การออกกำลังกายมีผลมากต่อโครงสร้าง หน้าที่การทำงาน และการรู้คิดของสมองใช่หรือไม่?
ผลทางประสาทชีวภาพของการออกกำลังกาย
การออกกำลังกายแบบแอโรบิกอย่างสม่ำเสมอเป็นเวลาหลายเดือนจะทำให้ executive functions ดีขึ้นอย่างสำคัญ และเพิ่มปริมาตรเนื้อเทา (gray matter) ในเขตสมองหลายเขต โดยเฉพาะส่วนที่มีหน้าที่เกี่ยวกับ executive functions
โครงสร้างทางสมองที่ตอบสนองต่อการออกกำลังกายโดยขยายปริมาตรสูงสุดก็คือ prefrontal cortex, caudate nucleus, และฮิปโปแคมปัส
ส่วนที่น้อยลงมาก็คือ anterior cingulate cortex, สมองกลีบข้าง, สมองน้อย และ nucleus accumbens
และส่วน prefrontal cortex, caudate nucleus และ anterior cingulate cortex เป็นโครงสร้างทางสมองแบบโดพามีนและนอร์เอพิเนฟรินที่สำคัญที่สุดที่ควบคุมการรู้คิด
ความจำเชิงกระบวนวิธี
ความเข้าใจปัจจุบันของกายวิภาคและสรีรภาพของสมองบอกเป็นนัยว่า 
สภาพพลาสติกของนิวรอนใน striatum เป็นเหตุที่ยังให้วงจรประสาทต่าง ๆ ใน basal ganglia สามารถสื่อสารกับโครงสร้างต่าง ๆ
และทำกิจประมวลผลเกี่ยวกับความจำเชิงกระบวนวิธี
ผลทางประสาทชีวภาพของการออกกำลังกาย
การออกกำลังกายแบบแอโรบิกให้สม่ำเสมอจะปรับปรุงอาการที่สัมพันธ์กับความผิดปกติของระบบประสาทกลาง (CNS disorder) ต่าง ๆ และสามารถใช้เป็นการรักษาเสริมสำหรับความผิดปกติเหล่านั้น มีหลักฐานที่ชัดเจนถึงประสิทธิผลของการออกกำลังกายเพื่อรักษาโรคซึมเศร้า (MDD)
และโรคสมาธิสั้น (ADHD)
หลักฐานพรีคลินิกและหลักฐานคลินิกที่กำลังออกมาเรื่อย ๆ จำนวนมาก สนับสนุนการรักษาโดยการออกกำลังกายเพื่อรักษาและป้องกันการติดยา
งานทบทวนวรรณกรรมที่ตรวจหลักฐานทางคลินิกยังสนับสนุนให้ออกกำลังกายเป็นการรักษาเสริมสำหรับโรคประสาทเสื่อม (neurodegenerative disorder) บางอย่าง โดยเฉพาะโรคอัลไซเมอร์
และโรคพาร์คินสัน
การออกกำลังกายอย่างสม่ำเสมอยังสัมพันธ์กับโอกาสเสี่ยงต่อโรคประสาทเสื่อมที่ต่ำกว่า
และเสนอให้ใช้เป็นการรักษาเสริมต่อมะเร็งสมองอีกด้วย
Neuroplasticity (สภาพพลาสติกในระบบประสาท) เป็นกระบวนการปรับตัวของเซลล์ประสาทต่อสิ่งรบกวนในช่วงระยะเวลาหนึ่ง และโดยมากเกิดตอบสนองต่อสิ่งเร้าที่ซ้ำ ๆ
การออกกำลังกายแบบแอโรบิกเพิ่มการผลิตปัจจัยบำรุงสมอง (neurotrophic factors) 
ซึ่งอำนวยปรับปรุงการรู้คิด (cognitive function) และความจำต่าง ๆ โดยโปรโหมตการเกิดหลอดเหลือดในสมอง (angiogenesis) การเกิดเซลล์ประสาทของผู้ใหญ่ (adult neurogenesis) 
และการปรับเปลี่ยนทางประสาท (neuroplasticity) อย่างอื่น ๆ
ผลทางประสาทชีวภาพของการออกกำลังกาย
งานปริทัศน์อีกงานหนึ่งให้ข้อสังเกตว่า โยคะอาจมีประสิทธิผลบรรเทาอาการโรคซึมเศร้าก่อนคลอดบุตร (prenatal depression) ของหญิงมีครรภ์
ส่วนงานทบทวนอีกงานหนึ่งแสดงว่า 
หลักฐานจากการทดลองทางคลินิกสนับสนุนว่า การออกกำลังกายมีผลดีต่อการรักษาโรคซึมเศร้าที่ช่วง 2-4 เดือน
แต่งานทบทวนหลักฐานทางคลินิกปี 2558 และแนวทางทางการแพทย์สำหรับรักษาโรคซึมเศร้าด้วยการออกกำลังกายให้ข้อสังเกตว่า หลักฐานที่มีเกี่ยวกับประสิทธิผลของการออกกำลังกายมีข้อจำกัด
ถึงอย่างไรก็ดี ก็ยังมีหลักฐานที่ชัดเจนว่าช่วยลดอาการของโรค
งานยังให้ข้อสังเกตว่า ลักษณะคนไข้ รูปแบบความซึมเศร้า และลักษณะของโปรแกรมการออกกำลังกายล้วนมีผลต่อการแก้ความซึมเศร้า
การทำงานในสมองกับการเข้าสมาธิ
แต่ความเปลี่ยนแปลงที่พบในผู้เจริญกรรมฐาน โดยมากจะพบเฉพาะในคอร์เทกซ์ที่เกี่ยวข้องกับ executive functions และ คอร์เทกซ์สัมพันธ์ (association cortices) 
ซึ่งสนับสนุนความคิดว่า การเจริญกรรมฐานช่วยเพิ่มการควบคุมตัวเองและความใส่ใจ
งานวิจัยเร็ว ๆ นี้ ยังได้ตรวจสอบว่า ความเปลี่ยนแปลงเช่นนี้ อาจจะเปลี่ยนแปลงการทำงานร่วมและการเชื่อมต่อกับ default mode network (DMN) อย่างไร DMN เป็นเครือข่ายของเขตต่าง ๆ ในสมองที่มีสมมุติฐานว่า จะทำงานเมื่อบุคคลทำงานทางใจรวมทั้งฝันกลางวัน
ความจำชัดแจ้ง
เชื่อกันว่า การนอนหลับมีบทบาทสำคัญในการทำความจำชัดแจ้งให้มั่นคง (consolidation)
โดยเฉพาะก็คือ มีคุณสมบัติพิเศษของการนอนหลับที่เพิ่มระดับการทำความจำให้มั่นคง (memory consolidation)
เช่นมีการปลุกฤทธิ์ (reactivation) ของความจำที่เพิ่งได้เรียนรู้ใหม่ในขณะหลับ
ยกตัวอย่างเช่น มีการเสนอว่า กลไกหลักของการทำความจำชัดแจ้งให้มั่นคงขณะหลับ
ก็คือการปลุกฤทธิ์ของโครงสร้างทางประสาทที่เป็นตัวแทนความจำในฮิปโปแคมปัส
ซึ่งมีผลเป็นการย้ายข้อมูลความจำไปยังเครือข่ายประสาทต่าง ๆ ในคอร์เทกซ์ใหม่ เป็นที่ที่มีการเกิดตัวแทนความจำแบบระยะยาว
เปลือกสมอง
สมองกลีบหน้า มีบทบาทในการวางแผนพฤติกรรมเกี่ยวกับการเคลื่อนไหว และในความคิดทางนามธรรม ในอดีต ได้มีทฤษฎีว่า สมรรถภาพเกี่ยวกับภาษานั้นอยู่ในสมองซีกซ้าย กล่าวโดยเฉพาะคือ ในเขตบร็อดแมนน์ 44/45 หรือเรียกอีกอย่างหนึ่งว่า เขตโบรคา ในด้านการแสดงออก (เช่นคำพูดและการเขียน), และในเขตบร็อดแมนน์ 22 หรือเรียกอีกอย่างหนึ่งว่า เขตเวอร์นิก ในด้านการรับรู้ (เช่นการฟังและการอ่าน) แต่ปรากฏว่า สมรรถภาพเกี่ยวกับภาษากลับไม่จำกัดอยู่ในเพียงแค่เขตเหล่านั้นเท่านั้น งานวิจัยเร็ว ๆ นี้เสนอว่า กระบวนการแสดงออกและการรับรู้ของภาษา เกิดขึ้นในเขตอื่นนอกเหนือจากเขตรอบร่องด้านข้างเหล่านั้น เช่น ในคอร์เทกซ์กลีบหน้าผากส่วนหน้า ปมประสาทฐาน ซีรีเบลลัม พอนส์ นิวเคลียสมีหาง (caudate nucleus) และเขตอื่น ๆ
จิตพยาธิวิทยาสัตว์
นักวิจัยบางท่านเชื่อว่า พฤติกรรมย้ำทำที่ไม่เป็นประโยชน์สามารถมองได้ว่า เป็นกระบวนการปกติที่มีประโยชน์แต่ทำมากเกินไป
วงจรประสาทใน striatum และสมองกลีบหน้า มีบทบาทในการพยากรณ์ความต้องการและภัยที่อาจเกิดขึ้นในอนาคต และงานวิจัยปี 2549 ก็เสนอว่า
ความเปลี่ยนแปลงของวงจรนี้อาจมีผลเป็นระบบหลีกภัยทางการรู้คิดที่ทำงานเกิน ทำให้บุคคลรู้สึกกลัวเกินควรต่อเหตุการณ์ที่มีโอกาสน้อยหรือเป็นไปไม่ได้
ซึ่งก็อาจจะเป็นเหตุในสัตว์อื่น ๆ ด้วย
สุขศาสตร์การหลับ
การออกกำลังกายสามารถทั้งอำนวยและขัดขวางการนอนที่มีคุณภาพ
บุคคลที่ออกกำลังกายมีคุณภาพการนอนที่ดีกว่า
แต่การออกำลังกายดึกเกินไปอาจทำให้กระชุ่มกระชวยและหลับได้ช้า
การได้รับแสงสว่างธรรมชาติในช่วงกลางวัน และการหลีกเลี่ยงแสงสว่างก่อนนอนอาจช่วยประสานวงจรการนอน-ตื่นของร่างกาย ให้เข้ากับวงจรกลางคืน-กลางวันได้
Executive functions
แม้ว่า น้ำหนักของแบบจำลองว่า EF มีส่วนในการทำให้เกิดความเอนเอียงในประสาทสัมผัส จะเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ
หลักฐานโดยตรงที่แสดงการเชื่อมต่อกันโดยกิจระหว่าง PFC และเขตประสาทสัมผัสต่าง ๆ เมื่อมีการทำงานของ EF ก็ยังมีน้อยอยู่ตราบเท่าทุกวันนี้
คือจริง ๆ แล้ว มีหลักฐานเดียวที่มาจากการศึกษาที่คนไข้มีความเสียหายในส่วนหนึ่งของสมองกลีบหน้า
และเกิดผลในส่วนสมองที่ไกลจากรอยโรคที่สืบเนื่องกับการตอบสนองของเซลล์ประสาทรับความรู้สึก
แต่ว่า มีงานวิจัยน้อยงานที่ได้ตรวจสอบว่า ปรากฏการณ์เช่นนี้เกิดในเฉพาะสถานการณ์ที่เกิดการทำงานของ EF หรือไม่
ส่วนวิธีอื่น ๆ ที่วัดความเชื่อมต่อกันระหว่างเขตสมองที่อยู่ห่างกัน เช่นโดยสหสัมพันธ์ของการตอบสนองที่เห็นใน fMRI ได้แสดงหลักฐานโดยอ้อมว่า
สมองกลีบหน้าและเขตประสาทสัมผัส (เขตรับความรู้สึก) ต่าง ๆ มีการสื่อสารถึงกันและกันในกระบวนการต่าง ๆ
ที่พิจารณาว่า ทำให้เกิดการทำงานของ EF เช่นความจำใช้งาน
ดังนั้น จึงยังต้องการงานวิจัยเพิ่มขึ้นอีกเพื่อที่จะระบุว่า มีการส่งข้อมูลกลับไปกลับมาอย่างไรระหว่าง PFC และส่วนอื่น ๆ ของสมองเมื่อ EF เกิดการทำงาน
Executive functions
ความเปลี่ยนแปลงสำคัญที่เกิดขึ้นในสมองในวัยผู้ใหญ่ก็คือการสร้างปลอกไมอีลินของเซลล์ประสาทใน prefrontal cortex
ในช่วงวัย 20-29 ปี สมรรถภาพการบริหารจะอยู่ในระดับสูงสุด ซึ่งทำให้คนในช่วงอายุนี้สามารถทำงานทางใจที่ยากที่น่าสนใจที่สุด
เป็นสมรรถภาพที่จะเสื่อมลงต่อ ๆ ไป
โดยความจำใช้งานและ spatial span เป็นส่วนที่เสื่อมให้เห็นมากที่สุด
ส่วน cognitive flexibility (การคิดถึงหลาย ๆ เรื่องได้พร้อมกัน) เป็นความเสียหายที่เกิดขึ้นภายหลังและมักจะไม่เกิดขึ้นจนกระทั่งถึงอายุ 70 ปีในผู้ใหญ่ปกติ
สมรรถภาพการบริหารที่เสื่อมลงเป็นตัวพยากรณ์สมรรถภาพการช่วยเหลือตนเองได้ดีที่สุดในคนชรา
ความจำ
การเข้ารหัสของความจำใช้งาน (working memory) รวมการทำงานของนิวรอนที่เกิดขึ้นเพราะข้อมูลทางประสาทสัมผัส ที่คงอยู่แม้หลังจากข้อมูลทางประสาทสัมผัสนั้นหมดไปแล้ว (Jensen and Lisman 2005; Fransen et al. 2002) ส่วนการเข้ารหัสของความจำอาศัยเหตุการณ์มีความเกี่ยวข้องกับความเปลี่ยนแปลงอย่างถาวรในโครงสร้างโมเลกุลที่ปรับเปลี่ยนการส่งสัญญาณผ่านไซแนปส์ระหว่างนิวรอน ตัวอย่างของการเปลี่ยนแปลงโดยโครงสร้างเช่นนี้พบได้ในกระบวนการ long-term potentiation (LTP) และ spike-timing-dependent plasticity (STDP) การทำงานที่คงอยู่ได้ในความจำใช้งานสามารถเพิ่มสมรรถภาพความเปลี่ยนแปลงที่ไซแนปส์และที่เซลล์ในการเข้ารหัสความจำอาศัยเหตุการณ์ (Jensen and Lisman 2005) .
ผลทางประสาทชีวภาพของการออกกำลังกาย
การออกกำลังหนักปานกลางจนถึงหนักเป็นเวลา 30 นาทีจะเพิ่มระดับกรดเบตา-ฟีนิลแอซีติก (β-phenylacetic) ในปัสสาวะอย่างมาก กรดเบตา-ฟีนิลแอซีติก เป็นเมแทบอไลต์หลักของ PEA
สมองมนุษย์
สมองมนุษย์มีโครงสร้างทั่วไปเหมือนสมองของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมอื่น แต่มีเปลือกสมองพัฒนามากกว่าสัตว์ชนิดอื่น สัตว์ใหญ่อย่างวาฬและช้างมีสมองใหญ่กว่าในเชิงสัมบูรณ์ แต่เมื่อเทียบกับขนาดกายแล้ว สมองมนุษย์ใหญ่เป็นเกือบสองเท่าของสมองโลมาปากขวดและใหญ่เป็นสามเท่าของสมองชิมแปนซี การขยายส่วนมากมาจากเปลือกสมอง โดยเฉพาะอย่างยิ่งกลีบหน้า ซึ่งสัมพันธ์กับการทำหน้าที่บริหาร เช่น การควบคุมตน การวางแผน การให้เหตุผลและความคิดนามธรรม ส่วนของเปลือกสมองที่ทำหน้าที่มองเห็น คือ เปลือกสมองส่วนการเห็น ยังใหญ่มากในมนุษย์ด้วย
การฝึกเพื่อสร้างความแข็งแกร่ง
เมื่อออกกำลังกายอย่างถูกต้องแล้ว การฝึกเพื่อสร้างความแข็งแกร่งนั้นจะส่งผลดีต่อร่างกายได้อย่างเห็นได้ชัด ทั้งสุขภาพโดยรวม ที่รวมถึงการเพิ่มของมวลกระดูก กล้ามเนื้อ เอ็น และแข็งแกร่งและทรหดของเส้นเอ็น ยังทำให้การทำงานของข้อต่อดีขึ้น สามารถลดอาการบาดเจ็บได้ สามารถเพิ่มความหนาแน่นของกระดูก เพิ่มเมแทบอลิซึม เพิ่มสมรรถภาพทางกาย และยังทำให้การทำงานของหัวใจดีขึ้น การฝึกโดยทั่วไปแล้วใช้เทคนิคในการค่อย ๆ เพิ่มแรงต่อกล้ามเนื้อ ทั้งจากการเพิ่มน้ำหนักและความหลายหลายในการออกกำลังกาย และรูปแบบของอุปกรณ์ที่เจาะจงกล้ามเนื้อในแต่ละกลุ่ม การฝึกเพื่อสร้างความแข็งแกร่งถือว่าเป็นกิจกรรมที่ไม่ใช้ออกซิเจน แต่บางครั้งก็มีการประยุกต์การออกกำลังกายเพื่อให้แบบใช้ออกซิเจน อย่างเช่น การฝึกแบบเซอร์กิต (circuit training)
วิวัฒนาการของมนุษย์
นอกจากนั้นแล้ว รูปแบบการพัฒนาของสมองหลังคลอด ก็ยังแตกต่างจากเอปประเภทอื่น ๆ อีกด้วย
ทำให้มนุษย์สามารถศึกษาเรียนรู้ทางด้านสังคมและภาษาเป็นระยะเวลานานในวัยเด็ก
อย่างไรก็ดี ความแตกต่างโดยโครงสร้างสมองของมนุษย์เทียบกับเอป อาจจะมีความสำคัญยิ่งกว่าความแตกต่างโดยขนาด
Executive functions
บทความปริทัศน์ของอัลวาเรซและเอ็มมอรี่ในปี ค.ศ. 2006 แสดงว่า งานวิจัยที่ใช้การสร้างภาพสมอง (neuroimaging) หรือการศึกษารอยโรคได้ระบุถึงหน้าที่ต่าง ๆ ที่บ่อยครั้งสัมพันธ์กับเขตต่าง ๆ โดยเฉพาะของ PFC กล่าวคือนอกจากนั้นแล้ว อัลวาเรซและเอ็มมอรี่ยังได้กล่าวไว้ว่า
ระบบบริหารพิจารณากันว่า มีบทบาทสำคัญในการเผชิญหน้ากับสถานการณ์ใหม่ ๆ ที่ไม่ได้อยู่ในรูปแบบที่จัดการได้โดยกระบวนการจิตวิทยาอัตโนมัติ
ซึ่งเป็นเพียงการทำซ้ำซึ่งพฤติกรรมต่าง ๆ ที่เคยเรียนรู้มาก่อน
นักจิตวิทยาดอน นอร์แมน และทิม แชลไลซ์ ได้ร่างสถานการณ์ 5 อย่างที่การทำงานแบบซ้ำ ๆ กันของพฤติกรรมจะไม่มีประสิทธิภาพ คือ
การตั้งครรภ์
คลินิคฝึกหัดของสูติศาตร์ของสถาบันในประเทศแคนนาดา ได้แนะนำว่า "ผู้หญิงทุกคนไม่มีข้อห้ามการออกกำลังกายแบบแอโรบิก ทั้งควรได้รับการส่งเสริมการมีส่วนร่วมในการออกกำลังกายแอโรบิกและความแข็งแรง เป็นสิ่งที่ดีต่อการใช้ชีวิตประจำวันและสุขภาพที่ดีในระหว่างตั้งครรภ์ของพวกเธอ" แม้ว่าข้อกำหนดของระดับของการออกกำลังกายที่ปลอดภัยยังไม่ถูกตั้งขึ้น, ผู้หญิงที่ออกกำลังกายเป็นประจำก่อนการตั้งครรภ์และผู้เป็นผู้ที่ไม่มีภาวะแทรกซ้อน การตั้งครรภ์ที่มีสุขภาพดีควรจะสามารถมีส่วนร่วมในโปรแกรมการออกกำลังกายความเข้มสูง เช่นการวิ่งเบาๆ การออกกำลังกายแบบแอโรบิกที่เวลาน้อยกว่า 45 นาที จะไม่ส่งผลกระทบใดๆถ้าพวกเขามีความใส่ใจที่จะดูความเป็นไปได้ว่าสามารถที่จะเพิ่มแรงในการออกกำลังกายและมีความระมัดระวังที่จะไม่กลายเป็นทำให้ตื่นเต้นมากเกินไป ในกรณีที่ไม่มีภาวะแทรกซ้อนทางการแพทย์หรือการคลอดบุตร มีการแนะนำในการออกกำลังกายวันละ 30 นาทีหากไม่ได้ทุกวันของสัปดาห์ โดยทั่วไปหญิงตั้งครรภ์ควรที่จะมีส่วนร่วมในความหลากหลายของกิจกรรมสันทนาการที่มีปลอดภัย ลดกีฬาที่มีความเสี่ยงสูง เช่นการขี่ม้า หรือเล่นสกีหรือกีฬาที่ความเสี่ยงของการบาดเจ็บในช่องท้อง เช่น ฟุตบอลหรือฮ็อกกี้
ผลทางประสาทชีวภาพของการออกกำลังกาย
งานศึกษาหนึ่ง (Caerphilly Prospective study) ติดตามชาย 2,375 คนตลอด 30 ปีและตรวจดูความสัมพันธ์ระหว่างวิถีชีวิตที่ถูกสุขภาพกับภาวะสมองเสื่อม ในบรรดาปัจจัยที่ตามดูทั้งหมด
การวิเคราะห์ข้อมูลของงานศึกษาแสดงว่า การออกกำลังกายสัมพันธ์กับการเกิดภาวะสมองเสื่อมที่ต่ำลง และการลดความเสื่อมในการรู้คิด
งานปริทัศน์เป็นระบบต่อมางานหนึ่งทบทวนงานศึกษาตามยาวต่าง ๆ ก็พบระดับการออกกำลังกายที่สูงขึ้นว่าสัมพันธ์กับการลดความเสี่ยงต่อภาวะสมองเสื่อมและความเสื่อมในการรู้คิดเช่นกัน
งานนี้ยังแจ้งอีกด้วยวว่า การออกกำลังกายที่เพิ่มขึ้นดูจะเป็นเหตุของความเสี่ยงที่ลดลงเหล่านั้น
การออกกำลังกาย
การออกกำลังกายที่ใช้ออกซิเจนเพิ่ม mitochondrial biogenesis
และเพิ่มสมรรถภาพของวิถีเมแทบอลิซึม oxidative phosphorylation
ผลเช่นนี้เกิดขึ้นผ่านการเพิ่มอัตราส่วนของอะดีโนซีนโมโนฟอสเฟต:อะดีโนซีนไตรฟอสเฟต (AMP:ATP) ภายในเซลล์เพราะการออกกำลังกาย
ดังนั้น จึงจุดชนวนการก่อกัมมันต์ของ AMP-activated protein kinase (AMPK) ซึ่งต่อมาเพิ่มหมู่ phosphoryl ให้แก่ peroxisome proliferator-activated receptor gamma coactivator-1α (PGC-1α) ซึ่งเป็นยีนควบคุมหลัก คือ master regulator ของ mitochondrial biogenesis
สมองมนุษย์
แม้สมองมนุษย์ได้รับการป้องกันจากกระดูกที่หนาของกะโหลก แขวนในน้ำหล่อสมองไขสันหลัง และแยกจากกระแสเลือดด้วยเยื่อกั้นเลือด–สมอง กระนั้น ยังไวต่อความเสียหายและโรค ความเสียหายทางกายภาพแบบที่พบมากที่สุด คือ การบาดเจ็บที่ศีรษะแบบปิด (closed head injury) เช่น การทุบศีรษะ โรคหลอดเลือดสมอง หรือภาวะเป็นพิษจากสารเคมีหลายชนิดที่เป็นพิษต่อประสาท การติดเชื้อของสมอง แม้รุนแรง แต่พบน้อยเนื่องจากมีเยื่อกั้นชีวภาพป้องกันอยู่ สมองมนุษย์ยังไวต่อโรคการเสื่อม เช่น โรคพาร์กินสัน โรคปลอกประสาทเสื่อมแข็งและโรคอัลไซเมอร์ มีภาวะจิตเวชจำนวนหนึ่ง เช่น โรคจิตเภทและภาวะซึมเศร้า คาดว่าสัมพันธ์กับการทำหน้าที่ผิดปรกติของสมอง แม้ธรรมชาติของวิกลภาพของสมองดังกล่าวยังไม่เข้าใจกันดีมาก
การออกกำลังกาย
มักมีการรณรงค์เพื่อเพิ่มการออกกำลังกายของประชาชน
แต่งานทบทวนวรรณกรรมแบบคอเคลนปี 2015 ก็ไม่พบหลักฐานว่ามีประโยชน์
แม้หลักฐานที่ตรวจจะมีคุณภาพไม่ดี
การออกกำลังกาย
ผลของการออกกำลังกายต่อระบบประสาทกลางอำนวยโดยส่วนหนึ่งด้วยฮอร์โมน neurotrophic factor
ที่กล้ามเนื้อหลั่งออกในเลือดรวมทั้ง brain-derived neurotrophic factor (BDNF), insulin-like growth factor 1 (IGF-1) และ vascular endothelial growth factor (VEGF)
เปลือกสมอง
งานวิจัยหนึ่งพบความสัมพันธ์โดยบวกระหว่างความหนาของคอร์เทกซ์และความฉลาด
คณะนิติศาสตร์ มหาวิทยาลัยกรุงเทพ
ศูนย์กีฬา มหาวิทยาลัยฯ สนับสนุนให้นักศึกษามีความรู้ มีสติปัญญา พร้อมกับสุขภาพร่างกายที่แข็งแรง จึงได้สร้างศูนย์กีฬาที่รองรับการทำกิจกรรมที่หลากหลาย เพื่อให้นักศึกษาสามารถออกกำลังกายได้ตามอัธยาศัย
Executive functions
Executive functions (แปลว่า หน้าที่บริหาร ตัวย่อ EF) สามารถนิยามได้ว่า "เป็นทักษะที่จำเป็นในการทำกิจที่มีเป้าหมาย มีจุดมุ่งหมาย" เป็นคำครอบคลุมที่ใช้กล่าวถึงกระบวนการทางประชานที่ควบคุมและจัดการกระบวนการทางประชานอื่น ๆ 
เช่น การวางแผน (planning), ความจำใช้งาน (working memory), การใส่ใจ, การแก้ปัญหา, การเข้าใจเหตุผลโดยใช้คำ (verbal reasoning), cognitive inhibition (การมีสมาธิ), cognitive flexibility (การคิดถึงหลาย ๆ เรื่องได้พร้อมกัน), task switching (การทำงานหลาย ๆ งานได้พร้อมกัน) 
และการเริ่มและตรวจสอบการกระทำ
ตามทฤษฏีทางจิตวิทยา ระบบบริหาร (executive system) เป็นตัวควบคุมและบริหารกระบวนการทางประชานอื่น ๆ
มีหน้าที่เกี่ยวกับกระบวนการที่บางครั้งเรียกว่าเป็น "executive functions" (หน้าที่บริหาร) "executive skills" (ทักษะการบริหาร) "supervisory attentional system" (ระบบควบคุมโดยการใส่ใจ) หรือ "cognitive control" (การควบคุมทางประชาน)
ส่วน prefrontal cortex ของสมองกลีบหน้าเป็นส่วนที่ขาดไม่ได้ แต่ไม่ใช่ส่วนเดียว ที่ทำหน้าที่ดังที่กล่าวมานี้
การฝึกเพื่อสร้างความแข็งแกร่ง
ผู้ฝึกโดยการใช้น้ำหนักเริ่มแรก อยู่ในขั้นตอนฝึกฝนระบบประสาทในแง่มุมของความแข็งแกร่ง ความสามารถของสมองจะประมวลระดับสมรรถภาพการตอบรับของประสาทที่จะช่วยสร้างการหดตัวของกล้ามเนื้อให้กับกับขีดจำกัดสูงสุดของสมรรถภาพกล้ามเนื้อ
ความจำ
การออกกำลังกาย โดยเฉพาะแบบแอโรบิกเช่นการวิ่ง การขี่จักรยาน และการว่ายน้ำมีประโยชน์ทางประชานหลายอย่าง
ผลดีที่เกิดขี้นรวมทั้ง ระดับสารสื่อประสาทที่สูงขึ้น การส่งออกซิเจนและสารอาหารที่ดีขึ้น และกระบวนการ neurogenesis (การสร้างเซลล์ประสาทใหม่) ในฮิปโปแคมปัสในระดับที่เพิ่มขึ้น
ผลของการออกกำลังกายต่อความจำมีนัยสำคัญต่อการเพิ่มสมรรถภาพทางการศึกษาของเด็ก ๆ 
ต่อการรักษาสมรรถภาพทางความคิดในวัยชรา และต่อการป้องกันและการรักษาโรคทางประสาท
การออกกำลังกาย
ต่อมาทีมนักวิชาการที่นำโดยนักวิทยาการระบาดชาวสก็อตคือ นพ. เจอร์รี่ มอร์ริส ได้พบหลักฐานความสัมพันธ์ระหว่างสุขภาพทางกายกับการออกกำลังกายในปี 1949 เพิ่มขึ้นแล้วจึงตีพิมพ์รายงานในปี 1953
คือหมอได้สังเกตว่า ชายที่อยู่ในชนชั้นทางสังคมและอาชีพคล้าย ๆ กัน (เช่น กระเป๋าเก็บเงินในรถโดยสารประจำทาง และคนขับ) กลับมีอัตรากล้ามเนื้อหัวใจตายเหตุขาดเลือดต่าง ๆ กันที่ขึ้นอยู่กับการออกกำลังกาย
เพราะการขับรถเป็นอาชีพที่นั่งอยู่กับที่ จึงมีอัตราการเกิดโรคหัวใจที่สูงกว่า ส่วนกระเป๋าเก็บเงินต้องเคลื่อนตัวอยู่ตลอด จึงมีอัตราการเกิดโรคหัวใจที่น้อยกว่า
การออกกำลังกาย
ในนักวิ่งมาราธอน อาหารเสริมคือวิตามินซีสัมพันธ์กับการติดเชื้อทางเดินลมหายใจส่วนบนที่ลดลง
สารบ่งชี้ทางชีวภาพของการอักเสบเช่น C-reactive protein ซึ่งสัมพันธ์กับโรคเรื้อรัง จะลดลงในบุคคลที่ออกกำลังเทียบกับคนที่อยู่เฉย ๆ และผลดีของการออกกำลังกายอาจมาจากผลต้านการอักเสบของมัน
สำหรับผู้ที่มีโรคหัวใจ การออกกำลังกายช่วยลดระดับ fibrinogen และ C-reactive protein ในเลือดซึ่งเป็นสารส่อความเสี่ยงโรคหัวใจร่วมหลอดเลือดที่สำคัญ
ผลต้านการอักเสบเช่นนี้อาจมีเหตุจากการลดการทำงานของระบบภูมิคุ้มกันทันทีหลังจากการออกกำลังกายใหม่ ๆ
การออกกำลังกาย
งานปริทัศน์เป็นระบบได้ทบทวนงานศึกษา 45 งานที่ได้ตรวจความสัมพันธ์ระหว่างการออกกำลังกายกับการรอดชีวิตจากโรคมะเร็ง
ตามงานนี้ "มีหลักฐานที่คงเส้นคงวาจากงานศึกษาแบบสังเกตว่า การออกกำลังกายสัมพันธ์กับอัตราการตายที่ลดลงเพราะเหตุทั้งหมด, เพราะมะเร็งเต้านม และเพราะมะเร็งลำไส้ใหญ่
แต่ปัจจุบัน (2012) ยังไม่มีหลักฐานพอว่า การออกกำลังกายสัมพันธ์กับอัตราการตายเพราะโรคมะเร็งอื่น ๆ"
กะโหลกศีรษะมนุษย์
กะโหลกศีรษะมนุษย์ () เป็นโครงสร้างของกระดูกที่ประกอบขึ้นเป็นโครงร่างที่สำคัญศีรษะของมนุษย์ กะโหลกศีรษะทำหน้าที่ปกป้องสมองซึ่งเป็นศูนย์กลางของระบบประสาท รวมทั้งเป็นโครงร่างที่ค้ำจุนอวัยวะรับสัมผัสต่างๆ ทั้งตา หู จมูก และลิ้น และยังทำหน้าที่เป็นทางเข้าของทางเดินอาหารและทางเดินหายใจ เมื่อแรกเกิดกะโหลกศีรษะจะประกอบด้วยกระดูกหลายชิ้นซึ่งเมื่อเจริญเติบโตขึ้นกระดูกเหล่านี้จะเกิดการสร้างเนื้อกระดูกและเชื่อมรวมกัน แม้ว่ากะโหลกศีรษะจะเป็นโครงสร้างที่มีความแข็งแรงก็ตาม การกระทบกระเทือนที่ศีรษะอย่างแรงก็เป็นสาเหตุที่ทำให้เสียชีวิตและพิการได้ ทั้งจากการบาดเจ็บจากเนื้อสมองโดยตรง การตกเลือดในสมอง และการติดเชื้อ
การปรับตัวของประสาท
งานวิจัยต่าง ๆ ได้แสดงว่า มีการปรับตัวทางประสาทหลังจากเล่นกล้ามเพียงแค่คราวเดียว
ผู้เล่นจึงรู้สึกมีกำลังขึ้นแม้กล้ามเนื้อจะไม่ใหญ่ขึ้น
การวัดกล้ามเนื้อโดยใช้เครื่องวัดคลื่นไฟฟ้ากล้ามเนื้อ (electromyograph) พบว่า กำลังที่เพิ่มขึ้นในช่วงเริ่มต้นจากการเล่นกล้ามสัมพันธ์กับแอมพลิจูดที่เพิ่มขึ้นของคลื่นไฟฟ้า SEMG
ผลงานวิจัยนี้บวกกับทฤษฎีอื่น ๆ ช่วยอธิบายการมีแรงเพิ่มโดยที่กล้ามเนื้อไม่ได้โตขึ้น
ทฤษฎีอื่น ๆ ที่อธิบายการเพิ่มกำลังของกล้ามเนื้อสัมพันธ์กับการปรับตัวทางประสาทรวมทั้งกล้ามเนื้อตรงข้ามทำงานขัดกันลดลง (agonist-antagonist muscle decreased co-activation), กล้ามเนื้อทำงานร่วมกันดีขึ้น (motor unit synchronization), และอัตราการทำงานของระบบประสาท-กล้ามเนื้อที่เพิ่มขึ้น (motor unit increased firing rates)
ผลทางประสาทชีวภาพของการออกกำลังกาย
งานวิเคราะห์อภิมานเดือนกรกฎาคม 2559 สรุปว่า การออกกำลังกายเพิ่มคุณภาพชีวิตโดยทั่วไปในคนไข้โรคซึมเศร้าเทียบกับกลุ่มควบคุม
ผลทางประสาทชีวภาพของการออกกำลังกาย
ผลสำคัญที่สุดอย่างหนึ่งต่อสมองของการออกกำลังกายก็คือการแสดงออกและการสังเคราะห์ BDNF ซึ่งเป็นฮอร์โมน neuropeptide ในสมองและระบบประสาทนอกส่วนกลาง ซึ่งเป็นการส่งสัญญาณเพิ่มขึ้นให้หน่วยรับแบบ tyrosine kinase receptor คือ tropomyosin receptor kinase B (TrkB)
เนื่องจาก BDNF สามารถผ่านตัวกั้นระหว่างเลือด-สมอง (blood-brain barrier) ได้ การสังเคราะห์ BDNF ที่เพิ่มขึ้นก็ยังเพิ่มการส่งสัญญาณแบบ BDNF ในสมองอีกด้วย
และสัญญาณที่เพิ่มสัมพันธ์กับความเปลี่ยนแปลงนอกเหนือจากกรรมพันธุ์ จะปรับปรุงการรู้คิด อารมณ์ และความจำ
ประสาทกายวิภาคศาสตร์
ประสาทกายวิภาคศาสตร์ () เป็นสาขาหนึ่งของวิชากายวิภาคศาสตร์ซึ่งศึกษาเกี่ยวกับการจัดเรียงโครงสร้างทางกายวิภาคของระบบประสาท ซึ่งในสัตว์มีกระดูกสันหลังจะประกอบเส้นประสาทจำนวนมากที่กระจายตัวจากสมองไปยังส่วนต่างๆ ของร่างกาย รวมทั้งโครงสร้างภายในของสมองซึ่งมีความซับซ้อนมาก การศึกษาประสาทกายวิภาคศาสตร์จึงมีการพัฒนาอย่างเป็นระเบียบในตัวมันเอง และยังเป็นสาขาวิชาที่มีการศึกษาเป็นพิเศษในวิชาประสาทวิทยาศาสตร์ การอธิบายความแตกต่างของโครงสร้างและส่วนของสมองจะเน้นไปถึงการศึกษาการทำงานของมัน ดังเช่นการศึกษาของนักประสาทวิทยาศาสตร์จะมาจากการศึกษาความผิดปกติ (damage หรือ lesion) ของสมองในแต่ละส่วนว่ามีผลอย่างไรต่อพฤติกรรมหรือการทำงานของประสาท
ผลทางประสาทชีวภาพของการออกกำลังกาย
ตามบทบาทหน้าที่ของส่วนสมองที่มีปริมาตรเพิ่ม การออกกำลังกายช่วยปรับปรุงด้านต่าง ๆ ของการควบคุมการรู้คิดและความทรงจำ
โดยเฉพาะก็คือ การออกกำลังกายอย่างสม่ำเสมอช่วยให้ควบคุมการใส่ใจได้ดีขึ้น
ให้ประมวลข้อมูลได้ดีขึ้น ปรับปรุงความยืดหยุ่นทางการรู้คิด (เช่น การเปลี่ยนความสนใจจากงานหนึ่งไปยังอีกงานหนึ่ง) การหยุดพฤติกรรมอัตโนมัติเพื่อทำสิ่งที่ได้ผลกว่า (inhibitory control)
ความทรงจำใช้งานในด้านการอัพเดตและความจุ
ความจำชัดแจ้ง
และความจำปริภูมิ
ผลทางประสาทชีวภาพของการออกกำลังกาย
การออกกำลังกายแบบแอโรบิกจะกระตุ้นการหลั่งคอร์ติซอลขึ้นอยู่กับออกหนักแค่ไหน โดยเป็นความเครียดทางกาย 
แต่นี่ไม่ได้เพิ่มการผลิตคอร์ติซอลในระยะยาวเพราะเป็นการตอบสนองต่อการเสียพลังงานเพียงแค่ชั่วคราว
สมองน้อย
รอยโรคที่เกิดในซีรีเบลลัมไม่ก่อให้เกิดกล้ามเนื้ออ่อนแรงหรือทำให้เกิดอัมพาต แต่จะเกิดความผิดปกติในการส่งข้อมูลกลับซึ่งทำให้เกิดความผิดปกติในการเคลื่อนไหวละเอียด, การรักษาสมดุล, ท่าทางและตำแหน่งของร่างกาย, และการเรียนรู้การสั่งการ การสังเกตของนักสรีรวิทยาในช่วงศตวรรษที่ 18 บ่งชี้ว่าผู้ป่วยที่เกิดความเสียหายที่ซีรีเบลลัมจะมีปัญหาในการประสานการสั่งการ (motor coordination) และการเคลื่อนไหว การวิจัยเกี่ยวกับหน้าที่ของซีรีเบลลัมในช่วงต้นถึงกลางศตวรรษที่ 19 จะศึกษาจากรอยโรคและการลองตัดซีรีเบลลัมในสมองของสัตว์ทดลอง นักวิจัยทางสรีรวิทยาได้บันทึกว่ารอยโรคดังกล่าวทำให้สัตว์มีการเคลื่อนไหวที่ผิดปกติ, ท่าเดินเงอะงะ, และกล้ามเนื้ออ่อนแรง จากการสังเกตในช่วงเวลานั้นทำให้เกิดข้อสรุปว่าซีรีเบลลัมเป็นโครงสร้างเกี่ยวกับการควบคุมการสั่งการ อย่างไรก็ตามในการวิจัยสมัยใหม่แสดงว่าซีรีเบลลัมมีหน้าที่ที่หลากหลายกว่าไม่ว่าจะเป็นหน้าที่เกี่ยวกับกระบวนการคิด (ประชาน; cognition) , เช่น ความใส่ใจ, และกระบวนการทางภาษา, ดนตรี, และสิ่งกระตุ้นชั่วคราวอื่นๆ
ผลทางประสาทชีวภาพของการออกกำลังกาย
งานทบทวนวรรณกรรมที่ตรวจงานสร้างภาพในสมองพบว่า การออกกำลังกายให้สม่ำเสมอจะเพิ่มปริมาตรเนื้อเทาในเขตสมองที่เกี่ยวกับการประมวลความจำ การควบคุมการรู้คิด การเคลื่อนไหว และระบบรางวัล
ที่เพิ่มมากที่สุดก็คือ prefrontal cortex, caudate nucleus, และฮิปโปแคมปัส ซึ่งมีส่วนควบคุมการรู้คิดและการประมวลความจำ ในบรรดาหน้าที่การรู้คิดทั้งหลาย
นอกจากนั้นแล้ว ทั้งด้านซ้ายขวาของ prefrontal cortex, ฮิปโปแคมปัส และ cingulate cortex จะทำงานร่วมกันเมื่อทำกิจโดยเฉพาะ ๆ (functional connectivity) ในระดับที่สูงกว่า ตอบสนองต่อการออกกำลังกายแบบแอโรบิกอย่างสม่ำเสมอ
งานทบทวนวรรณกรรม 3 งานแสดงการเพิ่มปริมาตรเนื้อเทาที่ชัดเจนของ prefrontal cortex และฮิปโปแคมปัส ในผู้ใหญ่ปกติที่ออกำลังกายหนักกลาง ๆ เป็นเวลาหลายเดือน
เขตอื่นในสมองที่เพิ่มปริมาตรเนื้อเทาขึ้นปานกลางหรือน้อยกว่าเมื่อสร้างภาพสมองรวมทั้ง anterior cingulate cortex, สมองกลีบข้าง, สมองน้อย และ nucleus accumbens
ประสาทวิทยาศาสตร์
การศึกษาทางชีววิทยาของสมองของมนุษย์มีเนื้อหาเกี่ยวโยงกันของสาขาวิชาต่าง ๆ ในหลายระดับ มีตั้งแต่ระดับโมเลกุลไปจนถึงระดับเซลล์ (นิวรอน) ซึ่งมีทั้งระดับการทำงานของกลุ่มของนิวรอนจำนวนน้อย เช่น ในคอลัมน์ของสมองส่วนคอร์เทกซ์ (cortical columns) ไปจนถึงระดับการทำงานของระบบต่าง ๆ ในสมองที่ทำหน้าที่เกี่ยวกับระบบประสาทการมองเห็น และไปจนถึงระดับการทำงานของระบบขนาดใหญ่ เช่น การทำงานของสมองส่วนซีรีบรัลคอร์เทกซ์ หรือ ซีรีเบลลัม และการทำงานของสมองทั้งหมด
สุขศาสตร์การหลับ
กิจกรรมที่ลดความตื่นตัวทางสรีรภาพและการรู้คิดจะช่วยให้นอนหลับ ดังนั้น จึงแนะนำให้ทำกิจกรรมสบาย ๆ ก่อนนอน
โดยนัยตรงข้าม การทำงานหรือการวางแผนสำคัญก่อนนอนหรือในที่นอนมีหลักฐานว่าทำให้หลับได้ช้า
วิทยาลัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีการกีฬา มหาวิทยาลัยมหิดล
มหาวิทยาลัยมหิดลซึ่งเป็นสถาบันอุดมศึกษาที่มีพื้นฐานมาจากวิชาการแพทย์และสาธารณสุข ได้ตระหนักถึงภาระความรับผิดชอบในการเสริมสร้างสุขภาพของปวงชน โดยเน้นการป้องกันเป็นหลักสำคัญ การเยียวยารักษาเป็นรอง การออกกำลังกายและการกีฬาเป็นกิจกรรมหนึ่งซึ่งถูกนำมาใช้ในการป้องกันมิให้ประชาชนมีพยาธิสภาพ และช่วยเสริมสร้างประสิทธิภาพการทำงานของร่างกายมนุษย์
ในปี พ.ศ. 2530 ได้มีการจัดตั้งสำนักงานส่งเสริมการวิจัยและพัฒนาสมรรถภาพทางกายขึ้น เป็นหน่วยงานในสังกัด บัณฑิตวิทยาลัย มหาวิทยาลัยมหิดล โดยมีเป้าหมายให้เป็น วิทยาลัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีการกีฬา ในอนาคต
ผลทางประสาทชีวภาพของการออกกำลังกาย
การออกกำลังกายอย่างสม่ำเสมอ โดยเฉพาะแบบแอโรบิก เป็นการรักษาเสริมที่มีประสิทธิผลในเด็กและผู้ใหญ่ที่มีโรคสมาธิสั้น (ADHD) โดยเฉพาะเมื่อใช้ร่วมกับยากระตุ้น (เช่น แอมเฟตามีน หรือ methylphenidate) แม้ความหนักเบาและรูปแแบบของการออกกำลังกายที่ได้ผลดีที่สุดยังไม่ชัดเจน
โดยเฉพาะก็คือ ผลระยะยาวของการออกกำลังกายแบบแอโรบิกอย่างสม่ำเสมอในคนไข้ ADHD รวมทั้งพฤติกรรมที่ดีกว่า สมรรถภาพการเคลื่อนไหวที่ดีกว่า executive functions ที่ดีกว่า (รวมทั้งการใส่ใจ การหยุดพฤติกรรมอัตโนมัติ และการวางแผน ในบรรดากิจทางการรู้คิดทั้งหลาย) การประมวลข้อมูลได้เร็วกว่า และความจำที่ดีกว่า
การบ้าน
การบ้านจะช่วยพัฒนาความสามารถ เมื่อการบ้านนั้นมีวัตถุประสงค์ที่ชัดเจน อีกทั้งพ้องต่อความสามารถของเด็กแต่ละคน และเนื้อหาที่สอนในบทเรียนนั้นๆ การให้ข้อเสนอแนะ/ความเห็นต่อการบ้าน จะเพิ่มประสิทธิภาพของการบ้านได้ โดยเฉพาะเมื่อตอบสนองอย่างเหมาะสม (ภายใน 24 ชั่วโมง) การตอบสนองต่อการบ้าน ช่วยแก้ไขข้อเข้าใจผิด, ทำให้กระบวนการสอนดำเนินต่อไป และชี้จุดผิดพลาดในกระบวนการคิด การเขียนข้อแนะนำ จะช่วยให้ผลตอบรับส่งผลได้ดียิ่งขึ้นกว่าเพียงการให้คะแนน การบ้านควรจะทำให้มีประสิทธิภาพอย่างจริงจัง การทำให้เด็กเข้าใจในเนื้อหาได้ 50% จะมาจากการทำการบ้านเพียง 4 ครั้ง แต่การทำให้เด็กเข้าใจในเนื้อหาได้ 80% อาจจะต้องให้ฝึกฝนถึง 28 ครั้ง
ความจำ
งานวิจัยปี ค.ศ. 2006 ของมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียที่ลอสแอนเจลิสที่พิมพ์ในวารสาร "American Journal of Geriatric Psychiatry (วารสารจิตเวชผู้สูงอายุอเมริกัน)" พบว่า
เราสามารถเพิ่มประสิทธิภาพของระบบประชานและสมองโดยเปลี่ยนวิถีชีวิตอย่างง่าย ๆ 
เช่นการฝึกหัดความจำ การทานอาหารสุขภาพ การรักษาร่างกายให้แข็งแรง และการบริหารความเครียด
ในงานทดลองนี้ มีการตรวจสอบผู้ร่วมการทดลอง 17 คนโดยมีอายุเฉลี่ย 53 ปี มีประสิทธิภาพความจำเป็นปกติ
มีการให้ผู้ร่วมการทดลอง 8 คนทานอาหารที่ดีต่อสมอง (brain healthy) ฝึกการผ่อนคลาย ออกกำลังกาย ฝึกจิต (ซึ่งเป็นเทคนิคฝึกสมองและความจำเกี่ยวกับภาษา)
หลังจากนั้น 14 วัน ผู้ร่วมการทดลองสามารถใช้คำได้คล่องขึ้น (word fluency) เทียบกับความสามารถที่ได้วัดมาก่อน 
แต่ไม่มีการวัดผลติดตามในระยะยาว ดังนั้น จึงยังไม่ชัดเจนว่าการเปลี่ยนแปลงชีวิตเช่นนี้มีผลระยะยาวต่อความจำหรือไม่
ความจำเชิงกระบวนวิธี
โดพามีนเป็นสารควบคุมประสาท (neuromodulator) อย่างหนึ่งที่รู้กันว่ามีบทบาทเกี่ยวกับความจำเชิงกระบวนวิธี
มีหลักฐานที่แสดงว่า โดพามีนอาจจะมีอิทธิพลต่อสภาพพลาสติกของระบบความจำต่าง ๆ โดยปรับการประมวลผลของสมอง
เมื่อสถานการณ์สิ่งแวดล้อมเกิดการเปลี่ยนแปลง ซึ่งทำให้บุคคลต้องเลือกพฤติกรรมที่จะทำ หรือต้องทำการตัดสินใจหลาย ๆ อย่างโดยรวดเร็ว
เป็นสิ่งที่สำคัญอย่างยิ่งในกระบวนการการเดินหนที่ปรับตัวได้ (adaptive navigation)
ซึ่งช่วยให้เขตสมองต่าง ๆ สามารถทำการตอบสนองร่วมกันในสถานการณ์ใหม่ ๆ ที่มีสิ่งเร้าและองค์ประกอบต่าง ๆ ที่ไม่คุ้นเคย และสามารถทำให้เกิดการปรับการตอบสนองทางพฤติกรรมให้เหมาะสมกับสถานการณ์ผ่านการเรียนรู้ 
วิถีประสาทโดพามีนมีอยู่กระจายทั่วไปในสมองซึ่งยังให้เกิดการประมวลผลแบบขนานในโครงสร้างต่าง ๆ มากมายโดยพร้อม ๆ กัน
ผลงานวิจัยในปัจจุบันระบุวิถีประสาทโดพามีนที่เชื่อมต่อ ventral tagmentum-เปลือกสมอง-ระบบลิมบิก (mesocorticolimbic pathway) ว่าเป็นส่วนที่มีบทบาทมากที่สุดในการเรียนรู้ที่เกิดรางวัล (reward learning) และที่ปรับสภาพของจิต
ความจำชัดแจ้ง
เซลล์ประสาทในฮิปโปแคมปัสจะเกิดการทำงานอย่างเฉพาะเจาะจงขึ้นอยู่กับข้อมูลที่มีอยู่ในขณะนั้น
เซลล์บางส่วนมีความเฉพาะเจาะจงกับข้อมูลพื้นที่ สิ่งเร้าบางประเภท (เช่นกลิ่นเป็นต้น) หรือพฤติกรรมบางอย่าง ดังที่ได้ปรากฏในงานทดลองที่ใช้ Radial Maze Task (เขาวงกตเป็นรูปวงกลม) 
ดังนั้น ฮิปโปแคมปัสจึงเป็นเขตสมองที่ทำให้เราสามารถรู้จำเหตุการณ์ หรือสิ่งแวดล้อม หรืออะไรอย่างอื่นบางอย่าง ว่าแตกต่างหรือเหมือนกับสิ่งที่เคยประสบอื่น ๆ 
อย่างไรก็ดี แบบจำลอง 3 ขั้นตอนยังไม่ได้รวมโครงสร้างในคอร์เทกซ์อื่น ๆ ที่เกี่ยวกับความจำ
สมองใหญ่
เทเลนเซฟาลอนทำหน้าที่เกี่ยวกับการสั่งการในร่างกายมนุษย์ หน้าที่ดังกล่าวเริ่มต้นภายในไพรมารี มอเตอร์ คอร์เท็กซ์ (primary motor cortex) และบริเวณอื่นๆ ในบริเวณสั่งการของกลีบสมองด้านหน้า เมื่อสมองส่วนนี้เสียไป สมองจะไม่สามารถส่งสัญญาณผ่านเส้นประสาทไปยังเส้นประสาทสั่งการของกล้ามเนื้อ และทำให้เกิดโรคที่เรียกว่า "Motor Neurone Disease" การเสื่อมของสมองประเภทนี้ทำให้เกิดกล้ามเนื้ออ่อนแรง และขาดความแม่นยำ มากกว่าทำให้เกิดอัมพาตทั้งตัว
อะมิกดะลา
ระดับการทำงานของอะมิกดะลาในเวลาที่เข้ารหัสข้อมูลความจำ มีสหสัมพันธ์ (correlation) กับการทรงจำข้อมูลนั้น ๆ แต่ว่า ระดับสหสัมพันธ์นี้ ขึ้นอยู่กับความตื่นตัวทางอารมณ์ความรู้สึกของข้อมูลนั้น ๆ
ข้อมูลที่มีระดับความตื่นตัวทางอารมณ์ความรู้สึกที่สูงกว่า เพิ่มระดับการทำงานในอะมิกดะลา และระดับการทำงานนั้น มีสหสัมพันธ์กับการทรงจำข้อมูลนั้น นิวรอนของอะมิกดะลาแสดงรูปแบบต่าง ๆ ของ neural oscillation ในช่วงที่มีความตื่นตัวทางอารมณ์ความรู้สึกดังเช่น Theta rhythm
การทำงานของนิวรอนที่เป็นไปพร้อม ๆ กัน (synchronized) อย่างนี้ อาจจะส่งเสริมให้เกิดสภาพพลาสติกในไซแนปส์ (synaptic plasticity ซึ่งมีบทบาทในการทรงจำไว้ได้) โดยเข้าไปเพิ่มการทำงานร่วมกันระหว่างเขตสมองในคอร์เทกซ์ใหม่ (neocortex) ที่ทำหน้าที่บันทึกความจำ กับโครงสร้างต่าง ๆ ในสมองกลีบข้างที่มีหน้าที่เกี่ยวกับความทรงจำเชิงประกาศ (declarative memory)
Superior colliculus
ในผลงานวิจัยที่เรียงออกมาเป็นชุด พวกเขาได้พบว่า วงจรประสาทภายในไขสันหลัง
มีความสามารถพอที่จะสร้างสัญญาณสั่งการเคลื่อนไหวที่มีรูปแบบเป็นจังหวะ (rhythmic) ซึ่งเป็นฐานของการว่ายน้ำ
มีการควบคุมวงจรเหล่านี้โดยเขตประสาทที่ควบคุมการเคลื่อนไหวในก้านสมองและสมองส่วนกลาง
ซึ่งก็มีการควบคุมอีกทีหนึ่งโดยเขตสมองต่าง ๆ ที่มีระดับสูงยิ่ง ๆ ขึ้นไปรวมทั้ง basal ganglia และเทคตัม
สภาวะตื่นตัว
ถึงแม้ว่าความตื่นตัวจะช่วยกระบวนการทรงจำในกรณีโดยมาก แต่ก็ยังมีรายละเอียดปลีกย่อยที่ต้องระวัง ในการเรียนรู้ ความตื่นตัวสัมพันธ์กับการระลึกได้และการค้นคืนข้อมูลในระยะยาวดีกว่าในระยะสั้น ยกตัวอย่างเช่น งานวิจัยหนึ่งพบว่า สำหรับคำที่ก่อให้เกิดความตื่นตัว มนุษย์สามารถจำคำนั้นได้ถ้าระลึกถึงอาทิตย์หนึ่งหลังจากเรียนคำนั้น ดีกว่าถ้าระลึกถึงสองนาทีหลังจากเรียน ส่วนอีกงานวิจัยหนึ่งพบว่า ความตื่นตัวมีอิทธิพลที่ต่างกันต่อความทรงจำในบุคคลต่างๆ กัน ฮันส์ ไอเซงค์ พบความสัมพันธ์ระหว่างความทรงจำและความตื่นตัวที่ต่างกัน ของผู้ใส่ใจภายในและผู้ใส่ใจภายนอก ความตื่นตัวที่สูงกว่าเพิ่มจำนวนคำที่จำได้ในผู้ใส่ใจภายนอก และลดจำนวนคำที่จำได้ในผู้ใส่ใจภายใน
ชีววิทยาของความซึมเศร้า
เครือข่าย executive functions เป็นเขตในสมองกลีบหน้าและกลีบข้าง รวมทั้ง dorsolateral prefrontal cortex และ lateral posterior parietal cortex (สมองกลีบข้างส่วนหลังด้านข้าง)
เครือข่ายนี้สำคัญมากต่อการทำงานทางการรู้คิด (cognitive function) ในระดับสูง เช่น การดำรงและการใช้ข้อมูลในระบบความจำใช้งาน (working memory) การแก้ปัญหา และการตัดสินใจ
ความบกพร่องในเครือข่ายนี้เป็นเรื่องสามัญในความผิดปกติทางจิตเวชและทางประสาทโดยมาก รวมทั้งโรคซึมเศร้า
เพราะว่าเครือข่ายนี้ขาดไม่ได้ในชีวิตประจำวัน คนซึมเศร้าจะแสดงความพิการในกิจกรรมพื้นฐานเช่นการสอบหรือการตัดสินใจ
การตั้งครรภ์
วิทยาลัยสูตินรีแพทย์ของอเมริการายงานว่าในอดีตที่ผ่านมา, ความกังวลหลักของการออกกำลังกายในระหว่างตั้งครรภ์ การจดจ่ออยู่กับทารกในครรภ์และสนใจเกี่ยวกับประโยชน์สิ่งที่จะเกิดกับทารก การพัฒนาศักยภาพของของทารก ความเสี่ยงที่จะเกิดขึ้นกับทารก อย่างไรก็ตามพวกเค้าก็ยังเขียนกำกับว่าสำหรับผู้ที่ออกกำลังกายตอนตั้งครรภ์ควรที่ไม่มีภาวะแทรกซ้อน, มีโอกาสน้อยที่จะมีความเสี่ยงสูงต่อทารกในครรภ์ อย่างไรก็ตามมีหลายๆ ปัจจัยสิ่งแวดล้อมให้หญิงตั้งครรภ์ควรติดต่อผู้ให้บริการด้านสุขภาพโดยตรงเพื่อจะดำเนินการออกกำลังกายตามโปรแกรมที่ได้ถูกจัดไว้ รวมไปถึงข้อห้ามให้คนที่ตั้งครรภ์ห้ามออกกำลังกายเมื่อพบว่าพวกเธอมีอาการดังต่อไปนี้ คือ มีเลือดออกทางช่องคลอด, ผู้ที่มีอาการหายใจลำบาก ก่อนที่จะออกแรง, วิงเวียนปวดศีรษะเจ็บหน้าอก กล้ามเนื้ออ่อนแอ, ภาวะที่จะคลอดก่อนกำหนด,ทารกมีการเคลื่อนไหวที่ลดลง การรั่วของถุงน้ำคร่ำ และมีอาการปวดน่องและบวม (เข้าข่าย อักเสบของหลอดเลือดดำ).
สมองมนุษย์
สมองมนุษย์มีคุณสมบัติซึ่งพบร่วมในสมองสัตว์มีกระดูกสันหลังทุกชนิดหลายประการ ซึ่งรวมการแบ่งพื้นฐานเป็นสามส่วน เรียก สมองส่วนหน้า สมองส่วนกลางและสมองส่วนหลัง โดยมีโพรงสมองซึ่งมีของเหลวบรรจุอยู่ และชุดโครงสร้างสมองของสัตว์มีกระดูกสันหลังทั่วไปซึ่งรวมก้านสมองส่วนท้ายและพอนส์ของก้านสมอง, สมองน้อย, สิ่งคล้ายหลังคาตา (optic tectum), ทาลามัส, ไฮโปทาลามัส, ปมประสาทฐาน (basal ganglia), ส่วนป่องรู้กลิ่น (olfactory bulb) ฯลฯ
ผลทางประสาทชีวภาพของการออกกำลังกาย
งานทบทวนวรรณกรรมทางการแพทย์จำนวนหนึ่งชี้ว่า การออกกำลังกายมีผลแก้ซึมเศร้าที่ชัดและคงยืนในมนุษย์
ซึ่งเชื่อว่าอำนวยผ่านกระบวนการ signaling ที่ดีขึ้นในสมอง
งานปริทัศน์เป็นระบบหลายงานได้วิเคราะห์โอกาสที่การออกกำลังกายจะช่วยรักษาโรคซึมเศร้า (MDD) งานทบทวนวรรณกรรมแบบคอเครนปี 2556 ให้ข้อสังเกตว่า แม้จะมีหลักฐานจำกัด แต่การออกกำลังกายมีผลดีกว่าการแทรกแซงรักษาที่ใช้ในกลุ่มควบคุม และมีผลเทียบกับจิตบำบัดหรือยาแก้ซึมเศร้าได้
หมากล้อม
ผู้ช่วยศาสตราจารย์ ดร.วิมลทิพย์ มุสิกพันธ์ ได้ทำการศึกษาวิจัยโครงการ การศึกษาผลของการเล่นหมากล้อมที่มีต่อเชาวน์ปัญญา ความคิดสร้างสรรค์ ทักษะการเผชิญปัญหา และความคิดเชิงระบบ เพื่อศึกษาวิจัยและวัดผลจากการเล่นหมากล้อมต่อ 4 ทักษะ คือ เชาวน์ปัญญา ความคิดสร้างสรรค์ การแก้ปัญหา และความคิดเชิงระบบของเยาวชนไทยในระดับมัธยมศึกษาพบว่า เยาวชนที่เล่นกีฬาหมากล้อมมีการเปลี่ยนแปลงทางบวกในด้านพัฒนาเชาวน์ปัญญาความคิดสร้างสรรค์และความคิดเชิงระบบ ช่วยให้ผู้เล่นมีสมาธิและความจดจำดีขึ้น รวมถึงความสามารถในการวางแผนเพิ่มขึ้น
ระบบพีระมิด
ระบบปิรามิด (pyramidal system) เป็นส่วนหนึ่งของระบบประสาทสั่งการ หรือระบบประสาทมอเตอร์ (motor system) ทำหน้าที่ควบคุมการเคลื่อนไหวของร่างกายภายใต้อำนาจจิตใจ (voluntary control)
ระบบปิรามิดสามารถพบได้ที่ชั้นที่ 5 ของเปลือกสมอง precentral gyrus หรือ primary motor cortex หรือ Brodmann's area 4 (M1) ซึ่งอยู่ด้านหน้าต่อร่อง central sulcus โดยมีจุดกำเนิดจากเซลล์ที่มีรูปร่างคล้ายปิรามิดที่มีขนาดใหญ่ เรียกว่า giant betz cell โดยแอกซอน (axon) ของเซลล์ดังกล่าวจะสอดแทรกผ่าน internal capsule ไปยัง cerebral peduncle ของก้านสมองส่วน midbrain เมื่อถึงสมองส่วน medulla จะเกิดการทอดไปยังฝั่งตรงข้าม ณ บริเวณที่เรียกว่า pyramidal decussation และจะเกิดการรวมกลุ่มกันเป็น lateral corticospinal tract ไปสิ้นสุดยังไขสันหลังซึ่งเป็นจุดหมายปลายทาง โดยใยประสาทนี้จะไปเลี้ยงเซลล์ประสาทอัลฟามอเตอร์ (α motor neuron) และแอกซอนของเซลล์ประสาทมอเตอร์ก็จะไปเลี้ยงกล้ามเนื้อลาย (skeleton muscle) ต่อไป 
ควบคุมการทำงานของกล้ามเนื้อลายด้านตรงข้ามของร่างกาย โดยควบคุมภายใต้อำนาจจิตใจ เช่น ควบคุมการหดตัวของกล้ามเนื้อ ควบคุมการเคลื่อนไหวที่ละเอียดอ่อนต่างๆอย่างเช่นการควบคุมนิ้วมือเพื่อใช้ในการหยิบจับสิ่งของหรือเขียนหนังสือ การแสดงออกทางสีหน้า การพูด เป็นต้น
ระบบปิรามิดจะมีการทำงานร่วมกันกับระบบนอกปิรามิดซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของระบบสั่งการ เพื่อควบคุมคุณภาพของการเคลื่อนไหว เช่น การเดิน การวิ่ง หรือการเตะลูกบอล เป็นต้น ซึ่งระบบสั่งการนั้นจะต้องอาศัยการทำงานร่วมกันของสมองหลายบริเวณเพื่อประมวลและสั่งการให้กล้ามเนื้อเกิดการเคลื่อนไหวต่อไป
การเกิดพยาธิสภาพในระบบปิรามิด อาจทำให้เกิดอัมพาตแบบต่างๆขึ้นอยู่กับว่าตำแหน่งที่เกิดพยาธิสภาพนั้นเป็นส่วนใด โดยอาจมีอาการแบบไม่รุนแรง สามารถขยับร่างกายได้บ้างจนถึงการเกิดอัมพาตทั้งตัว ซึ่งสาเหตุนั้นอาจจะมาจากความผิดปกติของหลอดเลือดในสมองที่อาจเกิดการอุดตัน ทำให้เนื้อสมองขาดเลือดจนเกิดภาวะช็อคและเป็นอัมพาตได้ นอกจากนี้ ภาวะที่เกิดการบาดเจ็บของไขสันหลังทั้งการกดทับหรือการตัดขาดก็ส่งผลต่อการเคลื่อนไหวและการเป็นอัมพาตเช่นกัน
ผลทางประสาทชีวภาพของการออกกำลังกาย
งานปริทัศน์เป็นระบบปี 2557 อีก 3 งาน ซึ่งวิเคราะห์งานทบทวนแบบคอเครนด้วย สรุปงานโดยคล้าย ๆ กัน งานหนึ่งชี้ว่า การออกกำลังกายมีประสิทธิผลเท่ากับการรักษาเสริม (adjunct treatment) แบบอื่น ๆ ที่ใช้ร่วมกับยาแก้ซึมเศร้า
ส่วนอีก 2 งานชี้ว่า การออกกำลังกายมีผลแก้ความซึมเศร้าอย่างชัดเจน และแนะนำให้รวมการออกกำลังกายเป็นการรักษาเสริมสำหรับโรคซึมเศร้าระดับปานกลาง-รุนแรง และความเจ็บป่วยทางจิตใจอื่นโดยทั่วไป
การออกกำลังกาย
การออกกำลังกายหนักปานกลางสัมพันธ์กับการลดการติดเชื้อในทางลมหายใจส่วนบน (upper respiratory tract infection, URTI) แต่งานศึกษาในนักวิ่งมาราธอนพบว่า การออกกำลังกายอย่างหนักเป็นเวลานานเช่นนี้สัมพันธ์กับความเสี่ยงติดเชื้อที่สูงขึ้น
แต่งานศึกษาอีกงานหนึ่งก็ไม่พบผลที่ว่า
หลังออกกำลังกายหนักเป็นเวลานานเซลล์ภูมิคุ้มกันดูเหมือนจะทำงานแย่ลง และงานศึกษาบางงานก็พบว่า นักกีฬาเสี่ยงติดเชื้อได้ง่ายขึ้น
งานศึกษาต่าง ๆ ได้แสดงว่า การออกกำลังกายหนักเป็นเวลานาน เช่นการฝึกวิ่งมาราธอน สามารถกดระบบภูมิคุ้มกันโดยลดความเข้มข้นของลิมโฟไซต์
ถึงกระนั้น ระบบภูมิคุ้มกันของนักกีฬาและของบุคคลอื่นโดยทั่วไปก็คล้าย ๆ กัน
แม้นักกีฬาอาจมีจำเนวนเซลล์ภูมิคุ้มกันแบบ natural killer cell และมีการสลายเซลล์ (cytolytic action) ที่สูงกว่าบ้าง แต่ก็ไม่น่าจะมีผลทางสำคัญทางสุขภาพ
ความจำเชิงกระบวนวิธี
เป็นที่รู้กันแล้วว่าโรคพาร์กินสันมีผลต่อเขตสมองต่าง ๆ ในสมองกลีบหน้าโดยเฉพาะ
ข้อมูลวิทยาศาสตร์ปัจจุบันบอกเป็นนัยว่า ปัญหาสมรรถภาพความจำที่เห็นได้ชัดในคนไข้ เกิดจากการควบคุมโดยวงจรวงจรประสาทที่เชื่อมสมองกลีบหน้ากับ striatum (frontostriatal circuit) ที่ผิดปกติ 
คนไข้โรคพาร์กินสันบ่อยครั้งประสบความยากลำบากเกี่ยวกับเรื่องลำดับการกระทำที่ต้องใช้ในระยะการเรียนรู้ 
หลักฐานอื่น ๆ แสดงด้วยว่า เครือข่ายประสาทต่าง ๆ ของสมองกลีบหน้ามีความเกี่ยวข้องกับกิจบริหาร (executive function) และจะเกิดการทำงานเมื่อคนไข้ต้องทำงานบางอย่าง
ซึ่งแสดงว่า frontostriatal circuit เป็นวงจรอิสระแต่สามารถทำงานร่วมกับเขตอื่น ๆ ในสมองซึ่งช่วยในกิจต่าง ๆ เช่นการใส่ใจ คือการตั้งสมาธิ
ภาวะละเลยกึ่งปริภูมิ
แม้ว่าภาวะละเลยกึ่งปริภูมิก็ปรากฏเมื่อมีความเสียหายต่อสมองซีกซ้าย ซึ่งทำให้เกิดภาวะละเลยในปริภูมิด้านขวา แต่ว่า ภาวะนี้เกิดขึ้นบ่อยกว่าเมื่อมีความเสียหายในสมองซีกขวา โดยมีทฤษฎีว่า ความไม่เสมอกันนี้ เกิดจากความที่สมองซีกขวามีกิจเฉพาะในการรับรู้ปริภูมิและในการทรงจำ ในขณะที่สมองซีกซ้ายมีกิจเฉพาะในเรื่องภาษา ดังนั้น จึงมีการประมวลผลเกี่ยวกับลานสายตาด้านขวาในซีกสมองทั้งสองข้าง และเพราะเหตุนั้น สมองซีกขวาจึงสามารถทำกิจที่สูญเสียไปทางสมองซีกซ้าย แต่ว่า ในนัยตรงข้ามกันไม่เป็นอย่างนั้น
ความจำเชิงกระบวนวิธี
มีงานวิจัยที่ได้เปรียบเทียบความบกพร่องทางความจำที่เหมือนกันในกรณีทั้งสองเพื่อที่จะทำความเข้าใจเกี่ยวกับเครือข่ายประสาทของความจำเชิงกระบวนวิธี
งานวิจัยหลายงานในหนูพบว่า เมื่อให้โคนเคนระดับ trace (คือมีปริมาณน้อยมาก) กับหนู ก็จะเกิดผลลบต่อระบบความจำเชิงกระบวนวิธี
คือโดยเฉพาะแล้ว หนูจะไม่สามารถทำการเรียนรู้ทักษะการเคลื่อนไหวให้มั่นคง 
งานวิจัยต่อ ๆ มาแสดงว่า การเว้นจากโคเคนมีความสัมพันธ์ต่อสมรรถภาพที่ดีขึ้นในการเรียนรู้ทักษะการเคลื่อนไหวที่สามารถดำรงเสถียรภาพอยู่ได้นาน (วิลเฟร็ดและคณะ) คือผลเสียต่อกายภาพที่เกิดจากการเสพโคเคนสามารถฟื้นตัวขึ้นได้บ้างเมื่อเลิกเสพ
สมอง
สมองมีหน้าที่ควบคุมและสั่งการการเคลื่อนไหว, พฤติกรรม และภาวะธำรงดุล (homeostasis) เช่น การเต้นของหัวใจ, ความดันโลหิต, สมดุลของเหลวในร่างกาย และอุณหภูมิ เป็นต้น หน้าที่ของสมองยังมีเกี่ยวข้องกับการรู้ (cognition) อารมณ์ ความจำ การเรียนรู้การเคลื่อนไหว (motor learning) และความสามารถอื่น ๆ ที่เกี่ยวกับการเรียนรู้
ผลทางประสาทชีวภาพของการออกกำลังกาย
ส่วนงานวิจัยอื่น ๆ แสดงว่า การออกกำลังกายไม่มีผลต่อการเรียน ซึ่งอาจเป็นเพราะการกำหนดว่าอะไรเป็นการเรียนดีต่างกันมาก
นี่เป็นประเด็นการศึกษาที่คณะกรรมการการศึกษาเพ่งความสนใจเพื่อใช้ตัดสินใจว่า การออกกำลังกายควรเป็นส่วนหลักสูตรการศึกษาหรือไม่ นักเรียนควรใช้เวลาในวิชาพละเท่าไร และจะมีผลกระทบต่อการเรียนวิชาอื่น ๆ หรือไม่
ความจำเชิงกระบวนวิธี
ระบบลิมบิกเป็นกลุ่มเขตพิเศษต่าง ๆ ในสมองที่ทำงานร่วมกันในกระบวนการต่าง ๆ เกี่ยวกับอารมณ์ แรงจูงใจ (motivation) การเรียนรู้ และความจำ
มีความคิดในปัจจุบันว่า ระบบลิมบิกมีกายวิภาคร่วมกับส่วนหนึ่งของ neostriatum ซึ่งได้รับเครดิตอยู่แล้วว่า มีบทบาทสำคัญในการควบคุมความจำเชิงกระบวนวิธี.
แม้ว่าจะเชื่อกันมาก่อนว่าเป็นส่วนที่ทำกิจต่างกัน เขตสำคัญในสมองที่ริมด้านหลังของ striatum กลับพบในปี ค.ศ. 2000 ว่ามีความสัมพันธ์กับความจำ เป็นเขตที่เริ่มจะเรียกกันว่า marginal division zone (MrD)
ผลทางประสาทชีวภาพของการออกกำลังกาย
กลูตาเมตเป็นสารเคมีประสาทที่สามัญที่สุดอย่างหนึ่งในสมอง เป็นสารสื่อประสาทแบบกระตุ้น (excitatory) ที่มีบทบาทในกิจต่าง ๆ ของสมองรวมทั้งการเรียนรู้และความจำ
การออกกำลังกายทำการส่งสัญญาณร่วมกันของกลูตาเมตกับโดพามีนให้เป็นเรื่องปกติใน nucleus accumbens
งานทบทวนวรรณกรรมในเรื่องผลของการออกกำลังกายต่อการทำงานของหัวใจ-ประสาทในระยะพรีคลินิกให้ข้อสังเกตว่า การปรับสภาพทางประสาท (neuroplasticity) ที่เกิดจากการออกกำลังกายในเขต rostral ventrolateral medulla (RVLM) มีผลยับยั้งการสื่อประสาทแบบกลูตาเมต ซึ่งลดการทำงานของระบบประสาทซิมพาเทติก (ซึ่งมีหน้าที่เกี่ยวกับปฏิกิริยาสู้หรือหนีและภาวะธำรงดุล)
ผู้เขียนให้สมมติฐานว่า การปรับสภาพทางประสาทใน RVLM เป็นกลไกที่การออกกำลังกายเป็นปกติช่วยป้องกันโรคหลอดเลือดหัวใจแบบที่เกิดจากมีชีวิตนั่ง ๆ นอน ๆ
การออกกำลังกาย
การออกกำลังกาย เป็นกิจกรรมทางกายใด ๆ ก็ได้ที่เสริมหรือคงสภาพสมรรถภาพทางกาย ความแข็งแรงและสุขภาพทั่วไปของร่างกาย
อาจทำเพราะเหตุต่าง ๆ รวมทั้งเพื่อเสริมการเติบโตและพัฒนาการของร่างกาย ป้องกันไม่ให้แก่เร็ว เสริมสร้างความแข็งแรงของกล้ามเนื้อและระบบไหลเวียนโลหิต 
ปรับปรุงทักษะทางกีฬา ลดหรือรักษาน้ำหนัก และเพื่อความสนุก
การออกกำลังกายอย่างสม่ำเสมอจะช่วยสร้างเสริมระบบภูมิคุ้มกันและช่วยป้องกันโรคต่าง ๆ เช่นโรคหัวใจร่วมหลอดเลือด เบาหวาน และโรคอ้วน
หลาย ๆ คนเลือกออกกำลังกายนอกบ้านที่ทำเป็นกลุ่มเพื่อสังสรรค์ และเพื่อความสุข
อนึ่ง การออกกำลังกายยังช่วยสร้างเสริมสุขภาพจิตและลดความเครียดได้
ผลทางประสาทชีวภาพของการออกกำลังกาย
งานศึกษาในสัตว์พบว่า การออกกำลังกายมีอิทธิพลต่อพัฒนาการของสมองในช่วงต้นของชีวิต
หนูที่มีล้อวิ่งหรือมีของเล่นออกกำลังกายอื่น ๆ มีพัฒนาการของเซลล์ประสาทเกี่ยวกับการเรียนรู้และความจำที่ดีกว่า
งานสร้างภาพสมองในมนุษย์แสดงผลเช่นเดียวกัน ที่การออกกำลังกายนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงทางโครงสร้างและการทำหน้าที่ของสมอง
นักวิจัยบางท่านได้เชื่อมระดับความฟิตต่ำในเด็กกับการมี executive function ที่เสียหายเมื่อถึงวัยสูงอายุ แต่ก็มีหลักฐานเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ ว่า ความจริงมันอาจจะสัมพันธ์กับความไม่สามารถควบคุมการการใส่ใจ หยุดพฤติกรรมอัตโนมัติ (inhibitory control) และไม่สนใจตัวกวนสมาธิ (interference control)
การออกกำลังกาย
การออกกำลังกายที่ไม่เหมาะสมอาจทำอันตรายมากกว่าให้ประโยชน์ แต่นิยามว่า อะไรไม่เหมาะสมอาจจะไม่เหมือนกันในแต่ละบุคคล
สำหรับกิจกรรมหลายอย่าง โดยเฉพาะการวิ่งและปั่นจักรยาน การฝึกที่วางแผนไม่ดีอาจทำให้บาดเจ็บอย่างสำคัญได้
อนึ่ง การบาดเจ็บเพราะอุบัติเหตุก็เป็นเรื่องน่าเป็นห่วงด้วย
แต่ผลลบเพราะประสบกับมลภาวะอากาศดูเหมือนจะไม่น่าเป็นห่วงมาก
การออกกำลังกาย
หน่วยการศึกษาและวัฒนธรรม () ของคณะกรรมาธิการยุโรป มีโปรแกรมและงบประมาณอุทิศให้โปรโหมตการออกกำลังกายเพื่อเสริมสุขภาพ ()
โดยเป็นส่วนของโปรแกรม Horizon 2020 และ Erasmus+ เพราะงานวิจัยแสดงว่าคนยุโรปออกกำลังกายไม่พอ
มีการให้เงินทุนเพื่อเพิ่มการร่วมมือประสานงานกันระหว่างผู้ทำการในเรื่องนี้ทั้งทั่วสหภาพยุโรปและทั่วโลก 
DG EAC ยังตีพิมพ์การสำรวจเรื่องกีฬาและการออกกำลังกายเป็นระยะ ๆ
เฮ็นรี่ กัสตาฟ โมไลสัน
ความรู้อีกอย่างหนึ่งที่นายโมไลสันได้ช่วยก็คือโครงสร้างทางประสาทของกระบวนการทำความจำให้มั่นคง (memory consolidation) ในมนุษย์
ซึ่งมีหน้าที่ในการสร้างความจำระยะยาวที่มีเสถียรภาพ 
คือนายโมไลสันมีภาวะเสียความจำส่วนอดีต (retrograde amnesia) ที่เป็นไปตามลำดับกาลเวลา ที่เขา “ยังสามารถระลึกถึงความจำในวัยเด็กได้
แต่มีปัญหาในการระลึกถึงเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นในช่วงปีก่อน ๆ การผ่าตัด” 
คือ ความจำเก่า ๆ ของเขาไม่มีความเสียหาย แต่ว่า ความจำของปีใกล้ ๆ ก่อนการผ่าตัดมีความเสียหาย
นี้เป็นหลักฐานที่แสดงว่า ความจำเก่า ๆ ในวัยเด็กไม่ได้อาศัยสมองกลีบขมับส่วนใน (medial temporal lobe)
เปรียบเทียบกับความจำหลังจากนั้นที่ปรากฏว่าต้องอาศัย 
โครงสร้างต่าง ๆ ในสมองกลีบขมับส่วนในที่ถูกตัดออก
ได้รับสมมติว่ามีบทบาทในการทำความจำให้มั่นคงโดยวิธีที่
“การปฏิสัมพันธ์ระหว่างสมองกลีบขมับส่วนในและเขตเปลือกสมองด้านข้างต่าง ๆ 
ได้รับการพิจารณาว่า เป็นการบันทึกความจำนอกสมองกลีบขมับส่วนใน
โดยการสร้างอย่างช้า ๆ ซึ่งการเชื่อมต่อโดยตรง (โดยไม่ผ่านฮิปโปแคมปัส) ระหว่างเขตเปลือกสมองต่าง ๆ ที่เป็นตัวแทน (คือเป็นที่บันทึก) ของประสบการณ์”
การสร้างภาพประสาท
นักวิทยาศาสตร์บางท่านได้วิพากษ์วิจารณ์ข้ออ้างที่อาศัยภาพสมองที่ลงพิมพ์ในวารสารวิทยาศาสตร์และสื่อมวลชน เช่น อ้างว่าได้ค้นพบ "ส่วนสมองที่เป็นตัวการ" ของเรื่องต่าง ๆ เช่น ความรัก หรือความสามารถทางดนตรี หรือความจำเฉพาะอะไรบางอย่าง
เพราะว่า เทคนิคการสร้างแผนที่หลายอย่างมีความคมชัดค่อนข้างต่ำ voxel (ปริมาตรที่เล็กที่สุดที่รวมตัวกันเป็นภาพสามมิติ ย่อมาจาก volume pixel) เดียวสามารถมีเซลล์ประสาทอยู่เป็นพัน ๆ
หน้าที่หลายอย่างยังต้องอาศัยเขตต่าง ๆ หลายเขตในสมอง ซึ่งหมายความว่าข้ออ้างเช่นนี้ไม่สามารถตรวจสอบได้ด้วยอุปกรณ์ที่มี และโดยทั่วไปขึ้นอยู่กับข้อสมมุติผิด ๆ ว่า สมองทำหน้าที่แบ่งส่วนกันอย่างไร
อาจจะเป็นไปได้ว่า หน้าที่ของสมองจะสามารถบอกได้อย่างถูกต้องก็ต่อเมื่อวัดด้วยวิธีที่ละเอียดกว่านี้ ที่ตรวจสอบไม่ใช่บริเวณใหญ่ ๆ แต่ตรวจสอบวงจรประสาทวงจรเล็ก ๆ เป็นจำนวนมหาศาล
ผลทางประสาทชีวภาพของการออกกำลังกาย
การให้คะแนนจากผู้ปกครอง-ครู ทางพฤติกรรมและทางสังคม-อารมณ์ ที่เป็นผลของการออกกำลังกายแบบแอโรบิกเป็นประจำรวมทั้งความดีขึ้นทั่วไป การลดอาการ ADHD ความภูมิใจในตนที่ดีกว่า การลดระดับความวิตกกังวลและความซึมเศร้า การบ่นเรื่องอาการทางกายอื่น ๆ ที่น้อยลง การเรียนที่ดีกว่า ความประพฤติที่ดีกว่าในห้องเรียน และพฤติกรรมทางสังคมที่ดีกว่า
การออกกำลังกายเมื่อกำลังทานยากระตุ้นเพิ่มผลของยาต่อ executive functions
เชื่อว่า ผลระยะสั้นของการออกกำลังกายเช่นนี้อำนวยโดยการเพิ่มขึ้นของโดพามีนและนอร์เอพิเนฟรินที่ไซแนปส์ของเซลล์ประสาทในสมอง
ความตลกขบขัน
มีการอ้างว่า การหัวเราะสามารถช่วยเพิ่มผลการออกกำลังกายคือให้ประโยชน์ทางด้านหัวใจและหลอดเลือด และสามารถทำให้กล้ามเนื้อสมบูรณ์ขึ้น
แต่ว่างานหนึ่งแสดงว่า การหัวเราะอาจจะลดความตึงตัวของกล้ามเนื้อโครงกระดูก (skeletal muscle) เพราะว่า การหัวเราะทำให้กล้ามเนื้อเกร็งตัวแบบสั้น ๆ แต่ก็ทำให้คลายตัวเป็นระยะเวลาที่นานกว่าด้วย
ประโยชน์ต่อหัวใจและหลอดเลือดก็ดูจะเป็นเรื่องแค่คิดขึ้นเท่านั้น เพราะว่า งานศึกษาที่ตรวจความอิ่มตัวของออกซิเจนแสดงว่า แม้ว่าการหัวเราะจะทำให้หายใจลึก ๆ เป็นระยะ ๆ แต่ว่ากลับไม่มีผลต่อระดับความอิ่มตัวของออกซิเจน
การออกกำลังกายใช้ออกซิเจน
ทั้งประโยชน์ทางสุขภาพและทางประสิทธิผล อันเป็นผลการฝึก จะได้ก็ต่อเมื่อออกกำลังกายนานพอและบ่อยพอ
แหล่งอ้างอิงโดยมากแนะนำให้ทำอย่างน้อย 20 นาที 3 ครั้งต่อสัปดาห์
นพ. คูเปอร์เองนิยามการออกกำลังกายแบบแอโรบิกว่า เป็นสมรรถภาพในการใช้ออกซิเจนในระดับสูงสุดเมื่อทำงานหนัก
และได้อธิบายประโยชน์ทางสุขภาพหลัก ๆ บางอย่างรวมทั้งประสิทธิภาพของปอดเพราะเพิ่มสมรรถภาพการหายใจในระดับสูงสุด ซึ่งทำให้สามารถเวียนอากาศมากกว่าในระยะเวลาที่สั้นกว่า
เมื่อศักยภาพการหายใจสูงขึ้น ก็จะสามารถดูดออกซิเจนเข้าไปในเลือดได้เร็วขึ้น และเพิ่มกำจัดคาร์บอนไดออกไซด์
หัวใจจะทำงานอย่างมีประสิทธิภาพยิ่งขึ้น โดยปริมาตรเลือด, จำนวนเฮโมโกลบินและเม็ดเลือดแดงก็จะสูงขึ้น ซึ่งเพิ่มสมรรถภาพการขนส่งออกซิเจนจากปอดไปยังกล้ามเนื้อ
เมแทบอลิซึมจะดีขึ้น ทำให้สามารถบริโภคแคลอรีได้สูงขึ้นโดยไม่เพิ่มน้ำหนัก
อาจช่วยชะลอภาวะกระดูกพรุนเพราะมีมวลกล้ามเนื้อสูงขึ้น ลดไขมัน และเพิ่มความหนาแน่นของกระดูก
เมื่อสิ่งเหล่านี้ดีขึ้น โอกาสเป็นเบาหวานก็จะลดลงเพราะกล้ามเนื้อเผาน้ำตาลได้ดีกว่าไขมัน
ประโยชน์หลักอย่างหนึงก็คือน้ำหนักอาจลดลงอย่างช้า ๆ 
แต่จะลดเร็วขึ้นถ้าจำกัดแคลอรีที่ทานด้วย ดังนั้น จึงลดการเกิดโรคอ้วน
สมรรถภาพทางแอโรบิกหมายถึงสมรรถภาพการทำงานของระบบหัวใจและการหายใจ คือ หัวใจ ปอด และหลอดเลือด
คือออกซิเจนจำนวนมากที่สุดร่างกายใช้ได้ในช่วงการออกกำลังกายอย่างหนัก ภายในช่วงระยะเวลาหนึ่ง ๆ
เป็นฟังก์ชันของทั้งสมรรถภาพทางระบบหัวใจและการหายใจ และสมรรถภาพการเอาออกซิเจนมาใช้จากเลือดไหลเวียน
เฮ็นรี่ กัสตาฟ โมไลสัน
นายโมไลสันมีอิทธิพลอย่างยิ่งไม่ใช่เพียงแค่ความรู้ที่เขาให้เกี่ยวกับความเสียหายต่อความจำและภาวะเสียความจำ
แต่เพราะว่า มีการพิจารณาว่า การผ่าตัดทางสมองโดยเฉพาะของเขาได้เปิดโอกาสให้สร้างความเข้าใจว่า เขตต่าง ๆ โดยเฉพาะในสมองมีความสัมพันธ์กับกระบวนการเฉพาะต่าง ๆ ที่สมมติว่าเกิดขึ้นในการสร้างความจำอย่างไร
เพราะเหตุนี้ เค้สของเขาเชื่อกันว่า ได้ให้ข้อมูลทางพยาธิวิทยาเกี่ยวกับสมอง
และมีส่วนช่วยในการพัฒนาทฤษฎีเกี่ยวกับการสร้างความจำที่เป็นปกติ
การรับรู้อากัปกิริยา
เพราะมีการรับรู้อากัปกิริยา เราจึงสามารถที่จะเรียนรู้เพื่อจะเดินในที่มืดสนิดโดยไม่เสียการทรงตัว และในขณะที่กำลังเรียนทักษะ เรียนการเล่นกีฬา หรือเรียนวิธีการสร้างศิลปะใหม่ ๆ ปกติแล้วจะขาดความคุ้นเคยเกี่ยวกับอากัปกิริยาของร่างกายที่มีในการทำกิจกรรมนั้น ๆ ไม่ได้ 
ถ้าไม่มีการประสานข้อมูลเกี่ยวกับอากัปกิริยาของร่างกายที่เหมาะสม นักวาดรูปย่อมไม่สามารถป้ายสีที่ผ้าใบโดยที่ไม่แลดูมือของตนที่กำลังเคลื่อนพู่กันไปที่ส่วนต่าง ๆ ของผ้าใบได้ 
คนขับรถก็จะไม่สามารถขับรถ เพราะไม่สามารถมองดูพวงมาลัย ดูคันเร่ง และดูถนนหนทางที่อยู่ข้างหน้าไปพร้อม ๆ กันได้ ผู้พิมพ์คีย์บอร์ดก็จะไม่สามารถพิมพ์แบบสัมผัสโดยไม่ต้องแลดูแป้นพิมพ์ได้ นักเต้นบัลเล่ย์ก็จะไม่อาจเต้นให้งดงามได้ และคนโดยทั่ว ๆ ไปก็จะไม่สามารถแม้แต่จะเดินโดยไม่มองดูที่ที่ตนต้องวางเท้าได้
น.พ. โอลิเว่อร์ แซกส์ ครั้งหนึ่งได้รายงานกรณีของหญิงสาวผู้สูญเสียการรับรู้อากัปกิริยาเพราะการติดเชื้อไวรัสที่ไขสันหลัง 
เมื่อเริ่มมีปัญหานี้ใหม่ ๆ เธอไม่สามารถแม้แต่จะเคลื่อนไหวร่างกายอย่างเป็นปกติ ไม่สามารถจะควบคุมน้ำเสียงของเธอ เพราะการควบคุมเสียงอาศัยการรับรู้อากัปกิริยา ต่อมา เธอต้องฝึกทำกิจกรรมต่าง ๆ ใหม่โดยใช้ตากับระบบรับรู้การทรงตัว (vestibular system) ในหูชั้นใน ในการเคลื่อนไหวร่างกายโดยไม่มีข้อมูลจากระบบการรับรู้อากัปกิริยา และใช้หูเพื่อช่วยควบคุมน้ำเสียงของเธอ 
ในที่สุด เธอจึงจะสามารถทำการเคลื่อนไหวที่แข็ง ๆ และช้า ๆ และใช้คำพูดด้วยน้ำเสียงที่เกือบเป็นปกติ ซึ่งเชื่อกันว่าเป็นความสำเร็จผลดีที่สุดที่เป็นไปได้ในกรณีที่ขาดการรับรู้อากัปกิริยาอย่างนี้ เธอไม่สามารถแม้จะรู้ระดับกำลังที่ต้องใช้ในการหยิบจับวัถถุ ดังนั้น เธอจึงจับวัตถุต่าง ๆ เกินกำลังจนกระทั่งรู้สึกเจ็บปวด เพื่อให้แน่ใจว่า เธอจะไม่ทำวัตถุเหล่านั้นตก
ผลทางประสาทชีวภาพของการออกกำลังกาย
บุคคลที่เพิ่งออกกำลังกายจะรับมือความเครียดได้ดีขึ้น
การออกกำลังกายแบบแอโรบิกเพิ่มระดับฟิตเนสทางกายและช่วยลดความไวปฏิกิริยาของ และดังนั้นจึงช่วยลดปฏิกิริยาทางชีวภาพต่อความเครียดทางใจในมนุษย์ (คือ ช่วยลดการปล่อยคอร์ติซอล และลดอัตราการเต้นหัวใจที่เป็นการตอบสนอง)
การออกกำลังกายยังช่วยฟื้นสภาพระดับการแสดงออกและการส่งสัญญาณที่ลดลงของ ในสมองเนื่องจากความเครียด และดังนั้น จึงมีฤทธิ์ป้องกันโรคที่เกี่ยวกับความเครียดเช่นโรคซึมเศร้า
การออกกำลังกายยังช่วยปล่อยสารสื่อประสาทเช่นเอ็นดอร์ฟิน ซึ่งช่วยลดความรู้สึกไม่ดีที่เกิดจากอารมณ์ซึมเศร้า
การออกกำลังกาย
ประโยชน์ของการออกกำลังกายรู้มาตั้งแต่สมัยโบราณแล้ว
ในปี 65 ก่อนคริสต์ศักราช นักการเมืองและทนายชาวโรมันคือ ซิเซโร ได้กล่าวไว้ว่า "เป็นการออกกำลังกายที่ช่วยค้ำจุนจิตใจ รักษาใจให้กระปี้กระเป่า"
กลุ่มชนเจอร์แมนิกในยุโรปเหนือยังให้คุณค่าการออกกำลังในช่วงต้นสมัยกลางโดยเป็นวิธีที่ช่วยให้รอดชีวิตได้
โครงข่ายประสาทเทียม
นักวิจัยส่วนใหญ่ในปัจจุบันเห็นตรงกันว่าข่ายงานประสาทเทียมมีโครงสร้างแตกต่างจากข่ายงานในสมอง แต่ก็ยังเหมือนสมอง ในแง่ที่ว่าข่ายงานประสาทเทียม คือการรวมกลุ่มแบบขนานของหน่วยประมวลผลย่อยๆ และการเชื่อมต่อนี้เป็นส่วนสำคัญที่ทำให้เกิดสติปัญญาของข่ายงาน เมื่อพิจารณาขนาดแล้ว สมองมีขนาดใหญ่กว่าข่ายงานประสาทเทียมอย่างมาก รวมทั้งเซลล์ประสาทยังมีความซับซ้อนกว่าหน่วยย่อยของข่ายงาน อย่างไรก็ดีหน้าที่สำคัญของสมอง เช่นการเรียนรู้ ยังคงสามารถถูกจำลองขึ้นอย่างง่ายด้วยข่ายงานประสาท
ผลทางประสาทชีวภาพของการออกกำลังกาย
งานปี 2546 ทำการวิเคราะห์อภิมานตรวจสอบความสัมพันธ์ระหว่างการออกกำลังกายกับสมรรถภาพการรู้คิดในเด็ก
แล้วรายงานความสัมพันธ์ที่มีประโยชน์ในเรื่องทักษะการรับรู้ ระดับเชาวน์ปัญญา การประสบความสำเร็จ การทดสอบทางภาษา การทดสอบทางคณิต ระดับพัฒนาการ และความพร้อมทางการเรียนและด้านอื่น ๆ ยกเว้นเพียงแค่ความจำ
โดยพบค่าสหสัมพันธ์สูงสุดในเด็กอายุ 4-7 ขวบ และ 11-13 ปี
ผลทางประสาทชีวภาพของการออกกำลังกาย
นอกจากนั้นแล้ว การออกกำลังกายแบบแอโรบิกยังลดการใช้ยากระตุ้นจิตเอง ลดการกลับมาใช้ยาอีกหรือการหายา และฟื้นสภาพของ striatal dopamine receptor D (DRD2) signaling คือคืนความหนาแน่นของ DRD2 ที่ลดลงเพราะใช้ยา
ดังนั้น การออกกำลังกายอย่างสม่ำเสมอโดยเป็นการรักษาเสริมอาจให้ได้ผลการรักษาที่ดีกว่าสำหรับการติดยา 
โดยเดือนกรกฎาคม 2558 ยังต้องมีงานวิจัยทางคลินิกอีกเพื่อจะเข้าใจถึงกลไกการทำงานและยืนยันประสิทธิผลของการออกกำลังกายในการรักษาและป้องกันการติดยา
ความจำเชิงกระบวนวิธี
ซีรีเบลลัมมีบทบาทในการปรับปรุงการเคลื่อนไหวและในการปรับปรุงความคล่องแคล่วของการเคลื่อนไหวที่พบในทักษะเชิงกระบวนวิธีเช่นการวาดภาพ การเล่นเครื่องดนตรี และการเล่นกีฬา
ความเสียหายต่อสมองเขตนี้สามารถขัดขวางการเรียนรู้ทักษะการเคลื่อนไหวใหม่ ๆ 
นอกจากนั้นแล้ว ผลงานทดลองที่วัดการสัมพันธ์ในปี ค.ศ. 2008 พบว่า เขตนี้มีบทบาทในการทำการเรียนรู้เชิงกระบวนวิธีให้สามารถเป็นไปได้โดยอัตโนมัติ
ความจำ
สิ่งที่เชื่อกันว่าเป็นหน้าที่หลัก ๆ ของการนอนหลับก็คือ ทำข้อมูลที่ได้เรียนรู้นั้นให้มั่นคง (consolidation) ได้ดีขึ้น
เพราะว่า งานวิจัยหลายงานได้แสดงว่า ความจำที่ดีขึ้นอยู่กับการหลับนอนที่เพียงพอในช่วงระหว่างการเรียนและการทดสอบความจำ 
นอกจากนั้นแล้ว ข้อมูลที่ได้จากงานวิจัยหลายงานที่ใช้การสร้างภาพในสมอง (neuroimaging) แสดงรูปแบบการทำงานในสมองในขณะนอนหลับที่เหมือนกับช่วงการเรียนรู้งานนั้น ๆ ในวันก่อน 
ซึ่งบอกเป็นนัยว่า ความจำใหม่ ๆ อาจเกิดการทำให้มั่นคงผ่านการเล่นซ้ำ (rehearsal)
ความจำ
นักวิจัยใช้งานทดสอบหลายงานเพื่อประเมินความจำของเด็กที่โตกว่าและของผู้ใหญ่
ยกตัวอย่างเช่น
เขตในสมองที่มีบทบาทเกี่ยวกับประสาทกายวิภาคของความจำ (neuroanatomy of memory) เช่นเขตฮิปโปแคมปัส อะมิกดะลา striatum และ mammillary bodies เชื่อกันว่ามีบทบาทในความจำเฉพาะอย่างแต่ละอย่าง ๆ
ยกตัวอย่างเช่น เชื่อกันว่าฮิปโปแคมปัสมีบทบาทในการเรียนรู้เกี่ยวกับพื้นที่ (spatial learning) และการเรียนรู้เชิงประกาศ (declarative learning)
ในขณะที่อะมิกดะลามีบทบาทในความจำที่ประกอบกับอารมณ์ความรู้สึก (emotional memory) 
ความเสียหายของเขตต่าง ๆ ในสมองทั้งในคนไข้และสัตว์ตัวแบบและความบกพร่องทางความจำที่ปรากฏต่อ ๆ มา เป็นข้อมูลปฐมภูมิในการศึกษาประเด็นนี้
แต่ก็ยังต้องระวังว่า ความเสียหายในเขตนั้น ๆ โดยตรงอาจจะไม่ใช่เหตุของความบกพร่องที่ปรากฏ เหตุอาจจะเป็นความเสียหายในเขตติด ๆ กัน หรือในวิถีประสาทที่วิ่งผ่านเขตนั้น
นอกจากนั้นแล้ว ยังไม่เพียงพอที่จะบอกว่า ความจำและสิ่งที่คู่กันกับความจำคือการเรียนรู้ อาศัยเพียงแค่เขตสมองเฉพาะต่าง ๆ เหล่านั้น
ทั้งการเรียนรู้และความจำเป็นผลของความเปลี่ยนแปลงที่ไซแนปส์ของเซลล์ประสาท ซึ่งเชื่อกันว่าสื่อโดยกระบวนการ long-term potentiation และ long-term depression
ความจำชัดแจ้ง
นักวิจัยบางพวกเสนอว่า sleep spindle ซึ่งเป็นช่วงที่มีการทำงานของสมองเพิ่มขึ้นในระยะที่สองของการนอนหลับ
มีบทบาทในการเพิ่มการทำความจำชัดแจ้งให้มั่นคง 
ส่วนผู้ที่มีความเห็นขัดแยังชี้ว่า การทำงานในช่วง sleep spindle มีสหสัมพันธ์กับทั้งระดับเชาวน์ปัญญา (หรือสมรรถภาพของประชาน) และความจำ
เป็นความเห็นขัดแย้งกับสิ่งที่สคาบัสและกรูเบอร์ชี้ว่า การทำงานในช่วง sleep spindle สัมพันธ์แต่กับประสิทธิภาพที่ดีขึ้นของความจำที่มีการเรียนรู้ใหม่ แต่ไม่สัมพันธ์กับประสิทธิภาพที่ดีขึ้นโดยรวม ๆ
ซึ่งเป็นความเห็นที่สนับสนุนสมมติฐานว่า การนอนช่วง sleep spindle ช่วยทำรอยความจำใหม่ให้มั่นคง แต่ไม่ได้ช่วยประสิทธิภาพของความจำโดยทั่ว ๆ ไป 
โดยสรุปแล้ว ความสัมพันธ์กันระหว่างการนอนหลับช่วง sleep spindle และการทำความจำชัดแจ้งให้มั่นคงยังไม่ใช่สิ่งที่เข้าใจกันดี
การออกกำลังกาย
หลักฐานเบื้องต้นจากงานทบทวนวรรณกรรมปี 2012 ชี้ว่า การฝึกออกกำลังกายจนกระทั่งถึงเดือนที่ 4 อาจเพิ่มคุณภาพการนอนหลับในผู้ใหญ่อายุมากกว่า 40 ปี
ส่วนงานทบทวนวรรณกรรมปี 2010 เสนอว่า การออกกำลังกายโดยทั่วไปทำให้นอนหลับได้ดีขึ้นสำหรับคนโดยมาก และอาจช่วยการนอนไม่หลับ แต่ก็ยังไม่มีหลักฐานพอที่จะสรุปความสัมพันธ์อย่างละเอียดระหว่างการออกกำลังกายกับการนอนหลับ
จิตวิทยาเชิงบวก
เพื่อเป็นอุปกรณ์ให้มีชีวิตดีขึ้น จิตวิทยาเชิงบวกมีเป้าหมายเพื่อเพิ่มคุณภาพของประสบการณ์ต่าง ๆ
ในโครงสร้างเยี่ยงนี้ เด็กนักเรียนสามารถเรียนรู้ที่จะตื่นเต้นกับกิจกรรมทางกาย
การเล่นเป็นธรรมชาติของเด็กอยู่แล้ว
จิตวิทยาเชิงบวกต้องการที่จะดำรงรักษาความกระตือรือร้นเช่นนี้ (เพื่อเป็นความกระตือรือร้นเป็นแรงจูงใจในการใช้ชีวิต) ในการมีกิจกรรมทางกายสำหรับเด็กที่กำลังโต
ถ้าทำให้น่าสนใจ ท้าทาย และสนุก การออกกำลังกายจะช่วยสร้างความสุขให้เด็ก
วิธีการนี้สามารถให้แนวทางเด็กเพื่อที่จะมีชีวิตแบบไม่ว่าง สบายใจ และมีความหมาย
กรดไขมันโอเมกา-3
กรดไขมันโอเมกา-3 มีบทบาทสำคัญต่อโครงสร้างและการทำงานของสมอง ตับ และระบบประสาทเกี่ยวกับการพัฒนาเรียนรู้ รวมทั้งเกี่ยวกับเรตินาในการมองเห็น นอกจากนี้ยังมีบทบาทสำคัญอย่างมากต่อโภชนาการและสุขภาพของคนเรา เช่น ช่วยลดระดับโคเลสเตอรอล และไตรเอธิลกลีเซอรอล (triethylglycerol) ในพลาสมา ควบคุมระดับไลโปโปรตีน (lipoprotien) และมีผลต่อการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบและหน้าที่ของเกล็ดเลือด จึงมีแนวโน้มก่อให้เกิดผลดีในการลดอันตรายของโรคทางเดินหายใจ โรคไขมันในเส้นเลือด โรคหัวใจและโรคซึมเศร้า โอเมกา-3 พบมากในปลาทะเล และ ปลาน้ำจืดบางชนิด
การออกกำลังกาย
แต่ผลการออกกำลังกายดูเหมือนจะต่าง ๆ กันในสปีชีส์ที่ไม่ใช่สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม
เช่น การฝึกให้ปลาแซลมอนออกกำลังกายเพิ่มความอดทนได้เพียงแค่เล็กน้อย
แต่การบังคับลูกปลา "Seriola lalandi" (yellowtail amberjack) และ "Oncorhynchus mykiss" (rainbow trout) ให้ว่ายน้ำ ทำให้โตเร็วขึ้นและเปลี่ยนสัณฐานกล้ามเนื้อให้เหมาะกับการว่ายน้ำเป็นเวลานาน ๆ
จระเข้ จระเข้ตีนเป็ด และเป็ดจะมีสมรรถภาพการใช้ออกซิเจนได้ดีขึ้นหลังจากให้ฝึกออกกำลังกาย
งานศึกษากิ้งก่าโดยมากไม่พบผลฝึกให้คงทน
แม้จะมีงานหนึ่งรายงานว่าพบผล
ในกิ่งก่า การวิ่งเร็วไม่มีผลต่อสมรรถภาพการออกกำลังในระดับสูงสุด
และกล้ามเนื้อเกิดเสียหายหลังจากถูกบังคับให้วิ่งสายพานในช่วงหลายอาทิตย์
ภาวะไม่รู้ความเคลื่อนไหว
เขตสายตาสองเขตที่เกี่ยวข้องในการประมวลผลเกี่ยวกับความเคลื่อนไหวก็คือ เขตสายตา V5 และ เขตสายตา V1 เขตสองเขตนี้มีหน้าที่ต่างๆ กัน ถ้าแบ่งเขตในสมองออกโดยกิจ เขตโดยกิจ ก็คือ นิวรอนเซตหนึ่งที่มีการกระตุ้นและการเลือกตัวกระตุ้นที่เหมือนกัน คือมีการตอบสนองต่อตัวกระตุ้นโดยพฤติกรรมแบบเดียวกันนั่นเอง มีเขตที่มีกิจเฉพาะอย่างในคอร์เทกซ์สายตาถึง 30 เขตที่ค้นพบแล้ว
ความใส่ใจ
ความใส่ใจเป็นประเด็นงานวิจัยที่มีการศึกษามากที่สุดประเด็นหนึ่งในสาขาจิตวิทยาและประสาทวิทยาศาสตร์วิทยาการปัญญา (cognitive neuroscience) และยังเป็นประเด็นการศึกษาที่สำคัญในสาขาการศึกษา จิตวิทยา และประสาทวิทยาศาสตร์ ประเด็นงานวิจัยที่ยังเป็นไปอย่าต่อเนื่องในปัจจุบันรวมทั้ง การหาแหล่งกำเนิดของสัญญาณในสมองที่มีผลเป็นเป็นความใส่ใจ ผลของสัญญาณต่อการเลือกตัวกระตุ้น (neuronal tuning) ของเซลล์ประสาทรับความรู้สึก และความสัมพันธ์ของความใส่ใจกับกระบวนการทางประชานอื่น ๆ เช่นหน่วยความจำใช้งาน (working memory) และ vigilance นอกจากนี้แล้ว ก็ยังมีประเด็นงานวิจัยใหม่ ๆ ที่ตรวจสอบผลของการบาดเจ็บในกะโหลกศีรษะต่อความใส่ใจ
การออกกำลังกาย
ลูกหนูที่มีล้อวิ่งจะออกกำลังกายเองแล้วเพิ่มแนวโน้มในการวิ่งเมื่อโตแล้ว
การเลือกผสมพันธุ์หนูพบว่า มีบทบาททางกรรมพันธุ์ที่สำคัญในระดับการออกกำลังกายเอง
คือหนูพันธุ์ที่วิ่งมากมีสมรรถภาพการใช้ออกซิเจน (VO2 max) ที่ดีกว่า,
มีกำเนิดประสาทในฮิปโปแคมปัสที่ดีกว่า
และมีสัณฐานกล้ามเนื้อโครงร่างที่ดีกว่า
สมอง
สมองประกอบด้วยเซลล์สองชนิด คือ เซลล์ประสาท และเซลล์เกลีย เกลียมีหน้าที่ในการดูแลและปกป้องนิวรอน นิวรอนหรือเซลล์ประสาทเป็นเซลล์หลักที่ทำหน้าที่ส่งข้อมูลในรูปแบบของสัญญาณไฟฟ้าที่เรียกว่า ศักยะงาน (action potential) การติดต่อระหว่างนิวรอนนั้นเกิดขึ้นได้โดยการหลั่งของสารเคมีชนิดต่าง ๆ ที่รวมเรียกว่า สารสื่อประสาท (neurotransmitter) ข้ามบริเวณระหว่างนิวรอนสองตัวที่เรียกว่า ไซแนปส์ สัตว์ไม่มีกระดูกสันหลัง เช่น แมลงต่าง ๆ ก็มีนิวรอนอยู่นับล้านในสมอง สัตว์มีกระดูกสันหลังขนาดใหญ่มักจะมีนิวรอนมากกว่าหนึ่งร้อยล้านตัวในสมอง สมองของมนุษย์นั้นมีความพิเศษกว่าสัตว์ตรงที่ว่ามีความซับซ้อนและใหญ่กว่าเมื่อเทียบกับขนาดตัวของมนุษย์
ความจำชัดแจ้ง
แม้ว่า จะมีนักจิตวิทยาจำนวนมากที่เชื่อว่า สมองทั้งสิ้นมีส่วนเกี่ยวข้องกับความจำ
แต่ว่า เขตสมองที่ชื่อว่า ฮิปโปแคมปัสและโครงสร้างอื่นที่อยู่รอบ ๆ ดูเหมือนจะเป็นส่วนที่สำคัญที่สุดต่อความจำชัดแจ้งโดยเฉพาะ 
ความสามารถที่จะทรงไว้หรือระลึกถึงความจำอาศัยเหตุการณ์ต้องอาศัยฮิปโปแคมปัสเป็นอย่างยิ่ง 
เปรียบเทียบกับการสร้างความจำชัดแจ้งใหม่ ๆ ที่ต้องอาศัยทั้งฮิปโปแคมปัสและทั้งรอยนูนรอบฮิปโปแคมปัส (Parahippocampal gyrus) 
งานวิจัยอื่น ๆ พบว่า รอยนูนรอบฮิปโปแคมปัสมีความสัมพันธ์กับความจำแบบรู้จำ (Recognition Memory) ที่ดีกว่า
ผลทางประสาทชีวภาพของการออกกำลังกาย
ในผู้ใหญ่ ผลต่าง (effect size) ต่อการรู้คิดใหญ่ที่สุดในเรื่อง executive functions และเล็กน้อยจนถึงปานกลางสำหรับด้านต่าง ๆ ของความจำและความเร็วในการประมวลข้อมูล
บุคคลที่มีไลฟ์สไตล์แบบอยู่เฉย ๆ มักจะมีการควบคุมการรู้คิดที่เสียหายเทียบกับคนที่ไม่ออกกำลังกายแต่ไม่ชอบอยู่เฉย ๆ
ความสัมพันธ์แบบกลับกันระหว่างการออกกำลังกายกับการควบคุมการรู้คิดก็พบด้วยเช่นกัน คือ การควบคุมการรู้คิดที่ดีขึ้น เช่น การควบคุมการใส่ใจเป็นต้น จะช่วยให้บุคคลมีแนวโน้มที่จะออกกำลังกาย
งานปริทัศน์เป็นระบบต่องานที่ทำในเด็กแสดงว่า เรื่องที่ดีขึ้นเกี่ยวกับ executive functions สามารถเห็นได้หลังจากการออกกำลังกายเพียงครั้งเดียว แต่เรื่องอื่น ๆ (เช่น การควบคุมการใส่ใจ) จะดีขึ้นหลังจากออกกำลังกายอย่างสม่ำเสมอ
การออกกำลังกาย
งานวิเคราะห์อภิมานปี 2015 แสดงว่า การฝึกร่างกายโดยออกกำลังกายอย่างหนักสลับกับออกกำลังแบบพักระยะสั้น ๆ () เพิ่มความอึด/ความคงทนได้ดีกว่าการฝึกความคงทนที่ทำต่อเนื่องอย่างสม่ำเสมอ
การออกกำลังกายใช้ออกซิเจน
ระดับที่สมรรถภาพการใช้ออกซิเจนสามารถเพิ่มได้ด้วยการออกกำลังกายต่างกันมากในประชากรมนุษย์
แม้การเพิ่ม VOmax เฉลี่ยโดยเป็นการตอบสนองต่อการฝึกจะอยู่ที่ 17% 
กลุ่มประชากรแต่ละกลุ่มก็จะมีผู้ที่ตอบสนองได้ดีมาก คืออาจเพิ่มสมรรถภาพได้เป็นทวีคูณ และก็จะมีผู้ที่ตอบสนองได้ไม่ดี คือแทบไม่ได้หรือไม่ได้ประโยชน์จากการฝึกเลย
งานศึกษาต่าง ๆ ได้แสดงว่า ประมาณ 10% ของบุคคลที่มีสุขภาพปกติจะไม่สามารถเพิ่มสมรรถภาพการใช้ออกซิเจนด้วยการออกกำลังกายได้เลย
และระดับการตอบสนองจะสืบทอดเชื้อสายได้ ซึ่งแสดงว่าพันธุกรรมเป็นตัวกำหนดลักษณะปรากฏเช่นนี้
ผลทางประสาทชีวภาพของการออกกำลังกาย
เป็นโปรตีนส่งสัญญาณแบบบำรุงสมอง (neurotrophic) และสร้างหลอดเลือด (angiogenic) ที่ยึดกับตัวรับ tyrosine kinases 2 ประเภท คือ VEGFR1 และ VEGFR2 และมีอยู่ทั้งในเซลล์ประสาทและเซลล์เกลียในสมอง
ภาวะขาดออกซิเจน (Hypoxia) ทำให้มีการแสดงออกของยีน VEGF มากขึ้นมีผลป้องกันเซลล์ประสาทที่ขาดออกซิเจน
เหมือนกับ และ การออกกำลังกายมีหลักฐานว่าเพิ่มชีวสังเคราะห์ของ VEGF ในเนื้อเยื่อนอกประสาทส่วนกลางซึ่งสามารถข้ามตัวกั้นเลือด-สมองได้ แล้วโปรโหมตการเกิดเซลล์ประสาทและการเกิดหลอดเหลือดในสมอง
การเพิ่มการส่งสัญญาณโดย VEGF ที่เป็นผลของการออกกำลังกายมีหลักฐานว่าช่วยการไหลเวียนของเลือดในสมอง และมีส่วนให้เกิดเซลล์ประสาทในฮิปโปแคมปัสที่เกิดจากการออกกำลังกาย
ระบบการทรงตัว
งานวิจัยทางสรีรวิทยาไฟฟ้าพบว่า เซลล์ประสาทในเขตเหล่านี้ตอบสนองต่อทั้งสิ่งเร้าทางอากัปกิริยา สิ่งเร้าทางตา และสิ่งเร้าจากระบบการทรงตัว เช่น รูปที่กำลังเคลื่อนที่ และการหมุนตัวแม้ปิดตา นี่แสดงว่า เปลือกสมองเขตเหล่านี้มีหน้าที่เกี่ยวกับการรับรู้ตำแหน่งทิศทางของร่างกายกับปริภูมิรอบ ๆ ตัว จริงอย่างนั้น คนไข้ที่มีสมองกลีบข้างด้านขวาเสียหาย มีปัญหาในการรับรู้เยี่ยงนี้