Испанский ученый Сантьяго Рамон-и-Кахаль, изучавший в XIX в. нервные клетки, называл нейрон "аристократом среди прочих структур тела". Они, будучи аристократами, являются главными потребителями ресурсов организма. Хотя вес мозга составляет лишь 2 процента от общей массы тела, в любой конкретный момент он омывается 15 процентами всей крови и поглощает 20 процентов питательных веществ и кислорода.
Каждый нейрон состоит из тела с ядром и отходящих от него отростков. Короткие отростки — это дендриты, а длинные, разветвляющиеся на конце, как корень растения, — аксоны. Дендриты, насчитывающие в человеческом теле сотню тысяч миль (1 миля равна 1609 м), являются улавливающими антеннами клеток; аксоны проводят исходящие сигналы. В связях между нейронами аксон одной клетки и дендрит другой не соприкасаются плотно друг с другом. Между ними остается промежуток шириной в миллионную долю дюйма, называемый синапсом, и соединение происходит химическим путем через эту щель. Вероятно, в мозгу насчитывается до сотни триллионов синапсов.
Сигналы, передающиеся в мозгу от нейрона к нейрону, начинаются с электрического импульса, разряжающегося в аксоне или возбуждающего его. Достигая синапса, электрический импульс заставляет вырабатываться химическое вещество — медиатор (посредник), проникающий в синаптическую щель. Поступая в специальный приемник в дендрите другой клетки, сигнал вновь преобразуется в электрический и продолжает свой путь.
Мощность электрических сигналов мозга невелика, но если в один момент возбуждается сразу большой участок нейронов, то мозг может охватить сокрушительное электрическое возбуждение, сходное с эпилептическим припадком. Для защиты от собственной мощи мозг снабжен механизмом сильного замедления возбуждения в нейронах.
Несмотря на кажущуюся быстроту мысли, импульсы мозга просто ползут по сравнению с импульсами, передающимися в искусственных электронных системах. Самые крупные нервные волокна передают импульс со скоростью 200 миль в час, другие же — со скоростью меньшей, чем 55 миль в час; это очень небольшой темп по сравнению с темпом электронов, движущихся со скоростью в десятки тысяч миль в секунду. Такую относительно низкую скорость ученые объясняют общей медлительностью электрохимических процессов в отличие от электронных. Но некоторые исследователи полагают, что это еще и вынужденное приспособление к определенным условиям: мозг должен передавать импульсы в соответствии со способностью тела отзываться на них.