腦是產生精神活動的器官，現代神經科學已證明，正常的大腦結構和功能能產生正常的精神活動，反之則可出現精神活動的異常。如額葉的認知功能受到傷害，患者則會在時間及空間上難以完成複雜的動作;酒精中毒所致的維生素B族的缺乏，使內側丘腦和乳頭體損傷，導致患者近記憶障礙和定向障礙;磁共振(MRI)掃描發現精神分裂症患者的丘腦小於正常人，這可能就是其在發病期間出現幻覺的原因之一。
通過腦的神經生化研究也發現，精神分裂症患者的幻覺、妄想、行為紊亂等陽性症狀與皮層下邊緣系統多巴胺(DA)功能亢進有關，而思維貧乏、情感淡漠、意志缺乏等陰性症狀與皮層內，尤其是前額皮層的DA功能低下相關。5-羥色胺(5-HT)功能降低也與抑鬱症患者的情緒低落、食慾減退、焦慮不安、晝夜節律紊亂、失眠、活動減少及性功能障礙密切相關。
另外，人類基因只有30 000 ~ 40 000萬個，但在學習訓練、經驗積累和外界環境的作用下，卻能形成幾萬億至十幾萬億個突觸聯絡，說明人腦具有很大的可塑性，這也為藥物治療和心理治療提供了治療基礎。
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