卡哈尔在19世纪研究神经元解剖结构的时候，曾提出信号在神经元中是单向流动的。胞体和分叉出来的突起，也就是树突，收集来自其他细胞的信号，信号经过处理后，沿着神经元长长的纤维——轴突传递到突触，在突触这里，信号被传到下一个神经元中（见图1.1）。
图1.1 单个神经元的结构
这种电信号传导的细节到20世纪40到50年代才开始被神经科学家深入解析。我们现在知道信号是以一种叫作“动作电位”的脉冲的形式传递的。动作电位带有很小的电压（只有0.1伏特），持续时间只有千分之几秒，但在这短短的时间里能传递相当远的距离，速度高达120米每秒。
这个神经脉冲在突触处终止，它在这里触发释放出一种叫作“神经递质”的分子，这种化学分子带着信号跨越神经元之间的间隙。一旦到达另一边，这些分子能迅速翻转接收方神经元表面的电位。神经元要么被激活，发出自己的信号；要么被暂时抑制活性，其他来源的信号将更难使之被触发。这两种效应对于信号传递都非常重要，最终形成了我们的思想和感觉。
这样的网络复杂得惊人，我们的大脑中有大约860亿个神经元，每一个又有大约1000个突触，假如你从现在开始以1个每秒的速度来数它们，那这足够让你数上3000万年之久。
大脑里的神经元和计算机里的电子元件不一样，它们更加灵活多变，而这要归功于神经调质。神经调质有点像音量调节旋钮，不仅能控制其他神经递质在突触处释放的量，还能调节神经元对外来信号的反应。神经调质一方面在大脑面对突发情况时起到微调作用，另一方面也在长时程内参与了大脑神经网络的重新构建，后者常被用于解释记忆是如何存储的。
有些神经调质只作用于其附近的几个神经元，而有些能穿透大片脑组织，产生大规模的影响。举个例子，一氧化氮因为非常小（已知第十小的分子），所以可以轻松地从初始的神经元位置扩散出去，改变其他神经元在每一次发出神经脉冲时释放神经递质的量，由此改造这些神经元，进而开启海马（海马也称海马体，主要负责长时记忆的存储转换和定向等功能）的记忆形成之路。
我们的大脑中活跃着众多的神经递质和调质，正因为如此，大脑才能不断变化，我们才得以了解、改变和适应周遭环境。
