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脳は、すべての脊椎動物およびほとんどの無脊椎動物の神経系の中枢として機能する器官です。それは頭にあり、通常は視覚などの感覚器官の近くにあります。脊椎動物の体の中で最も複雑な器官です。人間の場合、大脳皮質には約140〜160億のニューロンが含まれており、小脳内のニューロンの推定数は55〜700億です。各ニューロンはシナプスによって数千の他のニューロンに接続されています。これらのニューロンは、軸索と呼ばれる長い原形質繊維によって互いに通信します。軸索は、特定のレシピエント細胞を標的とする活動電位と呼ばれる一連の信号パルスを脳または身体の遠方の部分に伝達します。

生理学的には、脳は身体の他の器官を集中管理します。それらは筋肉活動のパターンを生成することによって、およびホルモンと呼ばれる化学物質の分泌を駆動することによって、体の残りの部分に作用します。この集中管理により、環境の変化に迅速かつ協調的に対応できます。反射などのいくつかの基本的なタイプの応答性は、脊髄または末梢神経節によって媒介される可能性がありますが、複雑な感覚入力に基づく行動の洗練された意図的な制御には、集中型脳の機能を統合する情報が必要です。

個々の脳細胞の操作はかなり詳細に理解されていますが、数百万のアンサンブルでそれらが協調する方法はまだ解決されていません。現代の神経科学の最近のモデルでは、脳を生物学的コンピューターとして扱い、メカニズムは電子コンピューターとは大きく異なりますが、周囲の世界から情報を取得し、保存し、さまざまな方法で処理するという意味で似ています。

この記事では、脊椎動物に最も注意を払って、動物種の全範囲にわたって脳の特性を比較します。他の脳の特性を共有する限り、それは人間の脳を扱います。人間の脳が他の脳と異なる点については、人間の脳の記事で説明されています。人間の文脈でそれらについて多くのことが言えるので、ここでカバーされるかもしれないいくつかのトピックは代わりにそこでカバーされます。最も重要なのは、人間の脳の記事で取り上げられている脳疾患と脳損傷の影響です。

脳の形や大きさは種によって大きく異なり、共通の特徴を特定することはしばしば困難です。それにもかかわらず、広範囲の種に適用される脳構造の多くの原則があります。脳構造のいくつかの側面は、ほとんどすべての動物種に共通しています。 「高度な」脳をより原始的な脳と区別したり、脊椎動物と無脊椎動物を区別したりする人もいます。

脳の解剖学についての情報を得る最も簡単な方法は目視検査ですが、より多くのより高度な技術が開発されてきました。自然な状態の脳組織は柔らかすぎて操作できませんが、アルコールや他の固定液に浸して固めることができ、その後、スライスして内部を検査します。視覚的には、脳の内部はいわゆる灰白質と呼ばれる暗い色の領域で構成され、白質と明るい色の領域で区切られています。特定のタイプの分子が高濃度で存在する領域を引き出すさまざまな化学物質で脳組織のスライスを染色することにより、さらなる情報を得ることができます。顕微鏡を使用して脳組織の微細構造を検査し、ある脳領域から別の脳領域への接続のパターンを追跡することも可能です。

感覚器からの情報は脳で収集されます。そこでは、生物がとるべき行動を決定するために使用されます。脳は生データを処理して、環境の構造に関する情報を抽出します。次に、処理された情報を、動物の現在のニーズに関する情報および過去の状況の記憶と組み合わせます。最後に、結果に基づいて、運動応答パターンを生成します。これらの信号処理タスクには、さまざまな機能サブシステム間の複雑な相互作用が必要です。

脳の機能は、動物の行動を首尾一貫して制御することです。集中化された脳は、筋肉のグループが複雑なパターンで共同活性化されることを可能にします。また、体の一部に作用する刺激が他の部分の反応を呼び起こすことを可能にし、体のさまざまな部分が互いに目的を超えて作用するのを防ぐことができます。