یکی از سؤالات پایه عصب‌شناسان این است که آیا کارکردهای شناختی توسط قسمت خاصی از مغز انجام می‌شود یا کل مغز در آن درگیر است؟ در نیمه‌های قرن نوزده، پاول بروکا جراح فرانسوی، مشاهده کرد که بیماران مبتلا به نقص تکلم در اثر سکته، قادر به تکلم نیستند در حالی‌که می‌توانند مفاهیم و معانی زبان را کاملا بفهمند. این اختلال ناشی از نقص حرکتی در عضلات دهان، حلق یا تارهای صوتی نبود و شخص می توانست کلمات منفرد را ادا کند، ولی قادر به ادای جملات کامل نبود. مطالعه مغز این بیماران پس از فوت آنها نشان داد که ناحیه‌ای در نیمکره چپ مغز در قسمت خلفی قطعه پیشانی آنها )موسوم به ناحیه بروکا(  دچار ضایعه شده است.

حدود یک دهه بعد یک دانشمند آلمانی به نام کارل ورنیکه  مقاله‌ای را در مورد بیمارانی منتشر کرد که قادر به تکلم بودند، ولی توانایی درک زبان را نداشتند. این بیماران دچار ضایعه در قسمت خلفی قطعه گیجگاهی خود در محل اتصال قطعات پس سری و آهیانه‌ای بودند. این کشف به همراه یافته‌های بروکا منجر به ارائه مدلی برای عصب زیست شناسی تکلم شد که امروزه هم معتبر است.

در مدل پیشنهادی ورنیکه زبان شامل دو بخش حسی و حرکتی است که در دو قسمت مجزای قشر مخ پردازش می‌شوند. بخش حرکتی که ایجاد گفتار را بر عهده دارد در مجاورت و جلوی قشر حرکتی در قطعه پیشانی قرار دارد. بخش حسی که ادراک کلمات را بر عهده دارد در ناحیه قطعه گیجگاهی در مجاورت قشر شنوایی در قطعه گیجگاهی و قشر ارتباطی در قشر آهیانه‌ای )ناحیه‌ای از قشر که اطلاعات حسی-پیکری، بینایی و شنوایی را تلفیق می‌کند)  قرار دارد. اطلاعات شنیداری و دیداری مربوط به کلمات ابتدا در قشرهای شنوایی و بینایی پردازش و سپس در ناحیه ارتباطی به یک رمز مشترک شنیداری-دیداری تبدیل و به ناحیه ورنیکه فرستاده می‌شود تا معنای کلمات استخراج شود. ناحیه بروکا اطلاعات حسی را دریافت و با اعمال قواعد زبانی، آن را به طرح‌های حرکتی گفتاری یا نوشتاری تبدیل می‌کند

.

قبل از کشفیات ورنیکه دو نظریه در مورد عملکرد مغز وجود داشت. یکی قشر مغز را موزاییکی از نواحی عملکردی مجزا در نظر می‌گرفت و دیگری هر عمل شناختی را نتیجه عملکرد همه قشر می‌دانست. مدل ورنیکه علاوه بر اینکه به درک اساس بیولوژیکی زبان کمک کرد، به طور عمومی‌تر دو دیدگاه مزبور را با هم آشتی داد. او پیشنهاد کرد که پایه‌ای‌ترین کارکردهای شناختی  مانند کارکردهای ساده حرکتی و ادراکی توسط یک ناحیه خاص مغز پردازش می‌شود و کارکردهای پیچیدهتر حاصل ارتباط و تعامل چند ناحیه است. بنابراین ورنیکه اولین کسی بود که ایده پردازش توزیعی در مغز را که امروزه یکی از ارکان علوم اعصاب است، مطرح کرد.

مدارهای عصبی با کارایی شگفت انگیزی اطلاعات را در سطوح مختلف پردازش کرده، فعالیت نورونی به تجربه شناختی و احیاناً به پاسخ رفتاری منجر می‌شود. علاوه بر این، فعالیت مدارهای عصبی می‌تواند به تغییرات پایا در این مدارها منجر شود و این تغییر در پردازش‌های آتی مورد استفاده قرار گیرد، فرایندی که یادگیری نام دارد. مطالعه مدارهای عصبی و چگونگی پردازش اطلاعات در آنها حوزه‌ای از علوم اعصاب را تشکیل می‌دهد که به علوم اعصاب سیستمی معروف است و سهم عمده‌ای در درک مبانی عصب شناختی شناخت دارد.

ثبت فعالیت نورونی به روش خارج سلولی در حیوانات حین انجام تکلیف، تصویربرداری کارکردی از مغز حیوانات یا انسان، دستکاری فعالیت مغزی با استفاده از تحریک الکتریکی یا مداخله دارویی و اخیراً استفاده از فناوری اپتوژنتیک  از مهمترین روش‌های مورد استفاده عصب-شناسان سیستمی است.

*استاد دانشگاه تربیت مدرس