Mozek je hlavním orgánem z nervového systému z bilaterálních zvířat . Tento termín je běžný (nevědecký) jazyk a v chordátech , stejně jako u lidí , může odkazovat na encefalon , nebo pouze na část encefalonu, na prosencefalon ( telencephalon + diencephalon ), nebo dokonce pouze na telencephalon. V tomto článku má však pojem mozek nejširší význam.
Mozek strunatce je umístěn v hlavě , chráněn lebkou v lebkách , a jeho velikost se u jednotlivých druhů velmi liší . U zvířat z jiných větví se některá nervová centra analogicky s strunatci nazývají také mozek .
Mozek reguluje ostatní orgánové systémy v těle působením na svaly nebo žlázy a je sídlem kognitivních funkcí . Toto centralizované řízení organizace umožňuje rychlé a koordinované reakce na variace prostředí. Tyto reflexy , jednoduché vzory reakce nevyžadují zásah do mozku. Sofistikovanější chování však vyžaduje, aby mozek integroval informace přenášené smyslovými systémy a poskytoval přizpůsobenou reakci.
Mozek je extrémně složitá struktura, která může obsahovat až několik miliard neuronů navzájem spojených. Neurony jsou mozkové buňky, které spolu komunikují prostřednictvím dlouhých protoplazmatických vláken nazývaných axony . Axon neuronu přenáší nervové impulsy , akční potenciály na specifické cílové buňky umístěné ve více či méně vzdálených oblastech mozku nebo těla. Tyto gliové buňky , jsou druhý typ mozkových buněk a poskytují celou řadu pozic, se středem kolem nosiče neuronů a jejich funkce. Ačkoli gliové buňky a neurony byly pravděpodobně pozorovány poprvé spolu na počátku XIX th století, na rozdíl od neuronů, jejichž morfologické a fyziologické vlastnosti byly přímo pozorován pro první vyšetřovatele nervového systému, byly považovány za gliové buňky, až do poloviny z XX e století, jednoduše jako „lepidlo“, které „přilepí“ neuronů dohromady.
Přes velký pokrok v neurovědě je fungování mozku stále špatně pochopeno. Vztah, který udržuje s myslí, je předmětem mnoha diskusí, jak filozofických, tak vědeckých .
Od svého vzniku prošel výzkum mozku třemi hlavními fázemi: filozofickou, experimentální a teoretickou. Pro budoucnost neurovědy někteří autoři předpovídají fázi simulace.
Mozek je nejsložitější známá biologická struktura, která často ztěžuje srovnání mozků různých druhů na základě jejich vzhledu. Architektura mozku má nicméně několik charakteristik společných pro velké množství druhů. Tři doplňkové přístupy je umožňují zdůraznit. Evoluční přístup porovnává anatomii mozku mezi různými druhy a je založen na principu, že znaky nalezené na všech sestupných větvích daného předka byly přítomny také v jejich společném předkovi . Vývojový přístup studuje proces tvorby mozku od embryonálního stádia k dospělému stádiu . Konečně, genetický přístup analyzuje exprese z genů v různých oblastech mozku.
Původ mozku sahá až do vzniku bilateriánů , jedné z hlavních podskupin zvířecí říše, která se vyznačuje zejména bilaterální symetrií organismů, přibližně před 550-560 miliony let . Společný předek tohoto taxonu následoval tubulární , vermiformní a metamerizovaný typový organizační plán ; vzor, který se i nadále nachází v těle všech současných bilateriánů, včetně lidí . Tímto základním plánem organizace těla je trubice obsahující zažívací trakt spojující ústa a konečník a nervovou šňůru, která nese ganglion na úrovni každé metamery těla, a zejména větší ganglion na úrovni čelo zvané „mozek“.
Složení mozku protostomianů se velmi liší od složení chordátů (což jsou epineurians ), a to natolik, že je obtížné srovnávat tyto dvě struktury, s výjimkou genetiky . Mnoho protostomans jsou hyponeurians ; dvě skupiny vynikají svým relativně složitým mozkem: členovci a hlavonožci . Mozky těchto dvou skupin pocházejí ze dvou paralelních nervových šňůr, které procházejí tělem zvířete. Členovci mají centrální mozek se třemi divizemi a velkými optickými laloky za každým okem pro vizuální zpracování . Hlavonožci mají největší mozek ze všech protostomanů. Chobotnice jsou vysoce rozvinuté a mají složitost podobnou chordátům, což umožňuje chobotnicím rozvíjet kognitivní schopnosti, jako je možnost použití nástroje.
Mozky některých hyponeuriánů byly zvláště studovány. Díky jednoduchosti a přístupnosti nervového systému byla neurofyziologem Ericem Kandelem zvolena aplysie ( měkkýš ) jako model pro studium molekulárních základen paměti, které mu v roce 2000 vynesly Nobelovu cenu . Nejvíce studovaným hyponeuriánským mozkem však zůstává mozek Drosophila ( členovec ). Vzhledem k velkému panelu technik dostupných ke studiu jejich genetického materiálu se Drosophila přirozeně stala předmětem studia role genů ve vývoji mozku. Ukázalo se, že mnoho aspektů neurogenetiky Drosophila platí i u lidí. Například první geny zapojené do biologických hodin byly identifikovány v 70. letech studiem mutantních ovocných mušek vykazujících poruchy v jejich denních cyklech aktivity. Výzkum genomu strunatců ukázal, že soubor genů podobných Drosophila hraje podobnou roli v tělesných hodinách u myší a pravděpodobně také u lidí.
Další protostomián, červ hlístice Caenorhabditis elegans, byl, stejně jako Drosophila, předmětem hloubkových genetických studií, protože jeho organizační plán je velmi stereotypní: nervový systém hermafroditové morfy má přesně 302 neuronů , vždy na stejném místě, vytvoření stejných synaptických vazeb pro každého červa. Na začátku 70. let si jej Sydney Brenner kvůli své jednoduchosti a snadnému chovu vybral jako modelový organismus pro svou práci na procesu genetické regulace vývoje, který mu v roce 2002 získal Nobelovu cenu . Pro svou práci Brenner a jeho tým rozřezali červy na tisíce ultratenkých sekcí a každý z nich vyfotografovali pod elektronovým mikroskopem , aby vizualizovali vlákna, která odpovídají každé sekci, a tak plánovali každý neuron a každou synapse v těle červa. . V současné době taková úroveň podrobnosti není k dispozici žádné jiné organizaci a shromážděné informace umožnily četné studie.
Strunatci kmen , ke kterému lidé patří , se objevily během Cambrian exploze .
Mozky všech strunatců mají v podstatě stejnou strukturu. Skládá se z měkké tkáně se želatinovou strukturou . Živá mozková tkáň je obvykle zvenčí narůžovělá a zevnitř bělavá. Strunatci Mozek je obalen membránového systému z pojivové tkáně , v mozkových plen , která odděluje lebku z mozku. Z vnějšku dovnitř jsou mozkové pleny tvořeny třemi membránami: dura , arachnoid a pia mater . Arachnoid a pia mater jsou navzájem úzce spojeny a lze je tedy považovat za jednu a stejnou vrstvu, pia arachnoid. Subarachnoidální prostor, který se nachází mezi arachnoidem a pia mater, obsahuje mozkomíšní mok, který cirkuluje v úzkém prostoru mezi buňkami a komorami nazývanými komorový systém . Tato tekutina slouží zejména jako mechanická ochrana mozku tím, že absorbuje a tlumí otřesy a transportuje hormony a živiny do mozkové tkáně. Tyto cévy zavlažovat centrálního nervového systému přes perivaskulární prostoru nad pia mater. V cévách jsou buňky těsně spojeny a tvoří hematoencefalickou bariéru, která chrání mozek tím, že působí jako filtr proti toxinům, které mohou být obsaženy v krvi .
Mozky strunatců mají stejný základní tvar, který se vyznačuje tím, jak se vyvíjí mozek. Během neurového vývoje se nervový systém začíná dávat do pohybu s výskytem tenkého pruhu nervové tkáně, který běží po celé zadní straně embrya . Pás poté zesílí a zvrásní se, aby vytvořil neurální trubici . Je to na předním konci trubice, kde se vyvíjí mozek, přičemž jeho vznik u prvních vodních strunatců souvisí s rozvojem jejich pocitu čichu spojeným s jejich průzkumnými schopnostmi při hledání kořisti. Zpočátku se mozek projevuje třemi otoky, které ve skutečnosti představují přední mozek , střední mozek a zadní mozek . V mnoha chordátových skupinách zůstávají tyto tři oblasti stejné velikosti u dospělých, ale přední mozek savců se zvětšuje než ostatní oblasti, přičemž střední mozek je menší.
Korelace mezi velikostí mozku a velikostí organismu nebo jinými faktory byla studována u velkého počtu druhů strunatců. Velikost mozku se zvyšuje s velikostí organismu, ale ne úměrně. U savců se vztah řídí mocenským zákonem s exponentem asi 0,75. Tento vzorec platí pro střední mozek savců, ale každá rodina se víceméně liší, což odráží složitost jejich chování. Tak, primáti mají Mozky pět až deset krát větší vzorce. Obecně řečeno, predátoři mají tendenci mít větší mozky. Když se zvětší mozek savců, ne všechny části se zvětší ve stejném poměru. Čím větší je mozek druhu, tím větší část zaujímá kůra , 80% mozkové aktivity v závislosti na vizuálních signálech u primátů.
Oblasti mozkuV chordátové neuroanatomii se mozek obecně považuje za sestávající z pěti hlavních oblastí definovaných na základě vývoje nervového systému z neurální trubice : telencephalon , diencephalon , střední mozek , mozeček a mícha oblongata . Každá z těchto oblastí má složitou vnitřní strukturu. Určité oblasti mozku, jako je mozková kůra nebo mozeček, jsou tvořeny vrstvami tvořícími klikaté záhyby, mozkové vývrtky , které umožňují zvětšit kortikální nebo mozečkový povrch při umístění v lebeční schránce. Ostatní oblasti mozku představují skupiny mnoha jader . I když lze jasně rozlišit neurální strukturu, chemii a konektivitu, v chordátových mozcích lze identifikovat tisíce odlišných oblastí.
V několika větvích strunatců evoluce přinesla důležité změny v architektuře mozku. Složky mozku žraloků jsou sestaveny jednoduchým a přímým způsobem, ale u teleostních ryb , většinové skupiny moderních ryb, je přední mozek vykuchaný. Mozek ptáků také prochází významnými změnami. Hlavní složka předního mozku ptáků, hřbetní komorový hřeben, byla dlouho považována za ekvivalent bazálního ganglia savců, ale nyní je považována za úzce související s neokortexem .
Mnoho oblastí mozku si u všech strunatců zachovalo stejné vlastnosti. Role většiny z těchto regionů je stále předmětem diskuse, ale stále je možné uvést hlavní oblasti mozku a roli, která jim byla přidělena podle současných znalostí:
Mozková kůra je oblast mozku, která nejlépe rozlišuje mozku savců z ostatních obratlovců , že z primátů od ostatních savců, a to člověka od ostatních primátů. Zadní mozek a středního mozku savců je obecně podobný tomu jiných obratlovců, ale velmi významné rozdíly jsou vidět v předním mozku , který je nejen mnohem větší, ale také změny v její struktuře. U ostatních strunatců je povrch telencephalonu pokryt jedinou vrstvou, palliem . U savců se pallium vyvinulo do šestivrstevnaté vrstvy zvané neokortex . U primátů se neokortex výrazně zvětšil, zejména v oblasti čelních laloků . Savců koník má také velmi zvláštní strukturu.
Evoluční historii těchto savčích zvláštností, zejména neokortexu, je obtížné sledovat. K synapsids předkové savců byly odděleny sauropsides předky plazů současných a ptáci , tam jsou asi 350 miliony let. Poté, před 120 miliony let, se savci rozdělili na monotrémy , vačnatce a placenty , divizi, která vyústila v dnešní zástupce. Mozek monotremů a vačnatců se liší od mozku placentálů (většinová skupina moderních savců) na různých úrovních, ale struktura jejich mozkové kůry a hipokampu je stejná. Tyto struktury se proto pravděpodobně vyvinuly mezi -350 až 120 miliony let, obdobím, které lze studovat pouze pomocí fosilií, ale nezachovávají měkké tkáně jako mozek.
PrimátiMozek primátů má podobnou strukturu jako mozek jiných savců, ale je podstatně větší v poměru k velikosti organismu. Toto rozšíření v zásadě pochází z masivní expanze mozkové kůry , zejména na úrovni oblastí používaných pro vidění a předvídavost . Proces vizuálního vnímání u primátů je velmi složitý, zahrnuje nejméně třicet odlišných zón a velkou síť propojení a zabírá více než polovinu neokortexu . Rozšíření mozku také pochází ze zvětšení prefrontální kůry, jejíž funkce je obtížné shrnout, ale vztahují se k plánování , pracovní paměti , motivaci , pozornosti a výkonným funkcím .
U lidí je zvětšení čelních laloků ještě extrémnější a další části kůry se také staly většími a složitějšími.
Tkanina Mozek se skládá ze dvou typů buněk , na neuronů a gliových buněk . Neurony hrají hlavní roli při zpracování informací o nervech, zatímco gliové buňky nebo podpůrné buňky vykonávají různé pomocné funkce včetně mozkového metabolismu . Ačkoli jsou tyto dva typy buněk v mozku stejné, v mozkové kůře je čtyřikrát více gliových buněk než neuronů .
Na rozdíl od gliových buněk jsou neurony schopné vzájemně komunikovat na velké vzdálenosti. Tato komunikace probíhá pomocí signálů vysílaných prostřednictvím axonu , protoplazmatického prodloužení neuronu, které se táhne od těla buňky, rozvětvuje se a promítá, někdy do blízkých oblastí, někdy do vzdálenějších oblastí mozku nebo z těla. U některých neuronů může být prodloužení axonu značné. Signály přenášené axonem jsou ve formě elektrochemických impulsů, nazývaných akční potenciály , které trvají méně než tisícinu sekundy a procházejí axonem rychlostí 1 až 100 metrů za sekundu. Některé neurony neustále emitují akční potenciály, od 10 do 100 za sekundu, jiné emitují akční potenciály jen příležitostně.
Spojovacím bodem mezi axonem jednoho neuronu a jiného neuronu nebo jiné než neuronové buňky je synapse, kde je signál přenášen. Axon může mít až několik tisíc synaptických zakončení. Když akční potenciál po cestě axonem dosáhne synapse, způsobí uvolnění chemického činidla zvaného neurotransmiter . Po uvolnění se neurotransmiter váže na membránové receptory v cílové buňce. Některé neuronální receptory jsou excitační, to znamená, že zvyšují frekvenci akčního potenciálu v cílové buňce; jiné receptory jsou inhibiční a snižují frekvenci akčního potenciálu; jiné mají komplexní modulační účinky.
Axony zabírají většinu mozkového prostoru. Axony jsou často seskupeny do velkých skupin, aby vytvořily svazky nervových vláken. Mnoho axonů je obaleno pláštěm myelinu , látky, která výrazně zvyšuje rychlost šíření akčního potenciálu. Myelin má bílou barvu , takže oblasti mozku primárně obsazené těmito nervovými vlákny vypadají jako bílá hmota, zatímco oblasti hustě osídlené těly buněk neuronů vypadají jako šedá hmota . Celková délka myelinated axonů v dospělém lidském mozku přesahuje v průměru 100.000 kilometrů .
Celý článek o wikibooks: Brain metabolismus
Podle nositele Nobelovy ceny Rogera Sperryho je 90% stimulace a výživy mozku generováno pohybem páteře.
Vývoj mozku sleduje sled fází. Mnoho neuronů se rodí ve specifických oblastech obsahujících kmenové buňky a poté migrují tkání, aby dosáhli svého konečného cíle. Takže v kůře je první fází vývoje zavedení armatury typem gliových buněk , radiálních buněk, které vytvářejí vertikální vlákna skrz kůru. Nové kortikální neurony se vytvářejí ve spodní části kůry a poté „stoupají“ podél radiálních vláken, dokud nedosáhnou vrstev, které mají obsadit.
U strunatců jsou raná stadia vývoje společná pro všechny druhy. Jak se embryo mění z kulatého tvaru na strukturu podobnou červům, úzký pás ektodermu se odlupuje od hřbetní středové linie a stává se neurální deskou , předchůdcem nervového systému . Nervová deska se rozšiřuje, invaginuje tak, aby vytvořila nervový žlab , poté se neurální záhyby, které hraničí s žlabem, spojí a uzavřou žlab, který se stane neurální trubicí . Tato trubice se potom dělí na oteklou přední část, primární mozkovou vezikulu, která je rozdělena na tři vezikuly, které se stanou předním mozkem , středním mozkem a zadním mozkem . Přední mozek se poté dělí na dva další vezikuly, telencephalon a diencephalon, zatímco zadní mozek se dělí na metencephalon a myelencephalon . Každý z těchto vezikul obsahuje proliferativní oblasti, ve kterých se tvoří neurony a gliové buňky . Tyto dva typy buněk pak migrují, někdy na velké vzdálenosti, do své konečné polohy.
Jakmile jsou na svém místě, neurony začnou kolem sebe rozšiřovat své dendrity a axony . Axon se obvykle musí prodloužit na velkou vzdálenost od buněčného těla neuronu a musí se připojit k velmi specifickým cílům, což vyžaduje jeho růst komplexnějším způsobem. Na konci vyvíjejícího se axonu je oblast posetá chemickými receptory , růstovým kuželem. Tyto receptory hledají molekulární signály v okolním prostředí, které řídí růst axonu přitahováním nebo odpuzováním růstového kužele, a tím směrují úsek axonu v daném směru. Růstový kužel tak prochází mozkem, dokud nedosáhne cílové oblasti, kde další chemické signály způsobují vznik synapsí . K vytváření těchto naváděcích signálů jsou zapojeny tisíce genů , ale vznikající synaptická síť je geny určena pouze částečně . V mnoha částech mozku axony nejprve prožívají proliferativní přemnožování, které je poté regulováno mechanismy závislými na neuronální aktivitě. Tento sofistikovaný proces postupného výběru a přizpůsobení nakonec vyústí v dospělou formu neuronové sítě.
U savců, neurony jsou vyrobeny před narozením (zejména mezi 6 th a 18 th gestační týden u lidí). Mozek novorozence proto obsahuje podstatně více neuronů než dospělý, protože během vývoje a potom znovu během stárnutí bude zničeno velké množství těchto buněk. Zmizení nervových buněk odpovídá nezbytnému jevu selekce / stabilizace v neuronových sítích během vytváření mozkových obvodů.
Existuje však několik oblastí i nadále vytvářet nové neurony v průběhu celého života, jako je čichové žárovce nebo gyrus dentatus z hipokampu . Kromě těchto výjimek je počet neuronů přítomných při narození konečný, na rozdíl od gliových buněk, které se obnovují po celý život, jako většina buněk v těle. I když se počet neuronů brzy po narození změní, axonální spojení se nadále rozvíjejí a organizují po dlouhou dobu. U lidí není tento proces dokončen až do dospívání a pokračuje v získávání nového učení .
Mnoho otázek zůstává nezodpovězeno ohledně toho, co je vrozené a získané ve vztahu k mysli , inteligenci a osobnosti . I když mnoho bodů zbývá objasnit, neurovědy ukázaly, že jsou zásadní dva faktory. Na jedné straně geny určují obecný tvar mozku a to, jak mozek reaguje na zkušenost. Na druhou stranu je zapotřebí zkušeností k vylepšení matice synaptických spojení. V mnoha ohledech hraje roli kvalita a množství zkušeností. Tyto ekologické obohacení prostředí ukazuje, že mozek zvířete umístěného v bohaté a podnětné prostředí má řadu větší synapsí, než je zvíře v chudého prostředí.
Hlavní funkcí mozku je kontrolovat akce těla ze smyslové informace, která se k němu dostane. Senzorické signály mohou stimulovat okamžitou reakci, modulovat probíhající vzor aktivity nebo být uloženy pro budoucí potřebu. Prostřednictvím ústřední role, kterou vykonává při zachycování vnějších podnětů , tedy mozek zaujímá ústřední roli při vytváření odpovědí na životní prostředí. Mozek také hraje roli v hormonální regulaci .
Chordátový mozek přijímá signály z aferentních nervů z různých částí těla. Mozek tyto signály interpretuje a odvozuje odezvu na základě integrace přijatých elektrických signálů a poté ji vysílá. Tato hra příjmu, integrace a emise signálů představuje hlavní funkci mozku, která současně vysvětluje vjemy , pohyb , paměť a, předpokládá se, svědomí .
K provádění svého složitého úkolu je mozek organizován do funkčních subsystémů, to znamená, že určité oblasti mozku se konkrétněji zabývají určitými aspekty informací. Toto funkční rozdělení není striktní a tyto subsystémy lze kategorizovat několika způsoby: anatomicky, chemicky nebo funkčně. Jedna z těchto kategorizací je založena na chemických neurotransmiterech používaných neurony ke komunikaci. Další je založen na způsobu, jakým každá oblast mozku přispívá ke zpracování informací: smyslové oblasti přinášejí informace do mozku; motorické signály odesílají informace z mozku do svalů a žláz ; excitační systémy modulují mozkovou aktivitu v závislosti na denní době a různých faktorech.
Mozek využívá hlavně glukózu jako energetický substrát a při jeho nedostatku může dojít ke ztrátě vědomí . Spotřeba energie v mozku není nijak zvlášť variabilní, ale aktivní oblasti kůry spotřebovávají více energie než ty neaktivní.
Podle Daleova principu každý neuron v mozku neustále uvolňuje stejný chemický neurotransmiter nebo stejnou kombinaci neurotransmiterů pro všechna synaptická spojení, která má s jinými neurony. Neuron lze tedy charakterizovat podle neurotransmiterů, které uvolňuje, i když existují určité výjimky z tohoto principu. Dva nejběžnější neurotransmitery jsou glutamát , který obecně odpovídá excitačnímu signálu, a kyselina y-aminomáselná (GABA), která je obecně inhibiční. Neurony využívající tyto dva neurotransmitery se nacházejí téměř ve všech oblastech mozku a tvoří velké procento mozkových synapsí.
Jiné neurotransmitery, jako je serotonin nebo norepinefrin , pocházejí z neuronů umístěných ve specifických oblastech mozku. Jiné neurotransmitery, jako je acetylcholin nebo dopamin , pocházejí z mnoha míst v mozku, ale nejsou distribuovány tak všudypřítomně jako glutamát a GABA. Drtivá většina léků psychotropní látky působí tak, že mění neurotransmiterové systémy, které nejsou přímo zapojeny do glutamatergic nebo GABAergního přenosu.
Důležitou funkcí mozku je zpracovávat informace přijímané smyslovými receptory . Na rozdíl od všeobecného přesvědčení, smysly, které mozek dokáže zachytit, nejsou omezeny na pět. Kromě zraku , sluchu , dotek , vůně a chuti , mozek může přijímat další smyslové informace, jako je teplota , rovnováha , poloha končetiny, nebo chemické složení v krvi . Všechny tyto proměnné jsou detekovány specializovanými receptory, které přenášejí signály do mozku. Některé druhy mohou detekovat další smysly, jako je infračervené vidění z hadů , nebo použití „standardních“ smysly nekonvenční způsoby, jako echolocation sluchového systému netopýrů .
Každý senzorický systém má své vlastní senzorické receptorové buňky. Tyto buňky jsou neurony, ale na rozdíl od většiny neuronů nejsou řízeny synaptickými signály z jiných neuronů. Místo toho mají tyto senzorické buňky membránové receptory, které jsou stimulovány specifickým fyzikálním faktorem, jako je světlo , teplota nebo tlak . Signály z těchto senzorických receptorových buněk putují do míchy nebo mozku prostřednictvím aferentních nervů .
U většiny smyslů existuje hlavní smyslové jádro v mozkovém kmeni nebo soubor jader, která přijímá a sdružuje signály z buněk senzorických receptorů. V mnoha případech jsou sekundární subkortikální oblasti odpovědné za extrakci a třídění informací. Každý senzorický systém má také vyhrazenou oblast thalamu , která přenáší informace do kůry .
U každého senzorického systému přijímá primární kortikální zóna signály přímo z thalamového relé. Specifická skupina horních kortikálních oblastí obvykle také analyzuje senzorický signál. Nakonec multimodální oblasti kůry kombinují signály z různých senzorických systémů. Na této úrovni jsou signály, které se dostanou do těchto oblastí mozku, považovány spíše za integrované signály než za přísně smyslové.
Všechny tyto kroky mají své výjimky. U dotyku jsou tedy smyslové signály přijímány hlavně na úrovni míchy, na úrovni neuronů, které poté promítají informace do mozkového kmene. Pro pocit pachu není v thalamu žádné relé, signál se přenáší přímo z primární zóny, čichové baňky , do kůry.
Motorické systémy jsou oblasti mozku, které jsou přímo nebo nepřímo odpovědné za pohyby těla působením na svaly . S výjimkou svalů ovládajících oči jsou všechny kosterní svaly těla přímo inervovány motorickými neurony v míše . Jsou tedy posledním článkem v řetězci psychomotorického systému . Spinální motorické neurony jsou řízeny jak neurálními obvody specifickými pro míchu, tak eferentními impulsy z mozku. Vnitřní páteřní obvody hostí několik reflexních reakcí , stejně jako určité pohybové vzorce, jako jsou rytmické pohyby, jako je chůze nebo plavání . Eferentní spojení mozku umožňuje sofistikovanější ovládání.
Řada oblastí mozku je spojena přímo s míchou. Na nejnižší úrovni jsou motorické oblasti umístěné v prodloužené míše a mostě . Nahoře jsou oblasti středního mozku , například červené jádro , které jsou odpovědné za koordinaci pohybů. Na vyšší úrovni je primární motorická kůra , pás mozkové tkáně umístěný na zadním okraji čelního laloku. Primární motorická kůra přenáší své motorické příkazy do subkortikálních motorických oblastí, ale také přímo do míchy přes pyramidový svazek . Nervové impulsy tohoto kortiko-spinálního svazku přenášejí jemné dobrovolné pohyby. Jiné motorické oblasti mozku nejsou přímo spojeny s míchou, ale působí na primární kortikální nebo subkortikální motorické oblasti. Některé z těchto důležitějších sekundárních oblastí jsou premotorická kůra zapojená do koordinace pohybů různých částí těla, bazální ganglia , jejichž hlavní funkcí se zdá být výběr akce, a mozeček , který moduluje a optimalizuje informace tak, aby zpřesnit pohyby.
Mozek a mícha také obsahují neurální síť, která řídí autonomní nervový systém , část nervového systému zodpovědnou za automatické funkce. Autonomní nervový systém nepodléhá dobrovolné kontrole, zejména řídí hormonální regulaci a činnost hladkých svalů a srdečního svalu . Autonomní nervový systém působí na různých úrovních, jako je srdeční frekvence , trávení , dýchání , slinění , močení , pot nebo sexuální vzrušení .
Jedním z nejviditelnějších aspektů chování zvířat je denní cyklus probuzení-spánku-snů. Probuzení a pozornost jsou také modulovány na jemnějším časovém měřítku sítí mozkových oblastí.
Klíčovou složkou vzrušujícího systému je suprachiasmatické jádro , malá oblast hypotalamu umístěná přímo nad průsečíkem optických nervů . Suprachiasmatické jádro obsahuje centrální biologické hodiny těla. Neurony v tomto jádře vykazují úroveň aktivity, která se zvyšuje nebo snižuje po dobu asi 24 hodin, cirkadiánní rytmus : tato fluktuující aktivita je řízena rytmickými změnami vyjádřenými skupinou hodinových genů. Suprachiasmatické jádro obecně přijímá signály z optických nervů, které umožňují kalibraci biologických hodin z cyklů den-noc.
Suprachiasmatické jádro se promítá do souboru oblastí mozku (umístěných v hypotalamu a mozkovém kmeni ), které se podílejí na provádění cyklů den-noc. Důležitou součástí systému je tvorba síťky , skupina neuronových shluků zasahujících do mozkového kmene. Zesítěné neurony vysílají signály do thalamu , který reaguje vysíláním signálů do různých oblastí kůry, které regulují úroveň aktivity.
Spánek zahrnuje zásadní změny v aktivitě mozku. Mozek se během spánku nevypíná, činnost mozku pokračuje, ale je změněna. Ve skutečnosti existují dva typy spánku: REM spánek (se sny ) a non-REM spánek (obvykle bezesný). Tyto dva spánky se s každým spánkem opakují mírně odlišným způsobem. Lze rozlišit tři hlavní typy mozkové aktivity: REM spánek, lehký spánek a hluboký spánek. Během hlubokého spánku má aktivita kůry formu velkých synchronizovaných vln, zatímco tyto vlny jsou během stavu snů synchronizované. Hladiny norepinefrinu a serotoninu během spánku klesají a během spánku REM se blíží k nulové úrovni, zatímco hladiny acetylcholinu mají opačný průběh.
Cyklus spánku je rozdělen do 5 fází. Ve fázi 1 dochází k pomalému spánku, když ležíte a zavíráte oči, během této fáze, která trvá 3 až 12 minut, jsou někdy hlášeny krátké sny nebo krátké myšlenky. Druhá fáze pomalého spánku je lehký spánek, je to nejdelší fáze, která zabírá téměř 50% času nočního spánku. Fáze 3 je přechod ze středně hlubokého do hlubokého spánku, svaly mají stále tón, ale na vnější podněty příliš nereagujeme. Na úrovni 4 jsme v hlubinách spánku, nervová aktivita je nejnižší, teplota mozku je také nízká, zpomaluje se dýchání, srdeční frekvence a krevní tlak. Fáze 5 je poslední, spánek je REM, elektrická aktivita mozku je velmi vysoká, oči se pohybují rychle, i když zbytek těla je ve stavu svalové atony. Cyklus spánku trvá 70 až 90 minut a v noci se opakuje 4 až 6krát.
Jean-Didier Vincent vypracuje příběh a spojí ho s výsledky výzkumné práce.
Porozumění vztahu mezi mozkem a myslí je vědecký tak dobře jako filosofický problém . Silný vztah mezi fyzickou hmotou mozku a myslí lze snadno prokázat dopadem, který mají fyzické změny mozku na mysl, jako je poranění hlavy nebo užívání psychotropních drog .
Až do konce XX -tého století, problém mysli a těla byla jedním z hlavních debat v historii filozofie a měla zvážit, jak je možné připojit mozek a mysl.
O této otázce existovaly tři hlavní myšlenkové směry: dualismus , materialismus a idealismus :
Kromě těchto filozofických otázek vyvolala tato hypotéza vztahu mezi myslí a mozkem velké množství vědeckých otázek, jako je vztah mezi duševní aktivitou a mozkovou aktivitou, mechanismus působení drog na poznání nebo opět korelace mezi neurony a vědomím .
Historicky mnoho filozofů považovalo za nepředstavitelné, že by poznání mohlo být dosaženo fyzickou látkou, jako je mozková tkáň. Filosofové jako Patricia Churchland předpokládali, že interakce mezi drogami a myslí je indikátorem důvěrného vztahu mezi mozkem a myslí, ale tyto dva jsou odlišné.
Od příchodu neurovědy a práce mnoha mezinárodních výzkumných týmů již tato otázka ve vědě není relevantní. Antonio Damasio zejména ve své knize L'Erreur de Descartes ukazuje, že tělo a mysl pracují neoddělitelně. Vysvětluje také, že uvažování, memorování a získávání nového učení nelze provést bez integrace emocí do procesů.
Pole neurovědy zahrnuje všechny přístupy usilující o porozumění fungování mozku a zbytku nervového systému . Psychologie se snaží porozumět mysli a chování . Neurologie je lékařský obor , který diagnostikuje a léčí nemoci související s nervovou soustavou. Mozek je také nejvíce studovaným orgánem v psychiatrii , oboru medicíny, který studuje a léčí duševní poruchy . Mezi kognitivní vědy pokus o propojení neurovědy a psychologie s dalšími obory, jako jsou počítačové vědy a filozofie .
Nejstarší metodou studia mozku je anatomie . V polovině XX th století , pokroky v neurologii jsou od zlepšování techniky mikroskopie a barvením . Neuroanatomists studují strukturu mozku jak ve velkém měřítku, tak v mikroskopickém měřítku. Mezi jinými nástroji používají širokou škálu barviv, která pomáhají odhalit nervovou strukturu, chemické reakce a konektivitu. Novější vývoj imunoznačovacích technik umožnil barvení neuronů, které specificky exprimují skupinu genů . Funkční neuroanatomie také používá lékařské zobrazovací techniky ke korelaci variací ve struktuře mozku se změnami v poznávání nebo chování .
Neurofyziologové studují chemické, farmakologické a elektrické vlastnosti mozku. Jejich hlavním nástrojem jsou drogy a záznamová zařízení. Tisíce experimentálně vyvinutých léků ovlivňují nervový systém, některé tak činí velmi specifickým způsobem. Záznam mozkové aktivity lze provádět pomocí elektrod , buď přilepených k lebce jako v případě elektroencefalografie , nebo implantovaných do mozku pro extracelulární záznamy, které dokážou detekovat akční potenciály generované jednotlivými neurony. Vzhledem k tomu, že mozek neobsahuje nociceptory , je možné tyto techniky použít u bdělého zvířete, aniž by způsoboval bolest . Je také možné studovat mozkovou aktivitu neinvazivním vyšetřením pomocí funkčních zobrazovacích technik, jako je MRI . Tak pozitronové emisní tomografie ukazuje, že v nepřítomnosti jakéhokoli konkrétního zaměření pozornosti, aktivita mozku (vlastní aktivita sítě výchozí režim, nazvaný „temná energie mozku“ analogicky k temné energie z kosmu , který se skládá z vln pomalých elektrických vln) odpovídá výdaji 60 až 80% veškeré energie spotřebované mozkem, tj. 20krát větší energie než energie spotřebovaná mozkem, když „reaguje vědomě, splnění konkrétního úkolu (vědomá činnost méně častá než činnost v bezvědomí) vyžaduje energii, která nepřesahuje 5% energie spotřebované základní činností.
Dalším přístupem je zkoumat důsledky poškození konkrétních oblastí mozku. I když je mozek chráněn lebkou a mozkovými pleny a izolován od krevního oběhu hematoencefalickou bariérou , je stále zranitelný mnoha chorobami a různými typy poškození. U lidí jsou účinky poškození mozku důležitým zdrojem informací o mozkových funkcích. Jelikož není možné experimentálně kontrolovat povahu tohoto poškození, je často obtížné tyto informace interpretovat. U zvířat, potkanů, kteří jsou nejčastějšími studovanými subjekty, je možné použít elektrody nebo lokálně injikovat chemikálie k vytvoření konkrétních typů poškození a poté sledovat jejich důsledky na chování.
Výpočetní neuroscience spojují dva přístupy: používání počítačů porozumět mozku a studovat, jak mozek vykonává výpočty . Na jedné straně je možné kód počítačového programu , aby bylo možné simulovat fungování skupiny neuronů za použití soustavy rovnic popisujících elektrochemickou aktivitu; tyto simulace se nazývají „biologicky realistické neurální sítě“. Na druhou stranu je možné studovat neurální výpočetní algoritmy pomocí simulace nebo matematické analýzy zjednodušených „jednotek“, které mají mnoho charakteristik neuronů, ale ignorují většinu jejich biologické složitosti. Výpočtové funkce mozku jsou studovány neurovědy i počítačovými vědci.
V posledních několika letech došlo k prvním aplikacím technik genetického inženýrství ke studiu mozku. Nejčastějšími studijními předměty jsou myši, protože právě u tohoto druhu jsou nejrozvinutější dostupné technické nástroje. Nyní je možné inaktivovat nebo mutovat širokou škálu genů a poté zkoumat účinky na funkci mozku. Používají se také sofistikovanější přístupy, jako je rekombinace Cre-Lox, která umožňuje zapínání a vypínání genů ve specifických oblastech mozku v určitých časech.
Americké týmy, které těží z federálního financování ve výši 28 milionů eur, využívají k vytvoření banky „konektomů“ nejmodernější skenery . Tyto desky s mozkovými obvody slibují, že odhalí, jak orgány reagují na stárnutí, učení a další události. Data z projektu Human Connectome naznačují pokrok v léčbě autismu a schizofrenie .
" Více než polovina neokortexu v subhumánních primátech je obsazena vizuálními oblastmi." Alespoň 25 vizuálních oblastí nad primární zrakovou kůrou (V1) bylo identifikováno kombinací mapování mikroelektrod, stopovacích injekcí, histologických skvrn a funkčních studií »