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大腦是一個極其複雜的網路，大約由 1000 億個左右的神經元組成，每個神經元透過數千個連線與其他神經元通訊。操縱如此複雜的系統來弄清其工作原理的想法表面上看來似乎不太可能。然而，一些勇敢的探險家已將目光投向這片內在的細胞叢林。人們已經想出了巧妙的電氣或分子方法來監聽或調整神經元，以便他們能夠破譯這種複雜的思考-觀察-騎腳踏車機器是如何運作的。《大眾科學· mind》題為“未來的你”的特刊描述了旨在從內部揭示大腦秘密的新技術。
在匹茲堡，一位大部分癱瘓的年輕女性在其運動皮層（一個幫助協調運動的大腦中心）中植入了兩個微小的電極網格。當她將植入物插入計算機時，這些電極將來自她神經元的資訊傳遞給機器人，使她能夠控制機械手臂和手。這位女性患有神經退行性疾病，導致她無法控制自己的肌肉，但她似乎很享受學習用思想操縱機器人的過程。儘管如此，我仍然難以理解允許科學家以這種方式在你的大腦上進行實驗所需的勇氣。
這種腦機介面的一個明顯用途是讓癱瘓人士更好地控制環境。此外，這些裝置正在幫助科學家瞭解我們如何學習運動任務。當孩子學習騎腳踏車時，行為上的改變是顯而易見的：她不再向一側傾倒，而是可以坐直並向前踩腳踏車。然而，當她的技能提高時，她大腦中發生了什麼，長期以來一直 Largely 隱藏。但是，透過監測人員或動物學習任務時神經元的活動，科學家可以直接觀察到伴隨這種學習的神經元訊號傳導的變化。在對大鼠和小鼠的一些研究中，科學家發現，掌握一項任務涉及將執行一個程式所需的神經元集合縮小到一個更小的、據推測是關鍵的集合（參見“人體半機械人揭示我們如何學習”）。
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其他研究人員正在為動物的大腦配備微小的太陽能電池，並使用光來開啟或關閉特定的網路，以弄清它們的作用。這項名為光遺傳學的技術涉及賦予神經元將光轉換為電訊號的分子，這正是神經元用來通訊的方式。這些分子是從藻類或細菌中提取的光碟機動泵或通道，它們將正離子或負離子輸送到細胞內或細胞外，從而加速或沉默神經元訊號傳導。研究人員已經使用這種插入的通道來查明大腦中的攻擊性迴路：將光照射到某些被賦予這些外來分子的細胞上，從而啟用它們，使小鼠突然開始攻擊其他小鼠。其他人則使用該技術來查明記憶回憶的神經基礎。科學家利用光遺傳學沉默過度活躍的神經元，已經阻止了小鼠的癲癇發作。透過激發大腦中某些運動神經元，這種光“療法”已經使表現出類似帕金森病症狀的小鼠的步態變得平穩（參見“光敏神經元揭示大腦的秘密”）。
但是，儘管外科醫生可以將電極陣列植入人體，但沒有醫生或科學家可以可靠地將光敏蛋白導向人體內特定的一組神經元。因此，從治療的角度來看，光遺傳學的主要希望在於它能夠幫助科學家破譯某些疾病背後的神經程式碼中的異常。有了更多的知識，研究人員可以開發出更好的治療方法。隨著電極和光遺傳學實驗揭示更多與學習和記憶相關的迴路，也許我們將弄清楚如何也增強這些過程。