Acetylcholin i hjernen ændrer neuronal excitabilitet, påvirker synaptisk transmission, inducerer synaptisk plasticitet og koordinerer affyring af grupper af neuroner. Som følge heraf ændrer det tilstanden af neuronale netværk i hele hjernen og ændrer deres reaktion på interne og eksterne input: den klassiske rolle for en neuromodulator. Her identificerer vi virkningerne af kolinerg signalering på cellulære og synaptiske egenskaber hos neuroner i flere hjerneområder og diskuterer konsekvenserne af denne signalering på adfærd i forbindelse med stofmisbrug, opmærksomhed, fødeindtagelse og affekt. De forskellige virkninger af acetylcholin afhænger af frigivelsessted, receptorsubtyper og neuronal målpopulation; et fælles tema er imidlertid, at acetylcholin potenserer adfærd, der er adaptiv over for miljømæssige stimuli, og mindsker reaktioner på igangværende stimuli, der ikke kræver øjeblikkelig handling. Acetylcholins evne til at koordinere reaktionen fra neuronale netværk i mange hjerneområder gør kolinerg modulering til en væsentlig mekanisme, der ligger til grund for kompleks adfærd.