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腦
器官 / 維基百科,自由的 encyclopedia
腦(英語:brain,學名:encephalon)是所有脊椎動物和大部分無脊椎動物都具有的中樞神經系統核心,通常位於頭部並靠近特殊感覺器官(比如負責視覺的眼、負責聽覺的耳和負責味覺的舌)。腦在脊椎動物中尤為發達,是體內體積和密度最大的神經組織,也是功能最複雜集中、單位重量下能量和氧氣消耗最高的器官。
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根據解剖結構,脊椎動物的腦可分為大腦(cerebrum,分左右兩個半球)、小腦(cerebellum,分左右半球)和腦幹(brainstem,細分為中腦、腦橋和延髓)三部分,但如果根據胚胎發育的結構和功能發展則可分為前腦(proencephalon或forebrain,細分為端腦和間腦)、中腦(mesencephalon或midbrain)和菱腦(rhombencephalon或hindbrain,細分為後腦和末腦)三部分。前腦主要負責感知與認知決策、記憶和內分泌;中腦負責視覺與聽覺器官肌肉、生物鐘、體溫和清醒與睡眠的調控;菱腦則主要負責各種複雜的動作控制和協調以及自主神經功能。
腦是身體中最大的神經元胞體集群。比如人類的大腦皮質包含大約140-160億神經元[1],而小腦中包含大約550-700億神經元[2]。每一個腦神經元都通過胞突(樹突和軸突)進行動作電位的長距離收發傳遞與其它神經元、肌細胞或腺體細胞相聯繫,在胞突末端的突觸會通過旁分泌釋放囊泡中稱為遞質的信號分子來影響其它細胞。脊椎動物的神經元軸突通常有髓鞘包裹,可以絕緣軸突保障細胞膜去極化的一致性,並產生跳躍式傳導大大加快電位信號的傳遞速度。
從生理上來說,腦的功能就是控制身體的其他器官。腦對其他器官的作用方式,一是通過向周邊神經系統傳遞電信號調製肌肉的運動模式,二是通過分泌激素調整各種腺體代謝和平滑肌的收放。集中的控制方式,可以對環境的變化做出迅速而一致的反應。一些基本的反應,例如反射,可以通過脊髓或者周邊神經節來控制,然而基於多種感官輸入,有心智、有目的的動作,只有通過腦中樞的整合能力才能控制。關於單個腦細胞的運作機制,現今已經有了比較詳細的了解;然而數以兆億的神經元如何以集群的方式合作,還是一個未解決的問題[3]。現代神經科學中,新近的模型將腦看作一種生物計算機,雖然運行的機制和電子計算機很不一樣,但是它們從周圍世界中獲得信息、存儲信息、以多種方式處理信息的功能是類似的,它有點像計算機中的中央處理器(CPU)。
腦在動物中樞神經系統內的功能性通常體現於其腦容量,與體重的比例和由此衍生計算出的指數更是可以展現其功能集中的程度。脊椎動物的腦源於背神經索前端的泡狀膨大,有着很高的權限集中度,甚至於許多中樞神經元的軸突會從顱內延伸至身體另一端直接調控末梢器官;而無脊椎動物的腦源自腹神經索前端分岔環繞過食道後在頭部內聚合的神經節(比如節肢動物的食道上神經節),只負責特殊感覺(比如眼和嗅覺器官)的信息處理和頭部附近體節(比如口器)的運動功能,身體其餘部位則由其體節所對應的其它神經節進行「地方自治」式的去中心化管控,腦的權重程度遠低於脊椎動物的腦。
本文會對各種動物的腦進行比較,特別是脊椎動物的腦,而人腦將被作為各種腦的其中一種進行討論。人腦的特別之處會在人腦條目中探討,因為其中很多話題在人腦的前提下討論,內容會豐富得多。其中最重要的,是腦疾病(英語:brain disease)與腦損傷造成的後果,它會被放在人腦條目中探討,因為人腦的大多數常見疾病並不見於其他物種。人類以外的動物的腦子有時會被作為料理食材,像是牛腦、豬腦甚至猴腦等都有人吃(詳情可見食用腦一文說明)。