D-Serine มีบทบาทสำคัญในระบบประสาทส่วนกลาง โดยทำหน้าที่เป็น co-agonist ที่ตัวรับ NMDA (N-methyl-D-aspartate) ซึ่งจำเป็นต่อ synaptic plasticity การเรียนรู้ และความจำ มันถูกใช้ในการวิจัยทางประสาทวิทยาเพื่อศึกษากลไกของการส่งสัญญาณประสาท และเพื่อสำรวจศักยภาพในการรักษาโรคทางระบบประสาท เช่น โรคจิตเภท ซึ่งมีความบกพร่องของตัวรับ NMDA นอกจากนี้ D-Serine ยังถูกศึกษาสำหรับศักยภาพทางบำบัดในภาวะเช่น stroke โรคอัลไซเมอร์ และภาวะซึมเศร้า เนื่องจากการปรับเปลี่ยนกิจกรรมของตัวรับ NMDA สามารถมีอิทธิพลต่อสุขภาพเซลล์ประสาทและหน้าที่การรับรู้ การนำ D-Serine ไปใช้ในทดสอบทางคลินิกมีเป้าหมายเพื่อพัฒนาการรักษาที่สามารถเสริมหรือฟื้นฟูการทำงานปกติของตัวรับ NMDA ซึ่งให้ความหวังสำหรับผลลัพธ์ที่ดีขึ้นในโรคที่เกี่ยวข้องกับสมองต่างๆ