对于人类而言，大脑比宇宙更为神秘。人类可以乘航天飞机登上月球，巡视银河系，探索宇宙的奥秘，却无法钻进自己的大脑，看看由一万亿个神经元组成的世界是怎样指挥人的各个器官工作。
脑和其他器官组织一样，也有生长发育、成熟、老化和死亡。不论在出生前或出生后，如果一些化学因素影响神经元的连接方式，就会造成脑功能的异常。脑或神经受到外伤，也会造成细胞的变性，失去功能。美国有相当数量的人患早老年性痴呆症。患者年龄不大，却未老先衰，脑组织发生病变，记忆力丧失，并影响其他一系列生理功能，发病4到12年死亡。此外还有震颤症、舞蹈症、智力低下等。
如何避免这些伤害?能否找到一些方法，使损伤的神经细胞重新生长，恢复功能?还有，如果遗传密码本身有错误，就会得遗传病，它被一代一代地传给子孙，如何预防和治疗这样的病?最后，能否延缓神经细胞的老化过程，让脑工作的时间更长久一些?这些都是人们关心的问题，也是世界各国的科学家、医学专家们正在努力研究的问题。
早在18世纪的时候，科学家为证实脑部有电活动，曾在法场上用刚砍下的人头作试验。现在，各种显微镜可以把神经元放大到让人能看得见。人们可以把一些发光的物质注射到某个神经细胞内，以便把它与别的细胞区分开来，还能把一根或几根极细的电极插到大脑内，记录神经元的活动，或者在头皮上放一些电极，记录脑电波的变化，从而推测脑内的活动情况。但是，这些方法又都是有缺点的。用显微镜观察没法看到脑子内部的情况。用微电极插入脑内需要揭开头骨，还会对脑组织造成损伤。这样的办法多用于动物实验，对健康的人是不适合的。
近年来出现了正电子发射断层扫描技术，它可以无损伤地观察脑的活动区域、活动强弱变化。还有一种更理想的技术叫磁共振成像，适合于在整体水平上研究脑活动。磁共振成像的最大优点是不用向血管内注射放射性物质，便能测出血液中氧含量的变化。哪里的神经细胞活跃，那里的血流量就增加，因此携氧量也增加。利用上述无损伤研究脑活动的技术科学家发现，视觉图像的不同特征在脑的不同区域处理。当受试者注视一个单词时，脑后部跟视觉有关的区域活动加强，当他听这个词发音时，脑外侧的听区活动加强。当他理解并说出这个词时，脑的语言运动区和其他多个区活动加强。这说明，即使理解并说出单词这种简单的活动，也是由多个脑区组成的网络实现的。
现在科学家在做电子眼或电子耳的研究中也取得了很大进展。国外已有报道，将一个微型摄像机代替损坏的眼球装进眼窝里，通过一些线与脑的有关部门连接。这样，外界图像信号就能被“看见”和理解。当然这些图像还很粗糙，甚至是模糊不清的。美国加州理工学院模拟耳做的“猫头鹰芯片”，只有64根听神经，用了20万个晶体管，2.1万条延迟线路。与真的耳比较(人大约有1.5万条听神经)，“猫头鹰芯片”已经大大地简化了，可是仍比真耳大、耗能多。
随着分子生物学的崛起，脑活动的研究被迅速推向分子水平。一些神经、精神性疾病的病因已经在分子水平上找到了答案。例如，靠近北极的居民，在漫长缺少阳光的冬季易患上精神抑郁症，是因为糖的代谢出现了毛病。震颤症是由于缺少一种对神经元起抑制作用的物质，而这些物质分泌的减少很可能是环境污染造成的。神经系统的遗传性疾病有200多种，对其中约50多种已经找到了致病遗传物质——基因的位置，包括舞蹈症、早老年痴呆症和躁狂症。
修复脑病变或损伤的一种方法是移植。也就是用健康的脑组织代替有病的脑组织。比如，为了补充震颤病患者所缺少的多巴胺，科学家将胎儿的部分肾上腺组织移植至患者脑内以增加多巴胺的分泌已获得成功。这种方法的困难在于身体的排异反应。大家知道，体内的免疫系统能识别神经系统无法感知的刺激，如肿瘤、病毒、毒素、异体蛋白等。它对移植物作为入侵者而加以排斥。科学家希望有朝一日能像肾移植一样作脑组织移植。至于“换脑”或者“换头”之类的实验，虽然在动物身上曾有过交叉血液循环实验，但这类研究没有坚实的基础，因为科学家发现高等动物的中枢神经系统是无法再生的。随着分子生物学的发展，有可能确定与神经细胞的生长发育有关的基因。如果找到重新启动这些基因的方法，并提供适当的环境，可以让受损的脑组织重新生长。
在人类迈向21世纪的时候，我们乐观地展望，未来的脑将是更健康的脑，更聪明的脑，知识更丰富，包括对脑自身了解更多的脑。