مغز به عنوان پیچیده‌ترین ماده هستی شناخته می‌شود. ماده تشکیل‌دهنده مغز از مولکول‌های بسیار زیادی تشکیل شده است که بسیاری از آنها مخصوص خود مغز هستند. هر کدام از این مواد نقش ویژه‌ای در مغز بازی می‌کنند. برای مثال مولکول‌هایی در مغز هستند که نقش انتقال پیام‌های مختلف درون سلول و یا بین سلول‌ها را برعهده دارند و یا مولکول‌های دیگری که عبور و مرور مواد مختلف به سلول‌های عصبی را کنترل می‌کنند. مطالعه مغز از منظر مولکول‌های تشکیل‌دهنده آن را علوم اعصاب مولکولی گویند. این سطح از تحلیل بسیار پایه‌ای بوده و در ابتدای ساختار سطوح آنالیز قرار داد. شکل 1 قسمتی از مولکول‌های مورد استفاده در ساختار کانال‌های ولتاژی پتاسیم را نشان می‌دهد.
نحوه ارتباط سلول‌های عصبی با یکدیگر، سوال مهم این حوزه است. این‌که سلول‌ها چه طور بر روی هم تاثیر می‌گذارند و یا چگونه در جریان رشد موجودات زنده و یادگیری آنها، نحوه ارتباط سلول‌های عصبی تغییر می‌کند به عبارت دقیق‌تر محاسبات چگونه در سلو‌های عصبی و ارتباط آنها با یکدیگر انجام می‌شود. شکل 2 نمایی از چند سلول عصبی متصل به یکدیگر را نمایش می‌دهد.
شاید بیشترین چالش در علوم اعصاب، فهم مکانیزم عصبی مرتبط با ویژگی‌های متعالی ذهن، باشد. این ویژگی‌ها شامل مواردی چون خودآگاهی13، تصویرسازی ذهنی14، و زبان15 است. به عبارت دیگر در علوم اعصاب شناختی دانشمندان می‌خواهند بدانند که چگونه فعالیت‌های مغزی، ذهن را می‌آفریند.
بنابر آنچه تاکنون بیان شد، امروزه علوم اعصاب شامل مجموعه پیچیده‌ای از دانش و مهارت برای فهم مغز در یکی از سطوح مذکور است. از منظر دیگر می‌توان تحقیقات علوم اعصاب را در دوسته کلی بالینی16 و تجربی17 تقسیم‌بندی کرد. علوم اعصاب بالینی بیشتر توسط پزشکان انجام می‌شود. پزشکان با تخصص‌های اعصاب18، روانپزشکی19، جراحی اعصاب20 و آسیب‌شناسی عصبی21 در صدد مطالعه و تحقیق سیستم عصبی انسان و درمان بیماری‌ها و آسیب‌های وارد شده به آن هستند. بسیاری از دانشمندان فعال در حوزه علوم اعصاب بالینی در ادامه سنت بروکا22، دانشمند معروفی که توانایی صحبت کردن را به قسمتی از لب پیشانی سمت چپ مرتبط کرد، به دنبال تعیین کارکرد قسمت‌های مختلف مغز از طریق مطالعه رفتارهای ناشی از آسیب به مغز هستند. به طور کلی مطالعات این حوزه با محوریت درمان و بررسی مزایا و معایب روش‌های جدید درمانی بیماری‌های حوزه اعصاب است.
با وجود اهمیت بسیار زیاد مطالعات بالینی، مبنا و اساس همه درمان‌های پزشکی بر اساس مطالعات حوزه علوم اعصاب تجربی است که توسط پزشکان و سایر دانشمندان این حوزه انجام می‌گیرد. مطالعات علوم اعصاب تجربی بسیار وسیع بوده و شامل روش‌های زیادی است. همان‌‌طور که پیشتر نیز گفته شد، علوم اعصاب به شدت بین رشته‌ای است و دانش و مهارت از تخصص‌های زیادی به کار گرفته می‌شود تا یک تحقیق در حوزه علوم اعصاب تجربی انجام شود.
در ادامه نام و توصیف حوزه‌هایی که دانشمندان علوم اعصاب تجربی در آن مشغول به فعالیت هستند ذکر شده است.
علوم اعصاب محاسباتی: دانشمندان این حوزه (Computational neuroscientist) از ریاضیات و رایانه برای ساختن مدل‌های مغزی و مدل‌های کارکرد مغزی استفاده می‌کنند.
زیست‌شناسی عصبی رشد: دانشمندان این حوزه (Developmental neurobiologist) به تجزیه و تحلیل و مطالعه رشد و بلوغ مغز می‌پردازند.
زیست‌شناسی عصبی مولکولی: در این حوزه دانشمندان (Molecular neurobiologist) با استفاده از دانش ژنتیک و اطلاعات ژنتیکی سلول‌های عصبی در صدد فهم ساختار و کارکرد مولکول‌های مغزی هستند.
آناتومی عصبی: این حوزه (Neuroanatomist) به مطالعه ساختار سیستم عصبی می‌پردازد.
علوم اعصاب شیمیایی: دانشمندان این حوزه (Neurochemist) به مطالعه ساختارهای شیمیایی سیستم عصبی می‌پردازند.
رفتارشناسی عصبی: مطالعه مبنای عصبی رفتارهای ویژه گونه‌های مختلف حیوانات و انسان در طبیعت توسط دانشمندان این حوزه (Neuroethologist) انجام می‌شود.
داروشناسی عصبی: دانشمندان این حوزه (Neuropharmacologist) به بررسی اثر داروهای مختلف بر روی سیستم عصبی می‌پردازند.
فیزیولوژی عصبی: این دانشمندان (Neurophysiologist) به مطالعه ویژگی‌های الکتریکی سلول‌های عصبی می‌پردازند.
روانشناسی فیزیولوژیک: بررسی مبنای فیزیولوژیک و زیستی رفتار اساس کار دانشمندان (Physiological psychologist) این حوزه است.
سایکو فیزیک: دانشمندان این حوزه (Psychophysicist) به اندازه‌گیری توانایی ادارک به کمک روش‌های دقیق فیزیکی می‌پردازند.
به این ترتیب طیف وسیعی از دانشمندان همگی تلاش می‌کنند که بتوانند علوم اعصاب را به کمک روش‌های علمی در زمینه‌های مختلف پیش ببرند. روش علمی مستقل از حوزه و سطح تحلیل، شامل چهار مرحله اساسی است: مشاهده23، تکرار24، تفسیر25 و تصدیق26.
مشاهده معمولا در جریان آزمایش و تجربه‌ای که برای تحقیق فرضیه مشخص طراحی شده است به دست می‌آید. گاهی مشاهدات از طریق نگاه دقیق به جهان اطراف، درون‌نگری و یا مشاهده بیمارانی که برای درمان آمده‌اند نیز حاصل می‌شود. تکرار، تضمین می‌کند که مشاهده ما اتفاقی نبوده است. زمانی که محقق از تصادفی نبودن مشاهده خود مطمئن شد، سعی در تفسیر مشاهده می‌کند. تفسیرها معمولا به وضعیت دانش در زمان انجام مشاهده و مفروضات دانشمندان بر می‌گردد.
بنابراین معمولا تفسیرها با عوض شدن دانش ما می‌تواند تغییر می‌کند. مرحله تصدیق به معنای تکرار آزمایش توسط شخص دیگری است. اگر مشاهدات پیشنهادی آزمایش کننده اول توسط اشخاص دیگر نیز تکرار شود؛ آنگاه ما به یک حقیقت علمی دست پیدا کرده‌ایم. گاهی ممکن است با عوض شدن شرایط در آزمایش نفر دوم، تفسیرهای پیشنهادی آزمایش‌کننده اول به کلی رد شود و یا تفسیر جدیدی برای توصیف مشاهده‌های جدید ارائه شود.
4. http://med.monash.edu.au/psych/acnc/
منبع مجله دانشمند شماره 612 مهر 1393