Безпосереднє вивчення властивостей і діяльності нейронів стало можливим лише завдяки досягненням електроніки, що дозволив впровадити в техніку фізіологічного експерименту методику внутрішньоклітинної реєстрації електричних потенціалів. За допомогою мікроелектрода діаметром в один мікрон клітина піддавалася прямої дії електричного струму з одночасною реєстрацією її «відповідей» на різні збуджуючі і які гальмують імпульси. У нашій країні ця методика була вперше застосована академіком П.Т. Костюком спільно з її творцем австралійським фізіологом Дж. Екклса, що досліджували ряд питань порушення нейрона.
Фізіологи отримали можливість вловлювати сигнали головного мозку. які виходять від окремих нейронів. Сигнали ці двоякі - електричні та хімічні. Різкий стрибок електричного потенціалу нейрона виглядає на екрані осцилографа у вигляді піку ( «спайка») і відомий під назвою «потенціалу дії». Хвиля зміни потенціалу стрімко проноситься по аксону до самого його кінця багато в чому подібно до того, як біжить полум'я по бікфордові шнуру.
Нейрони здатні генерувати нервові імпульси в широкому діапазоні частот: від одного до декількох сот в секунду. Всі нервові імпульси мають одну і ту ж амплітуду, так що інформація, яку вони несуть, представлена числом імпульсів, що генеруються в одиницю часу: такий спосіб кодування відомий під назвою частотного кодування. Чим більше величина сигналу, який повинен бути переданий, тим вище частота розряду.
Функціонування мозку пов'язане з рухом потоків інформації по складним ланцюгах, що складається з нейронних мереж. Інформація передається від однієї клітини до іншої в спеціалізованих місцях контакту - синапсах. Слово «синапс» позначає «з'єднання, зв'язок» і визначає спеціалізовані контакти між збудливими клітинами, що служать для передачі і перетворення сигналів головного мозку. Типовий нейрон може мати від 1000 до 10000 синапсів і отримувати інформацію від 1000 і більше інших нейронів.
В цьому відношенні мозок можна порівняти з комп'ютером. Деякі нейробіологи не погодяться з цим, але більшість підтримає таке порівняння. Зате, мабуть, все зійдуться на думці, що комп'ютер - це машина, і нічого більше. І мозок, і комп'ютер здійснюють прийом, обробку, зберігання і видачу інформації. Переробляючи інформацію, обидва мають справу з електричними сигналами, містять безліч елементів. Значить, що ж мозок - машина? Звернемо, проте, увагу на одне з істотних відмінностей між ними. Якщо врахувати, що елементами нервової системи є не тільки нейрони, але й синапси, то число цих елементів «мозковий машини» досягає величезної цифри 1014 (100 трильйонів). Обсяг пам'яті природного мозку за приблизними підрахунками становить 3,5-1016 біт (1 біт - двійкова одиниця кількості інформації). Спробуємо тепер уявити машину-комп'ютер з таким обсягом пам'яті. Беручи до уваги можливості сучасної мікроелектроніки, можна зробити розрахунки, які показують, що обсяг «штучного мозку» складе 35 млн. Кубічних метрів! На сьогоднішній день створення такого комп'ютера виходить за рамки реального.