I hjernen antas kalsium å spille en særlig viktig rolle i både helse og sykdom. I normale mengder utløser kalsium tilsynelatende signalveier som er essensielle for visse typer minne; i overkant, er kalsium antatt å forårsake hjerneskade. Kalsium er intracellulær messenger i stand til å aktivere mange cellefunksjoner. Uten kalsium ville nervesystemet ikke ha noen utganger.
Kramper
Hjerneskade fra gjentatte anfall kan forekomme med fortrinnsrett tap av nevroner i hjernehippocampusområdet. Frigivelsen av excitatorisk aminosyresender, L-glutamat, forårsaker overaktivering av glutamatreseptorer. Dette fører til en overdreven økning i intracellulært kalsium, som aktiverer mange kalsiumavhengige enzymer, for eksempel kalsenurin, kalpiner og lipaser. En studie publisert i 2003 og utført ved University of Wisconsin, fant at kalsiumavhengige enzymer forårsaker produksjon av frie radikaler som ødelegger vitalt cellulært protein og fører til hjerneskade.
Spinocerebellar Ataxia
Spinocerebellær ataksi, eller SCA3 er en dødelig genetisk lidelse som hemmer koordinering, tale og syn. En studie fra 2008 publisert i Journal of Neuroscience viste at cellene fra en person med spinocerebellar ataksi 3 viste unormalt høye nivåer av kalsiumfrigivelse når de ble behandlet med bradykinin, et stoff som aktiverer kalsiumkanalen tilstede i hjernen. Slike unormale kalsiumutslipp resulterer i svekket motorfunksjon hos personer med SCA3.
Dyskinesier