大脑学习时存在两套细胞机制：细胞体瞬时扩张（学习后30分钟出现，24小时内消退）和神经突密度持续增加（集中在楔前叶和后顶叶皮层，持续超24小时）。前者是临时充水，后者是真正的结构性改变。研究证明间隔休息比连续练习更有效，能促进神经突生长，挑战了传统记忆巩固理论。

近几十年，神经科学和机器学习的发展使人们对大脑有了更深入的了解。大脑学习通过加强和减弱神经元之间的连接来建立模型，并通过预测来做出反应，节省认知资源。多巴胺神经元与大脑的预测和机器学习中的推荐算法有关。