdır. Beyindeki iki ana hücre tipi, sinir hücreleri olarak da bilinen nöronlar ve nöroglia olarak da bilinen glial hücrelerdir.
Beynin evrimi sürecinde etkili olan ilkelerle ilgili belirsizlikler günümüzde hala çözülememiştir. Beyin-vücut oranı allometrik olarak ölçeklenir. Küçük vücutlu memeliler vücutlarına kıyasla nispeten büyük beyinlere sahipken, büyük memeliler daha küçük beyin-vücut oranlarına sahiptir. Primatların beyin ağırlıklarının vücut ağırlıklarına oranları, primat türünün beyin gücünü yönelik fikir verebilmektedir. İnsanlarda bu oran diğer primat türlerine göre çok daha yüksektir, bu da insanların beyin kitle indeksinin diğer primatlara göre daha yüksek olduğunu gösterir.
Sinir sistemlerinin evrimi, hayvanlarda sinir sistemlerinin ilk gelişimine kadar uzanır. Nöronlar, hareketli tek hücreli ve kolonyal ökaryotlarda bulunan aksiyon potansiyellerinin mekanizmasını uyarlayarak çok hücreli hayvanlarda özel elektrik sinyal hücreleri olarak geliştirildi. Karmaşık protozoalarda bulunanlar gibi birçok ilkel sistem, hareketlilik ve hayatta kalmak için gerekli diğer yönler için elektriksel olmayan sinyalleme kullanır. Veriler, mesajlaşma için kimyasal bir gradyan kullanan bu sistemlerin bugün bilinen elektrik sinyal hücrelerine dönüştüğünü gösteriyor.
