物理世界的结构具有层次性。物理世界中有轻子、夸克等粒子，夸克和胶子组成核子（质子和中子），核子组成原子核，原子核和电子组成原子，原子形成分子，再到大分子，到宏观的物理世界，甚至宇宙，这就是无生命的物理世界的层次性。物理学在研究某一个物质层次时往往忽略比它更小的层次，比如说对超导体的研究就不涉及对原子核反应的研究，但物理世界的这些层次又是统一的。
正像物理世界具有许多层次那样，脑的结构和功能也具有许多层次。心理科学和神经科学研究脑的结构和功能，涉及从分子到行为的许多层次。分子指生物体内，特别是脑内的分子；行为指个体的各种反应、动作和活动。
从分子到行为，存在哪些不同的层次呢?从生物学角度来看，大脑有组织结构和功能分工。在宏观方面，我们对脑的组织结构已经认识得很清楚了。在微观方面，基因、各种蛋白质分子，与其他生物分子一道组成了神经细胞（神经元和胶质细胞）。神经元又通过突触形成连接，组成回路，进而按一定的分类组成不同的亚区，*终形成宏观的脑区，如大脑皮层、中脑、丘脑，以及脑干、脊髓等。
脑的结构与功能是相辅相成的，结构是功能的基础。神经元和神经回路结构和功能的多样性以及它们之间复杂的联系导致了脑功能的复杂性。可以想象，神经系统是一个非常复杂的网络系统，在结构和功能两个层面都可以不断地分为次级系统，各个次级系统之间有复杂的联系和相互作用。随着系统复杂性的提高，功能的复杂性也增加，并在一定条件下实现某种质的飞跃，如出现人类高级精神活动。神经系统的高级功能是通过脑内网络系统实现的。在这个意义上，分子和
细胞的功能可以通过神经网络系统导致心理过程。
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