Взаимосвязь работы нервной и дыхательной систем проявляется как в произвольной, так и в непроизвольной регуляции процесса дыхания соответствующими нервными центрами.

В определенной мере человек может регулировать частоту и глубину своего дыхания по собственному усмотрению, например, при «задержках дыхания» во время ныряния под воду, разговоре, пении, выполнении дыхательных упражнений и т. д. Произвольная регуляция дыхания осуществляется соответствующими зонами коры больших полушарий мозга.

Непроизвольная регуляция функции дыхания производится дыхательным центром, расположенным в одном из отделов мозга — продолговатом мозге. При воздействии на структуры продолговатого мозга нервных и гуморальных стимулов происходит приспособление функции дыхания к меняющимся условиям внешней среды.

Одна из главных задач регуляции дыхания — организация сокращения дыхательных мышц с определенно силой, частотой и продолжительностью таким образом, чтобы в результате возникали ритмические дыхательные движения. Нижняя часть дыхательного центра, или инспираторный центр, отвечает за стимуляцию вдоха, а верхняя (дорсальная) и боковые (латеральные), вкупе представляющие собой экспираторный центр, — за стимуляцию выдоха.

Дыхательный центр связан с межреберными мышцами межреберными нервами, а с диафрагмой — диафрагмальными. Ритмично повторяющиеся нервные импульсы, направляющиеся к диафрагме и межреберным мышцам, обеспечивают осуществление дыхательных движений.

Посредством дыхания осуществляется доставка кислорода (O2) из атмосферного воздуха к тканям организма и удаление углекислого газа (CO2) из организма в атмосферу. Поддержание в крови нормального уровня кислорода и углекислого газа достигается управлением легочной вентиляцией — изменением частоты и глубины дыхания.

Главным фактором, регулирующим частоту дыхания, служит концентрация в крови не кислорода, а именно углекислого газа (CO2). Когда его уровень повышается (например, при физической нагрузке), имеющиеся в кровеносной системе хеморецепторы посылают нервные импульсы в инспираторный центр. В самом продолговатом мозге также имеются хеморецепторы. От инспираторного центра через диафрагмальные и межреберные нервы поступают импульсы в диафрагму и наружные межреберные мышцы, что ведет к их более частому сокращению, а следовательно, к увеличению частоты дыхания.

Важное биологическое значение имеют также защитные дыхательные рефлексы — чихание и кашель. В слизистой оболочке гортани и глотки имеются рецепторы, которые при их раздражении посылают в дыхательный центр импульсы, тормозящие дыхание. Благодаря этому попавшие в верхние дыхательные пути вредные вещества — например, аммиак или пары кислот — не проникают в легкие. Точно так же, когда в гортань случайно попадает пища, она раздражает рецепторы слизистой оболочки этого органа. Дыхание мгновенно приостанавливается, и пища, не проходит в легкие.

Обменные процессы, происходящие в организме, тоже регулируются нервной системой. Тесная взаимосвязь работы нервной и эндокринной систем объясняется наличием в организме нейросекреторных клеток. Нейросекреция (отлат. secretio — отделение) — свойство некоторых нервных клеток вырабатывать и выделять особые активные продукты — нейрогормоны. Распространяясь (подобно гормонам эндокринных желез) по организму с током крови, нейрогормоны способны оказывать влияние на деятельность различных органов и систем. Они регулируют функции эндокринных желез, которые, в свою очередь, выбрасывают гормоны в кровь и осуществляют регуляцию активности других органов.

Нейросекреторные клетки, как и обычные нервные клетки, воспринимают сигналы, поступающие к ним от других отделов нервной системы, но далее передают полученную информацию уже гуморальным путем (не по аксонам, а по сосудам) — посредством нейрогормонов. Таким образом, совмещая свойства нервных и эндокринных клеток, нейросекреторные клетки объединяют нервные и эндокринные регуляторные механизмы в единую нейроэндокринную систему. Этим обеспечивается, в частности, способность организма адаптироваться к изменяющимся условиям внешней среды.

Объединение нервных и эндокринных механизмов регуляции осуществляется на уровне гипоталамуса и гипофиза.

Доказано, что стрессы, депрессии, тягостное настроение оказывают сильное влияние на продукцию гормонов, работу нервной и иммунной систем.

Первым ученым, который высказал мысль о взаимосвязи сознания и мышления человека с рефлекторной деятельностью головного мозга, был И. М. Сеченов («Рефлексы головного мозга», 1863). Впоследствии его идею развил и подтвердил экспериментальным путем И. П. Павлов.