人腦是如何思維的?這一直是個謎，也是科學家們關注的重要課題。在過去，這一問題幾乎是無從回答的，因為我們不可能把一個活著的人腦剖開觀察其內部活動，即便剖開了，也“看”不到大腦到底是怎樣思考問題的。
但是，隨著高科技的不斷髮展，這一問題的解答獲得了科學研究手段。功能性磁共振成像、正電子發射斷層掃描、腦電圖、腦磁圖、擴散光學成像等，都可用於研究人腦的活動。其中功能性磁共振成像作為一種非損傷性的腦成像技術在腦功能研究中發揮了不可替代的作用。這是一種新興的神經影像學方式，其原理是利用磁振造影來測量神經元活動所引發的血液動力改變。目前主要是運用在研究人和動物的腦或脊髓，可以在沒有創傷和痛苦的情況下看到大腦的活動。
我們知道，大腦分為左右兩個半球，中間通過胼胝體和其他聯合纖維(如前聯合、海馬聯合等)聯接。左右腦之間存在著功能不對稱性，粗略來說，左半球主要負責數學、語言、文字、推理、邏輯等，右半球則負責空間、情感、韻律、想象等。正常情況下，大腦作為一個整體來工作，資訊通過胼胝體在兩個半球之間瞬間即可完成交流，人的每種活動都是兩半球資訊交換和綜合的結果。
以前，科學家們致力於研究大腦在完成各類任務時的活動狀態。但最新的研究發現，大腦在“休息”時也並不平靜。大腦中的神經細胞在非任務狀態也存在協同活動，並保持著過去認為只有在執行任務時才出現的複雜網路系統，這種非任務狀態稱為靜息狀態。更具體地說，靜息狀態是指我們保持清醒、不接受任何外部刺激或執行任何任務時的狀態。近年來，靜息狀態下的腦功能是科學家的研究熱點。
事實上，大腦在執行任務時消耗的能量並不多，更多的能量消耗實際上是用於維持非任務狀態下的神經活動。在靜息狀態，大腦仍存在大量自發的神經活動，而且這些神經活動並不是隨機的，而是在功能相似的腦區之間活動頻繁。換句話說，左右半球某些功能相似的腦區在我們休息時會出現同步的活動趨勢，它們之間就像在說“悄悄話”一樣。它們到底在“說”什麼?這種同步的自發神經活動具有什麼功能?目前我們仍知之甚少。
睡眠是一種比靜息狀態更徹底的“休息”狀態，對睡眠狀態的腦活動研究發現，睡眠時新皮層、內嗅皮層和海馬體之間會進行“對話”，這種對話對記憶的形成至關重要。在新皮層停止活動後，內嗅皮層內部的神經元仍保持活躍狀態，就好像它們在記憶新皮層最近“說過”的事。而當內嗅皮層內部自發地活動時，會激發海馬體的神經元也變得非常活躍，海馬體是長時記憶的儲存器，海馬體的活躍有助於資訊進入長時記憶。
美國精神學家羅伯特·斯蒂克戈爾德也指出，在學會一項新的知識或技能後，當晚需要6小時以上的睡眠，記憶才可能印在大腦的顳葉，否則幾天後記憶便會消失。因為在睡眠期間，大腦會自發地整理記憶內容並印在腦海裡。
從這些對睡眠狀態大腦活動的研究可以看出，在我們不知情的情況下，大腦的很多腦區會進行自發的`聯接活動，通過相互對話來整理消化我們在清醒狀態下獲得的龐雜資訊。儘管目前對這種自發神經活動我們還了解不多，但現有的研究發現已經給了我們很多提示。
從學習知識的角度來說，通宵達旦地學習顯然是不可取的。大腦休息不足，不僅會導致注意力難以集中、判斷力下降等問題，就連我們學習的內容都很難長時間保持，以致學得多、忘得快。我們應該合理安排自己的學習和休息時間，在學習過程中適當停下來休息，並保證充足的睡眠，給大腦留出足夠的時間來消化吸收。另外，睡前學習一些重要的內容，也是一種不錯的方式。在我們休息時，大腦會自發把這些內容寫入長時記憶。
有研究稱，左右轉動眼球可提升記憶力，因為左右轉動眼球可提高左右腦之間的關聯。下次在回憶學習內容時，大家不妨嘗試一下。也有人提出，我們習慣於左腦記憶，這就像捆綁了一條腿在跑，效率當然大打折扣。我們應該讓兩個半球協同作戰，讓左腦幫助右腦記憶影象資訊，即給影象命名;讓右腦幫助左腦記憶文字資訊，即給文字配上相應的影象或韻律。那些朗朗上口的順口溜總是很容易記住的，而且不易忘記，比如將圓周率念成“山巔一寺一壺酒”、24節氣歌等。著名的記憶宮殿記憶法即是把文字和影象相結合，讓左右腦都動起來的典範。