İnsan organizması, duygularını, düşüncelerini ve davranışlarını bedensel bir bütünlük içerisinde ortaya koyan karmaşık bir yapıya sahiptir. Psikoloji tarihi boyunca insanı sadece gözlemlenebilir davranışlardan veya soyut bilişsel süreçlerden ibaret gören yaklaşımlar ortaya çıkmış olsa da, günümüzde insanın biyolojik yapısı göz ardı edilemez bir gerçeklik olarak kabul edilmektedir. İnsan, biyopsikososyal bir varlıktır ve sergilediği her davranış, bedenindeki sinir sistemi, duyu organları, kaslar ve iç salgı bezlerinin kusursuz bir eş güdüm içinde çalışmasının bir ürünüdür.
Bu eş güdümlü çalışmaya en somut örneklerden biri trafikte kırmızı ışıkta durma davranışıdır. İlk olarak göz duyu organı aracılığıyla ışık kaydedilir ve bu sinirsel uyarılar beyne aktarılır. Beyindeki sinirler ve küçük organlar vasıtasıyla kırmızı ışık uyaranı incelenir, geçmiş deneyimlerle karşılaştırılarak 'dur' anlamına geldiği anlamlandırılır. Ardından beynin motor bölgesinin aktif olmasıyla bacak kaslarına sinyaller gönderilir. Beyin, bacağın konumunu ve sarı çizginin yerini bilerek hareketi yönetir. Bu sırada acil bir durum gelişirse iç salgı bezleri devreye girerek kalp atışını hızlandırır ve metabolik tepkilerle hızlı kaçış veya durma reaksiyonu tetiklenir.
Literatürde bu süreçler psikobiyoloji, nöroloji ve nöropsikoloji gibi disiplinler tarafından incelenir. Psikobiyoloji, davranışın düzenlenmesinde ve gerçekleşmesinde fizyolojinin ve anatominin rolünü ele alır; hormonların cinsel üremedeki rolü, açlık üzerinde şekerin etkisi ve stres ile hormon salınımı arasındaki ilişkiler gibi konularla ilgilenir. Nöroloji (sinir bilim) ise sinir sisteminin çalışmasını, hastalıklarını ve tedavilerini organik düzeyde inceler ve bu alandaki uzmanlara nörolog denir. Nöropsikologlar ise beynin ve onun işlevlerinin insan davranışları üzerindeki doğrudan etkilerini araştırırlar.
İnsan davranışının biyolojik temeli genlere ve kalıtıma dayanmaktadır. İnsan vücudunun en küçük yapı taşı olan hücrenin çekirdeğinde bulunan kromatin, DNA (deoksiribo-nükleik asit) ve buna bağlı proteinlerden oluşur. Hücre bölünmesi sırasında bu yapılar kısa, kalın büküntülü iplikler haline gelerek kromozomları oluşturur. Kromozomlar kalıtsal özellikleri hücreden hücreye aktarır ve içlerinde milyonlarca gen barındırır. Genler, hücrelerin işlevlerini kontrol eder, ribonükleik asit (RNA) yapımını sağlar ve üretilen proteinler aracılığıyla hücre ile enzim yapılarını şekillendirir.
İnsanlar arasındaki bireysel farklılıkların temelinde genetik çeşitlilik yatar. Döllenmiş yumurta hücresi olan zigot, 23 çift (toplam 46) kromozom içerir. Kadınlar iki X kromozomuna, erkekler ise bir X ve bir Y kromozomuna sahiptir. Anne ve babadan gelen 23'er kromozomun bir araya gelmesiyle 8 milyon olasılıklı sonuç oluşur; kromozomlar çift olduğu için toplamda 64 trilyon farklı olasılık ortaya çıkar. Bu muazzam olasılık havuzu, kardeşlerin bile göz rengi, boy ve kişilik özellikleri gibi birçok açıdan neden birbirlerinden farklı olduğunu açıklar.
Genetik yapıyı ve davranış ilişkisini açıklarken genotip ve fenotip kavramları kullanılır. Genotip, döllenme sonucunda organizmanın kazandığı genetik yapının tamamını ifade ederken; fenotip, genotip ile çevrenin etkileşimi sonucu ortaya çıkan, gözlemlenebilir fiziksel ve davranışsal özellikleri temsil eder. Genler seçenekler sunar, çevre ise bu seçenekleri yaşama geçirir. 2001 yılında tamamlanan İnsan Genomu Projesi, insanda 30.000 ila 40.000 arasında gen bulunduğunu ortaya koymuştur. Bu proje, genlerin birbirleriyle nasıl etkileşime girerek hastalık oluşturduğunu ve zihinsel süreçleri nasıl etkilediğini anlamayı amaçlamaktadır.
Sinir sistemi, dış dünyadan bilgilerin alınması, değerlendirilmesi ve çevreye uyum sağlayıcı tepkilerin oluşturulması için çalışan devasa bir iletişim ağıdır. Bu sistemin temel yapı birimi ise nöron adı verilen sinir hücreleridir. Bir sinir hücresi; gövde, dendrit ve akson olmak üzere üç ana bölümden oluşur. Dendritler, komşu hücrelerden gelen uyarıları toplayan ağaç dalları benzeri uzantılardır. Hücre gövdesi, gelen bilgileri toplar, bütünleştirir ve aynı zamanda metabolik ile genetik faaliyetleri yürütür. Akson ise bilgiyi gövdeden alıp uzak bölgelere taşıyan tek ve uzun bir uzantıdır.
Aksonların uçlarında bulunan terminal düğmecikler, iletilerin diğer hücrelere aktarıldığı sinaptik noktalara kimyasal sinyaller gönderir. Aksonların etrafı, mesajların karışmasını önlemek ve iletim hızını artırmak amacıyla miyelin adı verilen protein yapısındaki kılıflarla sarılmıştır. Bağışıklık sisteminin miyelin kılıfını yabancı bir madde olarak algılayıp yok etmeye çalışması sonucu Multipl Skleroz (MS) hastalığı ortaya çıkar ve bireylerde ciddi duyu-motor fonksiyon kayıpları yaşanır. Sinirler işlevlerine göre; bilgiyi beyne taşıyan duyu (getirici) sinirleri, beyinden kaslara emir götüren motor (götürücü) sinirler ve ikisi arasında köprü kuran ara sinirler (internöronlar) olarak üçe ayrılır.
Sinirsel iletişim elektrokimyasal bir süreçtir. Dinlenme halindeki nöronun uyarılmasıyla hücre zarı boyunca voltaj farkı azalır, sodyum kanalları açılır ve sodyum iyonları içeri akar. Bu sürece depolarizasyon denir ve oluşan nöral itki akson boyunca ilerler. Sinir hücreleri arasındaki boşluklarda iletişimi sağlayan kimyasal maddelere ise nörotransmitter denir. Günümüzde 60'tan fazla nörotransmitter bilinmektedir. İlaçların ve toksinlerin nörotransmitter faaliyetlerini desteklemesine agonistik etki, engellemesine ise antagonistik etki denir. Örneğin, bellek süreçlerinde etkili olan asetilkolinin azalması Alzheimer hastalığına; dopaminin fazlalığı şizofreniye, azlığı ise Parkinson hastalığına yol açar. Serotonin azlığı ise depresyonla ilişkilidir.
İnsan sinir sistemi anatomik olarak merkezi sinir sistemi ve çevresel sinir sistemi olmak üzere iki ana gruba ayrılır. Merkezi sinir sistemi; tümbeyin ve omurilikten oluşur. Tümbeyin; beyin, beyincik ve tümbeyin sapı olmak üzere üç ana bölüme ayrılır. Beyin kabuğu (serebral korteks) düşünme, zekâ, bellek ve irade gibi yüksek zihinsel işlevleri yönetirken; beyincik iskelet kaslarının dengeli ve örgütlü çalışmasını sağlar. Tümbeyin sapının uzantısı olan omurilik ise refleksleri yönetir ve beyinle vücut arasındaki bilgi köprüsünü kurar. Omurilik içindeki kanalda bulunan beyin omurilik sıvısı (BOS), sistemi darbelere karşı korur.
Çevresel sinir sistemi, merkezi sinir sistemini vücudun diğer bölgelerine bağlayan sinirlerden oluşur ve somatik ile otonom sinir sistemi olarak ikiye ayrılır. Somatik sinir sistemi, konuşmak, yürümek ve yazı yazmak gibi istemli hareketleri kontrol eder ve iskelet kaslarını yönetir. Bu sistemde 12 çift kafa siniri ve omurilikten çıkan 31 çift omurilik siniri bulunur. Otonom sinir sistemi ise isteğimiz dışında çalışan iç organları, kan damarlarını ve iç salgı bezlerini kontrol eder. Otonom sistem de kendi içinde sempatik ve parasempatik sinir sistemi olarak ikiye ayrılır.
Sempatik ve parasempatik sistemler birbirine karşıt (antagonist) çalışarak vücut dengesini (homeostazis) korurlar. Sempatik sinir sistemi; korku, heyecan ve stres anlarında devreye girerek 'savaş veya kaç' tepkisini tetikler; kalp atışını hızlandırır, göz bebeklerini büyütür ve sindirimi yavaşlatır. Parasempatik sinir sistemi ise vücudu sakinleştirerek dinlenme ve enerji tasarrufu moduna geçirir; kalp atışını yavaşlatır, tükürük salgısını artırır ve sindirim işlevlerini yeniden etkinleştirir. Bu iki sistemin dengeli çalışması, bireyin çevreye uyum sağlamasında hayati öneme sahiptir.
Nöropsikoloji, beynin biliş, duygu ve hareket gibi yüksek zihinsel işlevleri ve davranışları üretmek için nasıl çalıştığını inceleyen bilim dalıdır. Bu alan bilişsel psikoloji, nörobilim, nöroanatomi ve nörofizyoloji gibi disiplinlerden beslenir. Klinik nöropsikologlar, beyin hasarı, inme, epilepsi, demans ve gelişimsel bozuklukları olan bireylerin dikkat, bellek, dil ve yürütücü işlevlerini psikolojik testler ve beyin görüntüleme teknikleriyle değerlendirirler. Nöropsikiyatri ruhsal hastalıkların nöropsikolojik kökenlerine odaklanırken, davranışsal nöroloji ise nörolojik bozuklukların davranışsal boyutunu inceler.
İnsanın açlık, susuzluk ve uyku gibi temel güdülerinin arkasında da karmaşık nörobiyolojik mekanizmalar yatar. Açlık davranışında hipotalamus kritik bir rol oynar; hipotalamusun alt ve orta bölümlerindeki hasarlar aşırı yemeye (hiperfaji), lateral hipotalamustaki hasarlar ise yememe (afaji) ve içmeme (adipsi) durumlarına yol açar. Tokluk hissi ise midedeki basınç dedektörleri, duodenum (oniki parmak bağırsağı) ve kan şekeri (glikoz) seviyesi ile kontrol edilir. Susuzluk güdüsü ise hipofiz bezinin arka lobu ve beyindeki ozmoreseptörler tarafından vücuttaki su seviyesinin düşmesiyle tetiklenir.
Uyku, dış uyaranlara bilincin kapalı olduğu, organizmanın kendini yenilediği aktif bir süreçtir. Uyku, hızlı göz hareketlerinin olmadığı NREM (1, 2, 3 ve 4. evreler) ve rüyaların görüldüğü REM (5. evre) olmak üzere beş evreden oluşur. NREM evresinde büyüme hormonu salgılanır ve beden dinlenir; REM evresinde ise beyin aktivitesi uyanıklığa benzer, solunum ve kalp atışı hızlanır. Uyku bozuklukları arasında uykuya geçememe (insomnia), uykuda nefes kesilmesi (uyku apnesi), gün içinde aşırı uyuma (hipersomnia) ve uykuda konuşma/uyurgezerlik gibi parasomnialar yer alır.