人腦在神經元（神經細胞）之間錯綜複雜的通道數目巨大到屬於天文數字。這是由於神經元有這麼多連繫的緣故；一個神經原可能與其他十多萬個神經元相連。史密斯(Anthony Smith)在《頭腦》一書中指出：「在現代人的腦中，可能形成的連接可說是無窮盡的。」據神經學家湯普森說，這個數目大於「已知的宇宙中原子微粒的總數」。

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奇妙的神經元

神經元便是一個神經細胞和它的一切作用。你的神經系統含有許多類型的神經元，總數約達5000億個之多。其中有些是知覺感受體，把來自身體各部分的資訊傳到腦裡。在腦裡較高之處的神經元的機能頗像一副錄影機，能夠永久儲存來自眼和耳的資料。多年之後，你可以「重播」這些影像和聲音，並且附以自己的思想和感受，而這是沒有任何人造的機器能夠錄下的。

人類的記憶力依然是個謎。這可能與神經元的連接方式有關。薩巴夫在他所著的《活的身體》一書中解釋說：「普通的腦細胞大約與6萬個其他腦細胞連接；的確，有些細胞連接著25萬個其他細胞之多。……在人腦裡面，神經細胞彼此連接的通道所能儲存的資料至少比最大的百科全書——例如有20或30大卷的——所儲存的資料多1000倍。」

但是神經元怎樣把資料傳至另一個神經元呢？神經系統簡單的生物有許多神經細胞連接起來。在這種情形之下，電脈衝從一個神經元傳到另一個神經元。這種連接稱為電氣突觸。它既快捷，又簡單。

看來很奇怪，人體內大多數神經元傳遞信息反而是通過化學突觸的。這種較慢和較複雜的方法可以比作火車到達河邊，沒有橋梁通過而要用小輪來渡河的情況。一股電脈衝到達一個化學突觸時便要停下來，因為有空隙把兩個神經元分開了。信號於是轉變為化學作用，發揮「小輪渡河」的功能。為什麼神經脈衝要用這麼複雜的電氣－化學方法傳送呢？

科學家看出化學突觸有許多優點。它確保信息只朝一個方向傳送。同時，它被形容為可塑的，因為它的功能或結構可以很易變動。信號到了這裡可加以修改。藉著運用，有些化學突觸變得更強大，有些則由於不用而消失。湯普森在他所著的《腦》一書中聲稱：「若只有電氣突觸，神經系統就不能養成學習和記憶的能力。」

科學作家史密斯在《頭腦》一書中解釋說：「神經元不單是發揮開關的作用而已。……它們必須能夠傳遞比『是』或『否』更加微妙複雜的資料。它們不光是彷彿用鐵錘槌釘，只牽涉到槌得較疏或較密。它們其實類似木匠的工具箱，裡面有螺絲起子、鉗子、鑷子、木槌——和鐵錘。……每個神經脈衝都在沿途受到更改，尤以在突觸處為然。」

化學突觸還有進一步的優點。它比電氣突觸所佔的空間較小，這可以解釋為什麼人腦有這麼多的突觸。《科學》雜誌認為突觸的總數達100萬億——相當於數百銀河系的星體數目。神經學家湯普森補充說：「人之所以是人是因為我們的腦基本上說來是副化學機器而非電動機器。」