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神经科学是专门研究神经系统的结构、功能、发育、遗传学、生物化学、生理学、药理学及病理学的一门科学。对行为及学习的研究都是神经科学的分支。

对人脑研究是个跨领域的范畴，当中涉及分子层面、细胞层面、神经小组、大型神经系统，如视觉神经系统、脑干、脑皮层。

最高层次的研究就是结合认知科学成为认知神经科学，其专家被称为认知心理学家。一些研究人员相信认知神经科学提供对思维及知觉的全面了解，甚至可以代替心理学。

神经科学致力于科学地研究神经系统。尽管神经科学学会成立于1969年，但是对于大脑的研究很早就已经开始。其研究范围包括对神经系统的结构，功能，进化史，发育，遗传，生物化学，生理学，药理学，生物信息学，计算神经生物学和病理学研究。传统的神经科学是生物科学的一个分支。然而，神经科学开始与其他学科有了越来越多的交叉与融合，如认知和神经心理学，计算机科学，统计学，物理学，哲学和医学科学。

大脑的结构和功能是自然科学研究中最具有挑战性的课题。近代自然科学发展的趋势表明，21世纪的自然科学重心将在生命科学，而神经生物学和分子生物学将是21世纪生命科学研究中的两个最重要的领域，必将飞速发展。分子生物学的奠基人之一，诺贝尔奖获得者沃森宣称：“20世纪是基因的世纪，21世纪是脑的世纪。”

在医学这个大的学科内，神经生物学是一门在各个水平，研究人体神经系统的结构、功能、发生、发育、衰老、遗传等规律，以及疾病状态下神经系统的变化过程和机制的科学。它涉及神经解剖学、神经生理学、发育神经生物学、分子神经生物学、神经药理学、神经内科学、神经外科学、精神病学等等。神经生物学的内容非常丰富，研究进展很快，作为医学生不仅要全面掌握，还要及时了解新的研究进展。

这些研究工作虽然至今为止并没有在神经生物学领域取得重大进展，没有解开智力形成之谜，没有解开毒品上瘾之谜，没有解开老年痴呆症治疗之谜，但却在潜移默化中推动了神经科学的发展，为本世纪神经生物学的腾飞打好了基础。