Il cervello umano è tuttora considerato il migliore strumento di calcolo che si conosca. Esso mostra proprietà meravigliose, come la capacità di organizzazione altamente complessa e di tipo gerarchico, l'integrazione di input, il calcolo parallelo, proprietà emergenti, adattamento funzionale e strutturale (plasticità). Si ritiene che sia proprio quest'ultimo fenomeno a costituire la base delle funzioni cerebrali superiori e, allo stesso tempo, ad essere danneggiato per primo in caso di malattie cerebrali.
L'obiettivo della ricerca dell'NBT è il chiarimento dei meccanismi molecolari della neurotrasmissione e della plasticità sinaptica, dalle sinapsi individuali ai circuiti sinaptici fino alle malattie cerebrali e all'interfacciamento del cervello con i chips. La forza di una connessione tra due neuroni può essere o migliorata o depressa e questi cambiamenti possono richiedere un tempo estremamente variabile, che va da qualche millisecondo a un periodo di anni. Si ritiene che questi meccanismi siano alla base delle modifiche nel flusso e nell'elaborazione delle informazioni indotti da fattori epigenetici e che conducono infine all'apprendimento e alla memoria.
Inoltre il sistema nervoso centrale è il nuovo 'paradigma scientifico' per le tecnologie dell'informazione e i robot umanoidi si ispirano al concetto di cervello 'embodied' . Tutto ciò è stato di grande stimolo ai tentativi di creazione di dispositivi bio-ibridi/biomimetici in cui il tessuto cerebrale si interfaccia con chips elettronici 'embodied' a reti neuronali, creando connessioni bidirezionali con corpi robotici.