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脳科学（のうかがく、英: brain science）とは、ヒトを含む動物の脳と、それが生み出す機能について研究する学問分野である。対象とする脳機能としては視覚認知、聴覚認知など感覚入力の処理に関するもの、記憶、学習、予測、思考、言語、問題解決など高次認知機能と呼ばれるもの、情動に関するものなどである。 以下のように様々な方法あるいは分野が存在し、それぞれ長所・短所を有している。2つ以上の分野を同時に行うこともある。 例：サルに報酬課題をさせているときのドパミン神経細胞の発火を細胞外電極で測定する（＝計算論的神経科学＋電気生理学）。これは有名なSchultzら（1993年）の実験。 次のように「脳科学」という語は学術分野において汎用されている。例えば、日本の公的な研究組織の名称として、次の組織に「脳科学」の語が使われている。
主な方法・下位分野
電気生理学：動物においてパッチクランプ法、ヒト・動物において細胞内電極、皮質電極、脳波、脳磁図、経頭蓋磁気刺激（TMS）などを用いて神経細胞の興奮に関係する電気活動を、ミクロ・マクロのレベルで調べる。
神経解剖学：神経細胞の内部構造、神経細胞間のつながり、細胞構造の動的変化などを光学顕微鏡、電子顕微鏡、凍結割断法、免疫染色その他を用いて調べる。
分子生物学：遺伝子レベル、蛋白レベルで神経細胞の特性などを調べる。
脳機能イメージング：脳活動をさまざまな装置を用いて可視化する方法。
脳機能マッピング：脳機能イメージングや損傷脳研究で脳の各部位がどういう働きをしているかを、まるで脳を地図に見立てたように「マッピング」していく方法。
動物の行動実験：サル、マウスなどの動物に、薬剤を投与したり遺伝子を操作するなどし、その行動を観察する。
心理学研究、精神物理学的研究：被験者となるヒトに様々な課題を行わせ行動を観察することで脳機能を類推する（例：視覚の干渉刺激実験）。
理論的神経科学：神経の機能をコンピュータで再現したり、認知・学習などの理論的なモデルを作成することで研究を行うもの。計算論的神経科学など。
用語の使われ方
文部科学省 脳科学委員会[1]
文部科学省 脳科学研究戦略推進プログラム[2]
産業技術総合研究所 システム脳科学研究グループ[3]
理化学研究所 脳科学総合研究センター[4]
北海道大学 脳科学研究教育センター[5]
東北大学 脳科学センター[6]
筑波大学大学院 感性認知脳科学専攻[7]
電気通信大学 脳科学ライフサポート研究センター[8]
玉川大学 脳科学研究所[9]
同志社大学大学院 脳科学研究科[10]
日本脳科学会[11]
日本脳科学関連学会連合[12]
応用脳科学コンソーシアム[13]