Badania wykazały, że myszy, których dieta została uzupełniona o Bifidobacterium breve, wykazują podwyższone stężenia kwasów tłuszczowych w mózgu, w tym kwasu arachidowego oraz kwasu dokozaheksaenowego, które odgrywają ważną rolę w rozwoju układu nerwowego, w tym procesów neurogenezyInnis, S. M. Dietary (n-3) fatty acids and brain development. J. Nutr. 137, 855–859 (2007).. Podanie Bifidobacterium infantis wywołało szybką aktywację c-Fos w jądrze przykomorowym. Bifidobacterium infantis moduluje także metabolizm tryptofanu, co sugeruje, że mikroflora jelit może pełnić rolę prekursora serotoniny, która jest skorelowana z neurofizjologicznym zachowaniem. Zachowania lękowe oraz zaburzenia neurochemiczne zostały zmodyfikowane u sterylnych myszy w porównaniu do myszy wolnych od określonej bakterii patogenicznej.
Wykazano, że kolonizacja flory bakteryjnej jelit ma wpływ na rozwój mózgu ssaków poprzez inicjowanie mechanizmów sygnalizacji kontrolujących obwody nerwowe mające wpływ również na kontrolę motoryczną. Przy użyciu pomiarów aktywności ruchowej można zaobserwować, iż myszy wykazały inną aktywność motoryczną w zależności od składu bioty jelitowej, a zwłaszcza nieobecności specyficznych jej składników.