Există trei părți ale creierului care sunt cele mai importante pentru învățarea kinestezică și a abilităților. Ganglionii bazali, cortexul cerebral și cerebelul joacă toate roluri la fel de importante în capacitatea de a învăța noi abilități și de a le stăpâni.
Ganglionii bazali sunt o colecție de ganglioni (grupuri de neuroni) care se află la baza creierului anterior. Ganglionii bazali primesc informații de la alte părți ale creierului, cum ar fi hipocampul și zonele corticale care trimit mesaje despre lumea exterioară. Cele mai multe dintre aceste mesaje sunt senzoriale, adică ceea ce simte fizic o persoană. Ganglionii bazali interpretează apoi aceste informații și le trimit pe o cale către talamus și trunchiul cerebral, care joacă amândouă un rol important în mișcarea fizică. Prin urmare, ganglionii bazali reprezintă începutul procesului pentru cineva care învață prin practică să răspundă visceral la stimulii din jurul său. Odată ce o abilitate este învățată, este important să o exersați. Acest lucru poate schimba modul în care circuitele ganglionilor bazali participă la realizarea abilității respective și că plasticitatea sinaptică este un mecanism neuronal de bază care permite astfel de schimbări. Cu cât o persoană practică mai mult, cu atât mai multă plasticitate dezvoltă.
Cortexul cerebral este țesutul cerebral care acoperă partea superioară și laterală a creierului la majoritatea vertebratelor. Acesta este implicat în stocarea și procesarea intrărilor senzoriale și a ieșirilor motorii. În creierul uman, cortexul cerebral este, de fapt, o foaie de țesut neuronal cu o grosime de aproximativ 1/8 de centimetru. Foaia este pliată astfel încât să încapă în interiorul craniului. Circuitele neuronale din această zonă a creierului se extind odată cu practicarea unei activități, la fel cum plasticitatea sinaptică crește odată cu practica. Clarificarea unora dintre mecanismele de învățare de către neuroștiințe a fost avansată, în parte, de apariția tehnologiilor imagistice neinvazive, cum ar fi tomografia cu emisie de pozitroni (PET) și imagistica prin rezonanță magnetică funcțională (FMRI). Aceste tehnologii au permis cercetătorilor să observe direct procesele de învățare umană. Prin intermediul acestor tipuri de tehnologii, suntem acum capabili să vedem și să studiem ceea ce se întâmplă în procesul de învățare. În diferite teste efectuate, creierul imaginat a arătat un flux sanguin mai mare și o activare mai mare în acea zonă a creierului stimulată prin diferite activități, cum ar fi atingerea cu degetul într-o anumită secvență. S-a dovedit că, la începutul procesului de învățare a unei noi abilități, acesta se desfășoară rapid, iar ulterior încetinește până aproape de un platou. Acest proces poate fi denumit, de asemenea, Legea învățării. Învățarea mai lentă a arătat în FMRI că, în cortexul cerebral, acesta este momentul în care are loc învățarea pe termen lung, sugerând că modificările structurale din cortex reflectă îmbunătățirea memoriei abilităților în timpul etapelor ulterioare ale antrenamentului. Atunci când o persoană studiază o abilitate pe o durată mai mare de timp, dar într-un timp mai scurt, aceasta va învăța rapid, dar va reține, de asemenea, informațiile doar în memoria pe termen scurt. La fel ca atunci când studiază pentru un examen; dacă un student încearcă să învețe totul cu o seară înainte, nu va reține pe termen lung. Dacă o persoană studiază o abilitate pentru o durată mai scurtă de timp, dar mai frecvent și pe termen lung, creierul său va reține această informație mult mai mult timp, deoarece este stocată în memoria pe termen lung. Studiile funcționale și structurale ale creierului au dezvăluit o interconectivitate vastă între diverse regiuni ale cortexului cerebral. De exemplu, un număr mare de axoni interconectează zonele senzoriale posterioare care deservesc vederea, auzul și atingerea cu regiunile motorii anterioare. Comunicarea constantă între senzație și mișcare are sens, deoarece pentru a executa mișcări fluide prin mediul înconjurător, mișcarea trebuie să fie integrată în mod continuu cu cunoștințele despre mediul înconjurător obținute prin intermediul percepției senzoriale. Cortexul cerebral joacă un rol în a permite oamenilor să facă acest lucru.
Cerbelul este esențial pentru ca un om sau un animal să fie capabil să regleze mișcarea. Această zonă a creierului se înfășoară în jurul trunchiului cerebral și este foarte dens populată cu neuroni și conexiuni neuronale. Această parte a creierului este implicată atât în sincronizare, cât și în mișcare. Ajută la predicția evenimentelor, în special la formarea, executarea și sincronizarea răspunsurilor condiționate. Cerebelul joacă un rol foarte important în toate formele de învățare kinestezică și în funcția motorie. Pentru o balerină, este important să fie capabilă să își controleze mișcările și să le cronometreze exact la momentul potrivit pentru rutina lor. Pentru un jucător de fotbal este important să fie capabil să regleze mișcările atunci când aleargă, aruncă și să poată controla unde se duce mingea, precum și sincronizarea acesteia.
Toate aceste trei sisteme importante din creier funcționează împreună ca o echipă, fără ca unul să fie mai important decât celălalt. Ele lucrează împreună pentru a permite răspunsul la evenimentele senzoriale, sincronizarea, controlul acțiunilor fizice și multe altele. Cu toate acestea, este important să ne amintim că, dacă o persoană nu exersează în mod activ, aceste părți ale creierului nu o vor ajuta să își atingă potențialul maxim. Modificările din creier care au loc în timpul învățării par să facă celulele nervoase mai eficiente sau mai puternice. Studiile au arătat că animalele crescute în medii complexe au un volum mai mare de capilare per celulă nervoasă – și, prin urmare, un aport mai mare de sânge în creier – decât animalele din cuști, indiferent dacă animalul din cuști trăia singur sau cu însoțitori. În ansamblu, aceste studii descriu un model orchestrat de creștere a capacității creierului care depinde de experiență.