Η υπολογιστική νευροεπιστήμη είναι μια ποικιλόμορφη και διεπιστημονική επιστήμη. Συνδυάζει πολλά πεδία, όπως τη γνωστική επιστήμη, την ηλεκτρική μηχανική, τη φυσική και την επιστήμη των υπολογιστών σε ένα συνεκτικό πεδίο. Στόχος του είναι να εξηγήσει μια σειρά από βιολογικά, εγκεφαλικά και νευρικά συστήματα φαινομένων που σχετίζονται με μια διεπιστημονική σκοπιά. Οι πληροφορίες που προκύπτουν από τέτοιες μελέτες θα μπορούσαν να είναι χρήσιμες στο μέλλον σε διάφορους ιατρικούς τομείς. Ο συνολικός, υπέρτατος στόχος της υπολογιστικής νευροεπιστήμης είναι να εξηγήσει το φαινόμενο της συνείδησης.
Το πεδίο έχει πολλούς κύριους τομείς εστίασης. Μία εστίαση είναι η ικανότητα του ανθρώπινου εγκεφάλου να κάνει διακρίσεις και να μαθαίνει. Οι άνθρωποι και τα ζώα έχουν την ικανότητα όχι μόνο να διακρίνουν διάφορα πράγματα, όπως τοίχους και δέντρα, αλλά και να διακρίνουν πολύ παρόμοια πράγματα, όπως πρόσωπα. Οι άνθρωποι θα εξακολουθούν να αναγνωρίζουν το πρόσωπο ενός παλιού φίλου σε ένα πλήθος, ακόμη και μετά από αρκετά χρόνια χωρισμού. Όσο φυσιολογικό κι αν ακούγεται αυτό, είναι ένα εκπληκτικό επίτευγμα που οι νευροεπιστήμονες ακόμα παλεύουν να κατανοήσουν.
Η συμπεριφορά των νευρωνικών δικτύων είναι μια άλλη σημαντική εστίαση της υπολογιστικής νευροεπιστήμης. Αυτή η εστίαση χρησιμοποιεί κατά κύριο λόγο τον τομέα της επιστήμης των υπολογιστών. Οι επιστήμονες επιδιώκουν να κατανοήσουν τις μεθόδους και τα μοτίβα μεταφοράς σήματος σε όλο τον εγκέφαλο. Αυτό είναι απαραίτητο για τη νευρωνική μοντελοποίηση, κάνοντας ακριβή μοντέλα νευρωνικών αλληλεπιδράσεων στον εγκέφαλο.
Η μνήμη, ένα θέμα που έχει μπερδέψει τους ψυχολόγους εδώ και δεκαετίες, είναι αναπόσπαστο κομμάτι της υπολογιστικής νευροεπιστήμης. Οι νευροεπιστήμονες εργάζονται για να εξηγήσουν τις αλλαγές που βιώνουν οι αναμνήσεις με την πάροδο του χρόνου. Ουσιαστικά, θέλουν να εξηγήσουν πλήρως τη βραχυπρόθεσμη, μεσοπρόθεσμη και μακροπρόθεσμη μνήμη. Η τρέχουσα μελέτη της μνήμης επικεντρώνεται σε μεγάλο βαθμό στις συνάψεις, στο πώς αλλάζουν με την πάροδο του χρόνου και πώς ανταποκρίνονται σε εξωτερικά ερεθίσματα.
Οι μεμονωμένοι νευρώνες είναι ένα κύριο θέμα ενδιαφέροντος στην υπολογιστική νευροεπιστήμη. Δίκτυα νευρώνων στέλνουν σήματα σε όλο το σώμα. Οι κινητικοί νευρώνες λένε σε μέρη του σώματος να δράσουν, ενώ οι αισθητικοί νευρώνες αναφέρουν στον εγκέφαλο για εξωτερικά ερεθίσματα, όπως η θερμοκρασία.
Ενώ οι νευρώνες είναι μόνο μεμονωμένα κύτταρα, είναι εξαιρετικά πολύπλοκοι. Οι επιστήμονες αρχίζουν να βλέπουν ότι ανταποκρίνονται διαφορετικά σε διαφορετικά ερεθίσματα και μπορούν, πράγματι, να προσαρμοστούν με την πάροδο του χρόνου, εάν είναι απαραίτητο. Οι υπολογιστικοί νευροεπιστήμονες ελπίζουν να εξηγήσουν αυτά τα φαινόμενα σε ένα συνεκτικό νευρικό μοντέλο.
Το νευρικό σύστημα, από τον εγκέφαλο μέχρι τις άκρες των δακτύλων των ποδιών, έχει ξεφύγει από την πλήρη εξήγηση εδώ και πολύ καιρό. Η συνείδηση, αυτό που πραγματικά ξεχωρίζει τους ανθρώπους από τους άλλους οργανισμούς, εξακολουθεί να είναι πέρα από το πεδίο της βιολογίας ή της ψυχολογίας. Η υπολογιστική νευροεπιστήμη συνδυάζει διάφορα πεδία για να εξηγήσει αυτά τα ανθρώπινα μυστήρια. Τελικά, το πεδίο μπορεί να καταλήξει σε ένα συμπέρασμα για την ίδια τη συνείδηση.