脑
器官 / 维基百科,自由的 encyclopedia
脑(英语:brain,学名:encephalon)是所有脊椎动物和大部分无脊椎动物都具有的中枢神经系统核心,通常位于头部并靠近特殊感觉器官(比如负责视觉的眼、负责听觉的耳和负责味觉的舌)。脑在脊椎动物中尤为发达,是体内体积和密度最大的神经组织,也是功能最复杂集中、单位重量下能量和氧气消耗最高的器官。
根据解剖结构,脊椎动物的脑可分为大脑(cerebrum,分左右两个半球)、小脑(cerebellum,分左右半球)和脑干(brainstem,细分为中脑、脑桥和延髓)三部分,但如果根据胚胎发育的结构和功能发展则可分为前脑(proencephalon或forebrain,细分为端脑和间脑)、中脑(mesencephalon或midbrain)和菱脑(rhombencephalon或hindbrain,细分为后脑和末脑)三部分。前脑主要负责感知与认知决策、记忆和内分泌;中脑负责视觉与听觉器官肌肉、生物钟、体温和清醒与睡眠的调控;菱脑则主要负责各种复杂的动作控制和协调以及自主神经功能。
脑是身体中最大的神经元胞体集群。比如人类的大脑皮质包含大约140-160亿神经元[1],而小脑中包含大约550-700亿神经元[2]。每一个脑神经元都通过胞突(树突和轴突)进行动作电位的长距离收发传递与其它神经元、肌细胞或腺体细胞相联系,在胞突末端的突触会通过旁分泌释放囊泡中称为递质的信号分子来影响其它细胞。脊椎动物的神经元轴突通常有髓鞘包裹,可以绝缘轴突保障细胞膜去极化的一致性,并产生跳跃式传导大大加快电位信号的传递速度。
从生理上来说,脑的功能就是控制身体的其他器官。脑对其他器官的作用方式,一是通过向周边神经系统传递电信号调制肌肉的运动模式,二是通过分泌激素调整各种腺体代谢和平滑肌的收放。集中的控制方式,可以对环境的变化做出迅速而一致的反应。一些基本的反应,例如反射,可以通过脊髓或者周边神经节来控制,然而基于多种感官输入,有心智、有目的的动作,只有通过脑中枢的整合能力才能控制。关于单个脑细胞的运作机制,现今已经有了比较详细的了解;然而数以兆亿的神经元如何以集群的方式合作,还是一个未解决的问题[3]。现代神经科学中,新近的模型将脑看作一种生物计算机,虽然运行的机制和电子计算机很不一样,但是它们从周围世界中获得信息、存储信息、以多种方式处理信息的功能是类似的,它有点像计算机中的中央处理器(CPU)。
脑在动物中枢神经系统内的功能性通常体现于其脑容量,与体重的比例和由此衍生计算出的指数更是可以展现其功能集中的程度。脊椎动物的脑源于背神经索前端的泡状膨大,有着很高的权限集中度,甚至于许多中枢神经元的轴突会从颅内延伸至身体另一端直接调控末梢器官;而无脊椎动物的脑源自腹神经索前端分岔环绕过食道后在头部内聚合的神经节(比如节肢动物的食道上神经节),只负责特殊感觉(比如眼和嗅觉器官)的信息处理和头部附近体节(比如口器)的运动功能,身体其余部位则由其体节所对应的其它神经节进行“地方自治”式的去中心化管控,脑的权重程度远低于脊椎动物的脑。
本文会对各种动物的脑进行比较,特别是脊椎动物的脑,而人脑将被作为各种脑的其中一种进行讨论。人脑的特别之处会在人脑条目中探讨,因为其中很多话题在人脑的前提下讨论,内容会丰富得多。其中最重要的,是脑疾病(英语:brain disease)与脑损伤造成的后果,它会被放在人脑条目中探讨,因为人脑的大多数常见疾病并不见于其他物种。人类以外的动物的脑子有时会被作为料理食材,像是牛脑、猪脑甚至猴脑等都有人吃(详情可见食用脑一文说明)。