器質的には、17歳以下からの大麻常用で、大脳は灰白質の割合が小さくなることが報告されている。これに対して、ネイサン・クライン精神医学研究所とニューヨーク大学医学部のMRI装置を使って、18歳以下の被験者を対象とした研究では「脳萎縮症や大脳白質全体の発育不足などが起こるという証拠はない。」としている。ハーバード大学医学部などの別のMRI研究でも大麻使用者と非使用者の違いは見られなかった。
1980年の動物実験では大麻の使用でリスザルの海馬や扁桃体周辺のシナプスなどに微小な構造変化が見られたが、追認されておらず、1991年の研究ではリスザルに1日にジョイント4-5本相当の煙を1年に亘って強制的に吸引させたが、海馬や細胞、シナピスなどの変化は見出せていない。
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オハイオ州立大学の研究では大麻の特定成分が老人の脳の炎症を減らすだけではなく、新しい脳細胞の生成を促す可能性があるとしている。また、大麻成分のカナビノイドがアルツハイマー病の症状を緩和し病気の進行を抑える役割があることが分かっている。
大麻の使用は注意力、学習力、記憶力などに影響を与えるとされており、慢性的な認知障害を大麻痴呆症としているが、科学的根拠はなく、多くの研究では慢性的な認知機能への影響を見出せていない。また大麻によって過去の学習記憶が損なわれることがないとする研究報告がある。
2002年の臨床実験では大麻の使用は知能指数に長期的にネガティブな影響を与えないとしている。