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La Neuroscienza dei sistemi è una sotto-disciplina della Neuroscienza e della Biologia dei sistemi che studia la struttura e la funzione dei circuiti e dei sistemi neurali. Si tratta di un termine generico che comprende una serie di aree di studio relative a come le cellule nervose si comportano quando sono collegate tra loro per formare percorsi e circuiti neurali e reti cerebrali più grandi. A questo livello di analisi, i neuroscienziati studiano in che modo i diversi circuiti neurali analizzano le informazioni sensoriali, formano le percezioni del mondo esterno, prendono decisioni ed eseguono movimenti. I ricercatori in Neuroscienze sistemiche si occupano della relazione tra approcci molecolari e cellulari per comprendere la struttura e la funzione del cervello, nonché con lo studio di funzioni mentali di alto livello come il linguaggio, la memoria e l'auto-consapevolezza (che sono di competenza del comportamento e neuroscienze cognitive). I neuroscienziati dei sistemi di solito impiegano tecniche per la comprensione delle reti di neuroni come sono viste funzionare, mediante elettrofisiologia, utilizzando registrazione singola o registrazione multielettrodo, risonanza magnetica funzionale (fMRI) e scansioni PET.