Acetylcholine in de hersenen verandert de neuronale prikkelbaarheid, beïnvloedt de synaptische transmissie, induceert synaptische plasticiteit, en coördineert het vuren van groepen neuronen. Bijgevolg verandert het de toestand van neuronale netwerken doorheen de hersenen en wijzigt het hun reactie op interne en externe inputs: de klassieke rol van een neuromodulator. Hier identificeren we acties van cholinerge signalering op cellulaire en synaptische eigenschappen van neuronen in verschillende hersengebieden en bespreken we de gevolgen van deze signalering op gedragingen gerelateerd aan drugsmisbruik, aandacht, voedselinname, en affect. De verschillende effecten van acetylcholine zijn afhankelijk van de plaats van vrijgave, receptorsubtypes en neuronale doelpopulaties; een gemeenschappelijk thema is echter dat acetylcholine gedrag versterkt dat zich aanpast aan omgevingsstimuli en de reacties vermindert op voortdurende stimuli die geen onmiddellijke actie vereisen. Het vermogen van acetylcholine om de reactie van neuronale netwerken in vele hersengebieden te coördineren maakt cholinerge modulatie een essentieel mechanisme dat ten grondslag ligt aan complexe gedragingen.