Acetylocholina w mózgu zmienia pobudliwość neuronów, wpływa na transmisję synaptyczną, indukuje plastyczność synaptyczną i koordynuje odpalanie grup neuronów. W rezultacie zmienia stan sieci neuronalnych w całym mózgu i modyfikuje ich odpowiedź na wewnętrzne i zewnętrzne bodźce: klasyczna rola neuromodulatora. Tutaj identyfikujemy działania sygnalizacji cholinergicznej na komórkowe i synaptyczne właściwości neuronów w kilku obszarach mózgu i omawiamy konsekwencje tej sygnalizacji na zachowania związane z nadużywaniem narkotyków, uwagą, przyjmowaniem pokarmów i afektem. Różnorodne efekty acetylocholiny zależą od miejsca uwalniania, podtypów receptorów i docelowej populacji neuronów, jednak wspólnym tematem jest to, że acetylocholina potęguje zachowania, które są adaptacyjne do bodźców środowiskowych i zmniejsza odpowiedzi na trwające bodźce, które nie wymagają natychmiastowego działania. Zdolność acetylocholiny do koordynowania odpowiedzi sieci neuronów w wielu obszarach mózgu sprawia, że modulacja cholinergiczna jest istotnym mechanizmem leżącym u podstaw złożonych zachowań.
.