Εγκέφαλος σπονδυλωτών

Τρεις αρχές

1. Ο εγκέφαλος και το νευρικό σύστημα είναι ουσιαστικά ένα σύστημα που δημιουργεί συνδέσεις. Έχει είσοδο από τα αισθητήρια όργανα και έξοδο στους μυς.
   Συνδέεται με διάφορους τρόπους με το ενδοκρινικό σύστημα, το οποίο παράγει ορμόνες, καθώς και με το πεπτικό σύστημα και το σεξουαλικό σύστημα. Οι ορμόνες λειτουργούν αργά, οπότε οι αλλαγές αυτές είναι σταδιακές.
2. Ο εγκέφαλος είναι ένα είδος πολυκαταστήματος. Έχει, όλα συνδεδεμένα μεταξύ τους, τμήματα που κάνουν διαφορετικά πράγματα. Όλα βοηθούν το ένα το άλλο στη συλλογή αισθήσεων.
3. Πολλά από αυτά που κάνει το σώμα δεν είναι συνειδητά. Το άτομο αναπνέει, η καρδιά χτυπάει, τα έντερα χωνεύουν, τα μαλλιά μεγαλώνουν, οι σκέψεις έρχονται στο μυαλό του... Κάποια από αυτά μπορεί να τα παρατηρήσει το άτομο και κάποια (όπως η αναπνοή) μπορούν να επηρεαστούν σε κάποιο βαθμό. Αλλά, βασικά, ένα μεγάλο μέρος του σώματος λειτουργεί αυτόματα, ρυθμιζόμενο από το αυτόνομο νευρικό σύστημα.
   Ο εγκέφαλος, επίσης, κάνει μεγάλο μέρος της δουλειάς του χωρίς να το αντιλαμβάνεται το άτομο. Ο ασυνείδητος νους αναφέρεται στις δραστηριότητες του εγκεφάλου που σπάνια γίνονται αντιληπτές.

Περιοχές του εγκεφάλου σπονδυλωτών

Αρκετές περιοχές του εγκεφάλου έχουν διατηρήσει την ταυτότητά τους σε όλο το φάσμα των σπονδυλωτών, από τα ιχθύδια μέχρι τον άνθρωπο. Ακολουθεί ένας κατάλογος μερικών από τις πιο σημαντικές περιοχές, με μια σύντομη περιγραφή των λειτουργιών τους, όπως είναι σήμερα κατανοητές. Οι λειτουργίες αυτές μπορεί να εξακολουθούν να αμφισβητούνται σε κάποιο βαθμό. Ξεκινώντας από την πλάτη (ή, στον άνθρωπο, από το κάτω μέρος) οι περιοχές είναι οι εξής:

• Ο μυελός (και ο νωτιαίος μυελός) διαθέτει πολλούς μικρούς πυρήνες, οι οποίοι ασχολούνται με διάφορες αυτόνομες λειτουργίες. Αυτές περιλαμβάνουν τον καρδιακό παλμό και την αρτηριακή πίεση, την αναπνοή και τον εμετό. ^{κεφ. 44, 45}
• Το pons είναι ένας σταθμός αναμετάδοσης, που μεταφέρει μηνύματα μεταξύ του εγκεφάλου και του μυελού και της παρεγκεφαλίδας.
• Ο υποθάλαμος είναι μια μικρή περιοχή στη βάση του πρόσθιου εγκεφάλου. Είναι ο κεντρικός σταθμός ελέγχου των κύκλων ύπνου/αφύπνισης, του ελέγχου του φαγητού και του ποτού, του ελέγχου της απελευθέρωσης ορμονών και πολλών άλλων λειτουργιών. Βρίσκεται ακριβώς πάνω από την υπόφυση και εκκρίνει ορμόνες στον αδένα. Αυτές οι ορμόνες αναστέλλουν ή διεγείρουν την υπόφυση. Ο αδένας, με τη σειρά του, παράγει ορμόνες που επηρεάζουν το υπόλοιπο σώμα.
• Ο θάλαμος βρίσκεται πάνω από τον υποθάλαμο και κάτω από τον εγκεφαλικό φλοιό. Πρόκειται για μια συλλογή πυρήνων με διάφορες λειτουργίες. Λειτουργεί ως σταθμός αναμετάδοσης, συγκεντρώνοντας αισθητηριακές πληροφορίες κάθε είδους (εκτός από τις οσφρητικές) και τις διαβιβάζει στον εγκεφαλικό φλοιό. Επίσης, έχει ρόλο στη συνείδηση και τον ύπνο.
  Υπάρχουν συστήματα δράσης για διάφορους τύπους συμπεριφοράς, όπως το φαγητό, το ποτό, η αφόδευση και η συνουσία.
• Η παρεγκεφαλίδα προσαρμόζει την έξοδο άλλων συστημάτων του εγκεφάλου για να τα κάνει πιο ακριβή. Η αφαίρεση της παρεγκεφαλίδας δεν εμποδίζει ένα ζώο να κάνει κάτι συγκεκριμένο, αλλά κάνει τις ενέργειες διστακτικές και αδέξιες. Αυτή η ακρίβεια δεν είναι ενσωματωμένη, αλλά μαθαίνεται με δοκιμή και σφάλμα. Η εκμάθηση της οδήγησης ποδηλάτου είναι ένα παράδειγμα ενός τύπου νευρικής πλαστικότητας που μπορεί να λαμβάνει χώρα σε μεγάλο βαθμό εντός της παρεγκεφαλίδας. ^{κεφ. 42}
• Ο τεκτονικός σωλήνας, που συχνά αποκαλείται "οπτικός σωλήνας", κατευθύνει τις ενέργειες σε σημεία του χώρου. Η καλύτερα μελετημένη λειτουργία του είναι να κατευθύνει τις οφθαλμικές κινήσεις. Κατευθύνει επίσης τις κινήσεις προσέγγισης. Λαμβάνει ισχυρές οπτικές εισροές, καθώς και εισροές από άλλες αισθήσεις που είναι χρήσιμες για την καθοδήγηση των ενεργειών, όπως η ακουστική εισροή στις κουκουβάγιες, η εισροή από τα θερμοευαίσθητα όργανα των φιδιών κ.λπ. Σε ορισμένα ψάρια, όπως οι λαμπρίδες, είναι το μεγαλύτερο τμήμα του εγκεφάλου.
• Ο ιππόκαμπος είναι, αυστηρά μιλώντας, μόνο στα θηλαστικά, αλλά έχει αντίστοιχους σε όλα τα σπονδυλωτά. Συμμετέχει στη χωρική μνήμη και την πλοήγηση στα ψάρια, τα πτηνά, τα ερπετά και τα θηλαστικά.
• Τα βασικά γάγγλια είναι μια ομάδα δομών στον πρόσθιο εγκέφαλο, οι οποίες συνδέονται στενά με τον εγκεφαλικό φλοιό και τον θάλαμο. Η κύρια λειτουργία των βασικών γαγγλίων φαίνεται να είναι η επιλογή δράσεων. Στέλνουν ανασταλτικά σήματα σε όλα τα μέρη του εγκεφάλου που μπορούν να δημιουργήσουν δράσεις. Στις κατάλληλες περιστάσεις απελευθερώνουν την αναστολή, ώστε τα συστήματα που παράγουν δράσεις να μπορούν να εκτελέσουν τις ενέργειές τους. Οι ανταμοιβές και οι τιμωρίες ασκούν τις σημαντικότερες νευρικές επιδράσεις στα βασικά γάγγλια.
• Ο εγκεφαλικός φλοιός είναι ένα στρώμα γκρίζων κυττάρων που βρίσκεται στην επιφάνεια του πρόσθιου εγκεφάλου. Συμμετέχει σε πολλαπλές λειτουργίες, όπως η όσφρηση και η χωρική μνήμη. Στα θηλαστικά, όπου κυριαρχεί στον εγκέφαλο, ελέγχει λειτουργίες από πολλές υποφλοιώδεις περιοχές.
• Ο οσφρητικός βολβός είναι μια ειδική δομή που επεξεργάζεται τα οσφρητικά αισθητήρια σήματα (οσμές) και στέλνει την έξοδό του στο οσφρητικό τμήμα του εγκεφαλικού φλοιού. Αποτελεί σημαντικό συστατικό του εγκεφάλου σε πολλά σπονδυλωτά, αλλά πολύ μειωμένο στα πρωτεύοντα.

Παρουσιάζονται οι αντίστοιχες περιοχές του ανθρώπινου εγκεφάλου και του εγκεφάλου του καρχαρία. Αυτό που βρίσκεται στο πίσω μέρος του εγκεφάλου του καρχαρία (ο μυελός) βρίσκεται στο κάτω μέρος του ανθρώπινου εγκεφάλου. Ο εγκέφαλος του καρχαρία (τελεγκεφάλου) βρίσκεται στο μπροστινό μέρος, εκείνος του ανθρώπου βρίσκεται στην κορυφή.

Μέγεθος εγκεφάλου

Η σχέση μεταξύ του μεγέθους του εγκεφάλου, του μεγέθους του σώματος και άλλων μεταβλητών έχει μελετηθεί σε ένα ευρύ φάσμα ειδών σπονδυλωτών. Το μέγεθος του εγκεφάλου αυξάνεται με το μέγεθος του σώματος αλλά όχι αναλογικά.

Θηλαστικά

Κατά μέσο όρο για όλα τα θηλαστικά, ακολουθεί ένα νόμο δύναμης, με εκθέτη περίπου 0,75. Αυτός ο τύπος ισχύει για τον μέσο εγκέφαλο των θηλαστικών, αλλά κάθε οικογένεια αποκλίνει από αυτόν, αντανακλώντας την πολυπλοκότητα της συμπεριφοράς τους. Για παράδειγμα, τα πρωτεύοντα θηλαστικά έχουν εγκέφαλο 5 έως 10 φορές μεγαλύτερο από αυτόν που προβλέπει ο τύπος. Τα αρπακτικά τείνουν να έχουν μεγαλύτερους εγκεφάλους. Όταν ο εγκέφαλος των θηλαστικών αυξάνεται σε μέγεθος, δεν αυξάνονται όλα τα μέρη του με τον ίδιο ρυθμό. Όσο μεγαλύτερος είναι ο εγκέφαλος ενός είδους, τόσο μεγαλύτερο είναι το κλάσμα που καταλαμβάνει ο νεοφλοιός.