私達の脳は1,000億以上もの神経細胞から成り立っています。各神経細胞は軸索と樹状突起と呼ばれる２種類の突起を伸ばし、互いにシナプスと呼ばれる部位を介して結合し神経回路を形成します（左図の赤い点が各シナプスを示し、中央の電子顕微鏡像は１個のシナプスを拡大したものです。）。シナプスはグルタミン酸などの神経伝達物質を含むプレシナプス（軸索側）とその受容体が配置されているポストシナプス（樹上突起側）という非対称な構造からなり、一方向性のシナプス伝達を可能にしています（右図の矢印）。シナプス伝達は非常に精密に制御されており、使用状況に応じてその伝達効率が柔軟に変化すると考えられています（シナプスの可塑性）。