هناك تواصل وتفاعل ثنائي الاتجاه بين الميكروبيوتا المعوية والدماغ، وقد تم تحديد أربعة مسارات رئيسية تتوسط هذا التفاعل:
- المسار العصبي(المسار النوروني)
- المسار العصبي-الهرموني(المسار النورواندوكريني)
- المسار الأيضي(المسار الاستقلابي)
- المسار المناعي(المسار المناعي)
من خلال هذه المسارات، يتم تبادل المعلومات بين الميكروبيوتا المعوية والدماغ باستمرار. حيث يتم إرسال أوامر تلقائية من الدماغ إلى الأمعاء، مثل تنظيم حركة الأمعاء والسيطرة على الصمامات في الجهاز الهضمي. في المقابل، تقوم الميكروبيوتا المعوية بإرسال إشارات تؤثر على الوظائف العليا للدماغ، مثل الذاكرة، التعلم، الإدراك، والمشاعر.