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神经细胞的生物学建立在三大原理之上，这三大原理在20世纪上半叶已经成型并形成了我们今天理解大脑功能性组织的核心。神经元学说（即应用于大脑的细胞学说）指出，神经细胞，或曰神经元，是大脑的基本构件和基本信号传导单元。离子假说关注神经细胞内的信息传递。它描述了个体神经细胞产生电信号（称作动作电位）的机制，使得信号可以在特定细胞内进行长距离传输。突触传递的化学理论关注神经细胞间的信息传递。它描述了一个神经细胞如何通过释放化学信号（称作神经递质）与另一个神经细胞进行交流，以及第二个细胞如何识别这一信号并依靠它表膜上的特异性分子（称作受体）做出反应。这三大原理关注的都是个体神经细胞。