Hirnforschung oder Gehirnforschung beschäftigt sich mit der Untersuchung von Aufbau und Leistungen des Gehirns, also des zentralen und übergeordneten Integrations-, Koordinations- und Regulationsorgans des Nervensystems höher entwickelter Lebewesen.

Die funktionalen Einheiten sind Nervenzellen, sogenannte Neuronen.

- Fachlich wird diese Forschung deswegen Neurophysiologie genannt.
- Die neurophysiologische Forschung des komplexen Gehirns ist ohne Neuroanatomie nicht möglich.

Grundlagenfach der gesamten Hirnforschung ist die Neurobiologie.
- Direkte Anwendungsgebiete sind Neurologie, in der die körperlichen, und Neuropsychologie, in der die psychischen Folgen von neuronalen Ausfällen erforscht werden.

In den letzten Jahrzehnten sind zahlreiche weitere Forschungsbereiche entstanden, die Bezug auf die Hirnforschung nehmen. Dazu zählt die sog. Neurophilosophie, in der Philosophen Probleme der Hirnforschung diskutieren, und die sog. Neurotheologie, in der der Zusammenhang zwischen Gehirnfunktionen und Religion diskutiert wird. Gelegentlich ist übergreifend für jede Bezugnahme auf die Hirnforschung auch von Neurowissenschaften die Rede.

Für die Bewusstseinsforschung ist die Hirnforschung von zentraler Bedeutung. Veränderte Bewusstseinszustände wie Koma, Narkose, Schlaf, Hypnose oder Trance sowie erhöhte Aufmerksamkeits- und Wachheitszustände sind von Veränderungen der Gehirnaktivität begleitet, die in ihren Grundlagen zunehmend verstanden werden. Diese Beobachtung lässt sich auf alle bislang bekannten kognitiven Fähigkeiten ausweiten (siehe auch: neuronales Korrelat des Bewusstseins).

Die Gehirnforschung untersucht vor allem neuronale Vorgänge bei der Wahrnehmung, beim Denken, beim emotionalen Reagieren sowie bei der Bewegungs- und Verhaltenssteuerung. Über die Art des Zusammenhanges zwischen den biophysikalischen Abläufen im Gehirn und den gleichzeitig auftretenden geistigen (bewussten und unbewussten) Prozessen existieren verschiedene Theorien (siehe auch: Philosophie des Geistes).

Ein Hauptkritikpunkt über den derzeitigen Stand der Hirnforschung, der von vielen Vertretern der Disziplin geteilt wird, ist, dass der Erkenntnisfokus bislang eher auf Lokalisierung (also der Frage nach dem „Wo?“), als auf Implementierung (der Frage nach dem „Wie?“) von Gehirnfunktionen lag.

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