Hệ thần kinh hoạt động dựa trên hai cấu trúc, cấu trúc phần cứng (mạng thần kinh) và cấu trúc phần mềm

Tổ chức mạng thần kinh

Hệ thần kinh chi phối chức năng vận động, chức năng cảm giác (cảm giác chung về thân thể) và giác quan (được tiếp thu bởi 5 giác quan của cơ thể). Ngoài ra hệ thần kinh trung ương cùng với hệ nội tiết, điều hoà các chức phận khác nhau của cơ thể.

Hệ thần kinh được tạo thành bởi số lượng lớn tế bào riêng biệt gọi là Nơron.

Não người có khoảng 15 tỷ Nơron, mỗi Nơron có thể nhận tin từ 10 ngàn Nơron khác. Nếu không có yêu cầu truyền tin, các Nơron là tách biệt nhau, nhưng nếu có yêu cầu lập cấu trúc thông tin, nó có thể hình thành ngàn tỷ lần các mối liên kết. Tuy tốc độ truyền tin của các Nơron là rất chậm nhưng khả năng liên kết của nó là vô cùng lớn, cộng thêm với khả năng xử lý song song tin rất lớn nên khả năng xử lý tin của não là vô cùng lớn.

Hoạt động của hệ thần kinh thực hiện trên các đường dẫn truyền lớn (các nhóm đường).

• Nhóm thứ nhất nối với chỉ huy các chức năng thực vật, nghĩa là các chỉ huy nội tạng.
• Nhóm thứ hai điều chỉnh tất cả những hoạt động tự động, nó chịu trách nhiệm về các kích thích được cung cấp bởi các cảm giác bản thể và nội thụ.
• Nhóm thứ ba tham gia vào việc liên hệ với thế giới bên ngoài, gồm các đường về cảm giác, giác quan, vận động, cơ quan về hướng, và kiểm soát cao cấp

Cấu trúc mềm của hệ thần kinh

Hoạt động phần mềm (xử lý tin) của các đường cảm giác và giác quan gồm 3 phần chính: Bộ cảm nhận, bộ nhận thức (xử lý, nhớ) và bộ hoạt động

Bộ cảm nhận sẽ tạo ra tín hiệu xử lý gốc. Thông thông tin tín hiệu gốc sẽ chuyển vào bộ nhớ đệm (sau một thời gian sẽ xoá bỏ) đồng thời từ tín hiệu gốc truy xuất các tín hiệu có liên quan ở các bộ nhớ làm việc khác

Thông tin đối tượng (ta đang gặp) thông qua hệ cảm nhận sẽ chuyển vào bộ nhớ đệm (thông qua xử lý của hệ cảm nhận) sau đó chuyển vào bộ nhớ làm việc (qua xử lý của hệ nhận thức).

Thông tin ở bộ nhớ làm việc được so sánh với các cơ sở dữ liệu ghi trong bộ nhớ dài hạn (đúng ra là bộ xử lý nhận thức ra lệnh quét truy tìm các thông tin lưu ở bộ nhớ dài hạn đưa về bộ nhớ làm việc “nhận dạng tương đồng” với thông tin đang nằm ở bộ nhớ làm việc).

Từ khi xuất hiện tín hiệu gốc, qua quá trình xử lý ta nhận biết và “hiểu” được nó. Tín hiệu đó đúc kết tạo dựng một khuôn hình mới thực hiện chọn lọc tích lũy: đúc kết nội dung, hoàn chỉnh các mối nối với các tin, bó tin. Sau cùng sẽ lưu trữ vào bộ nhớ dài hạn (nếu thấy cần thiết). Như thế đã kết thúc một vòng xử lý (vòng xử lý lớn). Để bảo đảm các bộ phận cùng hoạt động trong một vòng xử lý, bộ não tạo ra các sóng (dao động) để duy trì hoạt động của một vòng nào đó. Ví dụ sóng Theta (4–7 Hz) để duy trì hoạt động vòng nhớ, sóng 40 Hz để duy trì hoạt động vòng thị giác

Đặc tính của hệ thần kinh

Hệ thần kinh của con người khi thức, luôn luôn làm việc ở trong trạng thái hưng phấn,phát động với các kích thích bên ngoài cần quan tâm và ức chế các kích thích không cần quan tâm. Một kích thích muốn gây được hưng phấn (hay ức chế) cần phải có cường độ đủ lớn, phải tác động trong một thời gian cần thiết. Phản ứng hưng phấn (hay ức chế) tạo nên các cung đoạn xử lý phân theo tốc độ, gồm có phản ứng xử lý chậm và phản ứng xử lý nhanh

Việc xử lý của hệ thần kinh cũng chia ra “mức triệt để” và “mức mờ”. Mức triệt để hoàn toàn mất đau như gây tê ở một vùng. Mức mờ có thể đưa ra ví dụ: Khi ta đọc một chữ (ở một dòng trên trang sách) thực tế ta vẫn thấy các chữ liền kề đó đã bị ức chế mờ ở xử lý nhận dạng (tín hiệu đó bị nén xuống coi như tín hiệu nhiễu không được đưa vào xử lý tường minh). Xử lý triệt để đặc biệt có xử lý tập trung cao: tập trung, chọn lọc, xử lý thông tin vào một diện hẹp để tìm ra lời giải (thí dụ như xử lý tập trung cao của Newton khi tìm ra lực hấp dẫn).

Một đặc điểm của hệ thần kinh là tính linh hoạt rất cao, có thể chuyển các chức năng của bán cầu trái dồn về bán cầu phải (khi bán cầu trái bị tổn thương nặng), có thể chuyển các tuyến từ diện này sang diện khác.