17 Nisan 1998’de uzay mekiği Columbia, STS-90 Neurolab görevi için kalkış yaptı. Bu görevde beyin ve merkezi sinir sisteminin uzay yolculuğuna nasıl yanıt verdiğini inceleyen son teknoloji araştırmalar gerçekleştirildi. STS-90’un yedi üyeli mürettebatı Komutan Richard A. Searfoss, Pilot Scott D. Altman, Misyon Uzmanları Richard M. Linnehan, Kathryn “Kay” P. Hire, Kanada Uzay Ajansı (CSA) astronotu Dafydd “Dave” R. Williams ve Payload Uzmanları Jay C. Buckey ve James A. Pawelczyk’den oluşuyordu.
Alexander W. Dunlap (NASA) ve Chiaki Mukai (Japonya Ulusal Uzay Kalkınma Ajansı – NASDA), yedek yük uzmanları olarak görev aldı. 16 günlük görevleri boyunca mikrograviteye beyin ve merkezi sinir sisteminin yanıtını daha iyi anlamak amacıyla 26 deney gerçekleştirerek yörüngede en karmaşık yaşam bilimleri araştırmalarını tamamladılar.
1990 yılında ABD Kongresi ve Başkan George H.W. Bush, temel beyin yapısının ve işlevinin anlaşılmasında sağlanan ilerlemeleri tanımak için 1990’ları “Beyin On Yılı” olarak ilan etti. Uzay yolculuğunun sinir sistemi üzerindeki etkileri hakkında bilgi sağlama katkısı olarak NASA, Neurolab adlı özel bir Spacelab bilim görevi önerdi. Ulusal Sağlık Enstitüsü (NIH), konseptin erken geliştirilmesi ve Neurolab incelemelerinin seçimi konusunda NASA ile işbirliği yaptı.
NIH Enstitü Ortağılarının yanı sıra Ulusal Bilim Vakfı ve Deniz Araştırmaları Ofisi, bilimsel deneyleri Dünya üzerindeki insanların sağlığı ve yaşam kalitesi için önemli sonuçları olan olarak destekledi. Kanada Uzay Ajansı (CSA), Fransız Uzay Ajansı (CNES), Alman Uzay Ajansı (DLR), Avrupa Uzay Ajansı (ESA) ve Japonya Ulusal Uzay Kalkınma Ajansı (NASDA) da dâhil olmak üzere uluslararası uzay ajansları, Neurolab deneyleri için uçuş ve yer ekipmanları sağlama konusunda NASA ile işbirliği yaptılar.
Uzay mekiği Columbia’nın 25. fırlatışı, 17 Nisan 1998’de, Florida’daki NASA Kennedy Uzay Merkezi’ndeki 39B Fırlatma Rampası’ndan 14:19 EDT’de gerçekleşti ve Neurolab görevini uzaya taşıdı. Üçüncü kez uzaya çıkan ve ilk kez komutan olarak görev yapan Searfoss ve ilk fırlatması olan Pilot Altman, Columbia’nın sistemlerini yörüngeye çıkarken izlediler. Aynı zamanda ilk uçuşunu yapan Misyon Uzmanı Hire da uçuş mühendisi olarak hizmet etti. Veteriner hekim astronot olan Misyon Uzmanı ve Yük Komutanı Linnehan, astronot kadrosunda tek veteriner hekimdi ve ikinci uzay görevini yapıyordu.
Misyon Uzmanı Williams, bir doktor olan ve Payload Uzmanları Buckey (aynı zamanda bir doktor) ve Pawelczyk (bir fizyolog), uzay aracının orta bölmesindeki lansmanı yaşadılar. Yörüngeye ulaştıklarında mürettebat yük bölgesi kapaklarını açarak mekiğin radyatörlerini açtı. Kısa bir süre sonra, mürettebat mekiğin orta bölmesinden aktarma tünelini aşağıya çevirerek Spacelab’a girdi ve modülü aktive etti, ilk deneyleri açtı.
16 günlük görev boyunca, yedi kişilik Neurolab mürettebatı hem deney konuları hem de operatör olarak görev yaptı ve özellikle göreve özel geliştirilen bazı enstrümanlar ve cihazlar da dahil olmak üzere çeşitli biyomedikal enstrümantasyonla çalıştı. Bilim faaliyetlerinin çoğu uzay mekiğinin yük bölmesine monte edilen Spacelab modülünde gerçekleşti ve Neurolab, 1983’teki STS-9 görevinden bu yana 16. ve son uçuşunu gerçekleştiren ESA tarafından inşa edilen basınçlı modülü içeriyordu.
Astronotlar dışında, Neurolab yaklaşık 2.000 hayvan konusunu içeriyordu, bunlar arasında fareler, fareler, sümüklüler, cırcır böcekleri ve iki tür balık bulunuyordu; tarihteki en büyük canlı organizma koleksiyonu uzaya gönderilmişti. Neurolab deneylerini 26 deneyi sekiz ekibe grupladı. İnsan deneklerini kullanan dört ekip (toplam 11 deney) ve araştırma hayvanlarını inceleyen dört ekip (15 deney) bulunmaktaydı. İnsan deneklerini inceleyen ekipler, Otonom Sinir Sistemi, Duyusal Motor ve Performans, Denge ve Uyku ekipleriydi. Hayvan deneklerini inceleyen ekipler ise Nöron Plastisitesi, Memeli Gelişimi, Su ve Nörobiyoloji ekipleriydi.
Karmaşık Neurolab deney setinin yanı sıra, STS-90 astronotlarının faaliyetleri diğer bilim ve operasyonel öğeleri de içeriyordu. Tüm görevlerde olduğu gibi, zaman izin verdiğinde Dünya’ya bakmayı ve seçilmiş bölgeleri ve fırsatları fotoğraflamayı zevk aldılar. Houston’daki NASA Johnson Uzay Merkezi’nde geliştirilen bir statik biyoreaktör, böbrek ve lösemi hücrelerini yetiştiren iki deneyi barındırıyordu, bunlar Uluslararası Uzay İstasyonu’nda uçurulan deneylerin öncülleriydi. STS-90 astronotları için benzersiz bir fırsat, Rus uzay istasyonu Mir’de uzun süreli konaklamasının dördüncü ayında olan NASA astronotu Andrew S.W. Thomas ile iki yönlü bir video konferans düzenlemek oldu.
Uzaydaki son günlerinde, mürettebat deneyleri tamamladı, Spacelab modülünü kapattı ve dünyaya dönüşleri için koltuklarına bağlandı. Uzay mekiğinin yörüngeden inişine başlamak için Shuttle’ın Yörüngeden Çıkma Sistemi motorlarını ateşlediler. Searfoss, Columbia’yı düzgün bir şekilde 3 Mayıs’ta KSC’ye indirip pilotluk etti ve Dünya etrafında 256 yörünge tamamlayarak 15 gün, 21 saat ve 50 dakika boyunca uçtular.
Astronotlar, inişten yaklaşık bir saat sonra Columbia’dan çıktılar ve hemen 1 g ortamına geri döndükten sonra anlık yanıtını ölçmek için veri toplamaya başladılar. Karada ekipler, Columbia’yı Chandra X-ışını gözlemevi’ni dağıtmak için kullanılacak olan bir sonraki görevi olan STS-93’e hazırlamak üzere Uzay Aracı İşleme Tesisi’ne çekti.