哺乳類、鳥類、爬虫類、魚類、両生類など、考えられるすべての動物には脳があります。しかし、人間の脳は独特です。それは最大のものではありませんが、それは私たちに話し、想像し、問題を解決する力を与えます。本当に素晴らしい臓器です。
脳は、次のような信じられないほど多くのタスクを実行します。
- 体温、血圧、心拍数、呼吸を制御します。
- それは、あなたのさまざまな感覚（見る、聞く、嗅ぐ、味わう、触れる）からあなたの周りの世界についての洪水の情報を受け入れます。
- 歩いたり、話したり、立ったり座ったりするときの身体の動きに対応します。
- それはあなたに考え、夢を与え、推論し、感情を経験させることができます。
これらのタスクはすべて、カリフラワーの小さな頭ほどの大きさの器官によって調整、制御、制御されています。
脳、脊髄、末梢神経は、中枢神経系として知られる複雑な統合された情報処理および制御システムを構成しています。それらは同時に、あなたの人生の意識的および無意識的な側面をすべて制御します。脳と神経系の科学的研究は、神経科学または神経生物学と呼ばれます。神経科学の分野は非常に広大で、脳と神経系は非常に複雑であるため、この記事では基礎から始めて、この複雑な器官の概要を説明します。
脳の構造と、各セクションが運動制御、視覚処理、聴覚処理、感覚、学習、記憶、感情などの日常機能をどのように制御しているかを調べます。
ニューロンの構造
あなたの脳は、ニューロンと呼ばれる約 1,000 億個の神経細胞で構成されています。ニューロンは、電気化学信号を収集して送信する驚くべき能力を持っています。ニューロンはコンピューターのゲートやワイヤーのようなものだと考えてください。
ニューロンは他の細胞と同じ特性を共有し、同じ構成を持っていますが、電気化学的な側面により、長距離 (最大数フィートまたは数メートル) にわたって信号を送信し、相互にメッセージを送信できます。
ニューロンには 3 つの基本的な部分があります。
- 細胞体または細胞体。この主要部分には、核 ( DNA を含む)、小胞体とリボソーム (タンパク質を構築するため)、ミトコンドリア (エネルギーを作るため) など、細胞に必要な構成要素がすべて含まれています。細胞体が死滅すると、ニューロンも死滅します。
- 軸索。この細胞の長いケーブル状の突起は、細胞の長さに沿って電気化学的メッセージ (神経インパルスまたは活動電位) を伝えます。ニューロンの種類に応じて、軸索は絶縁された電線のようなミエリン鞘の薄い層で覆われていることがあります。ミエリンは脂肪とタンパク質でできており、長い軸索を通る神経インパルスの伝達を促進します。有髄ニューロンは通常、末梢神経 (感覚ニューロンおよび運動ニューロン) に見られますが、非有髄ニューロンは脳および脊髄に見られます。
- 樹状突起または神経終末。これらの細胞の小さな枝のような突起は他の細胞と接続し、ニューロンが他の細胞と会話したり、環境を認識したりできるようにします。樹状突起は細胞の一方の端または両端に存在します。
基本的なニューロンの種類
ニューロンにはさまざまなサイズがあります。たとえば、指先からの単一の感覚ニューロンには腕の長さに伸びる軸索がありますが、脳内のニューロンは数ミリメートルしか伸びない可能性があります。
また、機能に応じて形状も異なります。筋肉の収縮を制御する運動ニューロンは、一端に細胞体、中央に長い軸索、もう一端に樹状突起を持っています。感覚ニューロンの両端には樹状突起があり、長い軸索によって接続されており、中央に細胞体があります。介在ニューロン、または連合ニューロンは、運動ニューロンと感覚ニューロンの間で情報を運びます。
神経系のこれらの基本的なメンバーは、その機能に関しても異なります。
- 感覚ニューロンは、体の外側部分 (末梢) から中枢神経系に信号を伝えます。
- 運動ニューロン（運動ニューロン）は、中枢神経系から体の外側部分（筋肉、皮膚、腺）に信号を伝えます。
- 介在ニューロンは、脳と脊髄内のさまざまなニューロンを接続します。
最も単純なタイプの神経経路は、ニージャーク反射のような単シナプス(単一接続)反射経路です。医師がゴムハンマーで膝の適切な場所を叩くと、受容体が感覚ニューロンを介して脊髄に信号を送ります。感覚ニューロンは、脚の筋肉を制御する運動ニューロンにメッセージを渡します。神経インパルスは運動ニューロンを伝わり、適切な脚の筋肉を刺激して収縮させます。反応は筋肉のけいれんであり、脳は関与せず、すぐに起こります。人間にはこのように組み込まれた反射神経がたくさん備わっていますが、タスクがより複雑になるにつれて、経路回路もより複雑になり、脳が関与するようになります。
脳の部位
最も単純な生物は、反射経路のみで構成された信じられないほど基本的な神経系を持っています。たとえば、扁形動物や無脊椎動物には集中化された脳がありません。それらは、単純な反射経路に配置されたニューロンの緩やかな結合を持っています。扁形動物には、神経網、つまり個々のニューロンが結合しており、動物全体の周囲に網を形成しています。
ほとんどの無脊椎動物（ロブスターなど）は、神経節と呼ばれる神経細胞体の局所的な集合からなる適度な「脳」を持っています。各神経節は反射経路を通じてその部分の感覚機能と運動機能を制御し、神経節は相互に結合して単純な神経系を形成します。神経系が進化するにつれて、神経節の鎖はより集中化された単純な脳に進化しました。
脳は無脊椎動物の神経節から進化しました。動物に関係なく、脳には次の部分があります。
- 脳幹、延髄（上部脊髄の拡大部分）、橋、中脳（下等動物には延髄のみ）で構成されます。脳幹は、反射と自動機能 (心拍数、血圧)、四肢の動き、内臓機能 (消化、排尿) を制御します。
- 小脳は、位置と動きを示す前庭系からの情報を統合し、このデータを使用して手足の動きを調整します。
- 視床下部と下垂体は、内臓機能、体温、摂食、飲酒、 性的反応、攻撃性、快感などの行動反応を担当します。
- 大脳(大脳皮質または単に皮質とも呼ばれる) は、皮質、大きな線維路 (脳梁)、およびいくつかの深層構造 (大脳基底核、扁桃体、海馬) で構成されています。すべての感覚器官からの情報を統合し、運動機能を開始し、感情を制御し、記憶と思考プロセスを保持します（感情の表現と思考は高等哺乳類でより一般的です）。
本能のための頭脳
魚類、両生類、爬虫類、鳥類などの下等動物は、あまり「考える」ことはせず、食べ物を集め、食べ、飲み、眠り、生殖し、身を守るという日常業務に専念しています。
これらは本能的なプロセスです 。したがって、彼らの脳は、これらの機能を制御する主要な中枢に沿って組織されています。
私たち人間もこれらの機能を果たしているため、「爬虫類の」脳が組み込まれています。これは、爬虫類と同じ脳の部分、つまり脳幹と小脳を私たちが持っていることを意味します。
下位脳について学ぶ準備はできましたか?それについては次のページで説明します。
下脳
基本的な下位脳は、脊髄、脳幹、間脳で構成されます (小脳と皮質も存在しますが、後のセクションで説明します)。次に、脳幹は延髄、橋、中脳、視床下部、視床で構成されます 。
これらの各構造内には、特定の機能 (呼吸、心拍数の調節、睡眠) に特化した、核と呼ばれる神経細胞体の中心があります。
- 髄質– 髄質には、血圧と呼吸を調節するための核と、脳神経から入ってくる感覚器官からの情報を中継するための核が含まれています。それは脳の最も古い部分でもあります。
- 橋— 橋には、小脳から皮質に運動と位置の情報を中継する核が含まれています。また、呼吸、味覚、睡眠に関与する核も含まれており、延髄と中脳を物理的に接続しています。
- 中脳— 中脳には、運動機能 (小脳、大脳基底核、大脳皮質)、眼球運動、聴覚制御に関与する脳のさまざまな部分を結び付ける核が含まれています。黒質と呼ばれる一部は随意運動に関与しています。それが機能しない場合、 パーキンソン病の震えが起こります。
- 視床— 視床は、入ってくる感覚経路を皮質の適切な領域に中継し、どの感覚情報が実際に意識に到達するかを決定し、小脳、大脳基底核、皮質間の運動情報交換に参加します。
- 視床下部— 視床下部には、下垂体からのホルモン分泌を制御する核が含まれています。これらの中枢は、 有性生殖、飲食、成長、および授乳（哺乳類の乳生産）などの母親の行動を支配します。視床下部は、毎日の明暗サイクル (概日リズム) に関連する体内の「時計」を含む、行動のほぼすべての側面にも関与しています。
脊髄は、脳とは別個の存在として、または単に脳幹の下方への延長として見ることができます。体からの感覚経路と運動経路だけでなく、脳からの上行経路と下行経路も含まれています。ニージャーク反射のように、脳とは独立して反応する反射経路があります。
バランス法
小脳は、多くの葉に折りたたまれているため「小さな脳」としても知られ、橋の上と後ろにあります。脳の中で 2 番目に大きい領域として、脊髄からの感覚入力、皮質および大脳基底核からの運動入力、前庭系からの位置情報を受け取ります。
次に、「小さな脳」がこの情報を統合し、脳からの運動経路に影響を与えて動きを調整します。これを実証するには、コンピューターのモニターなど、目の前の点に手を伸ばして触れてください。手が滑らかに動きます。小脳が損傷した場合、皮質が標的点を狙うために一連の小さな筋肉の収縮を開始するため、同じ動作が非常にぎくしゃくすることになります。小脳は、言語 (唇や喉頭の微細な筋肉の収縮) や他の認知機能にも関与している可能性があります。
前庭系は、姿勢、バランス、空間方向の維持を担当します。システムの一部は内耳にあります。また、前庭蝸牛神経 (第 8 脳神経) と、前庭蝸牛神経が受け取る情報を解釈する脳の特定の部分も含まれます。
高次の頭脳
大脳は人間の脳の最大の部分です。そこには、感覚情報を受け取って解釈し、動きを開始し、情報を分析し、推論し、感情を経験するすべての中枢が含まれています。これらの作業の中枢は、小脳の外層であり灰白質で構成される大脳皮質のさまざまな部分に位置しています。内部は白質で構成されています。
大脳皮質の主要部分
皮質は脳の外表面を支配します。脳の表面積は約 233 ～ 465 平方インチ (1,500 ～ 2,000 cm 2 ) で、これは新聞 1 ～ 2 ページの大きさに相当します。この表面積を頭蓋骨内に収めるために、皮質は折り畳まれ、ひだ (回) と溝 (溝) が形成されます。いくつかの大きな溝は、大脳皮質を前頭葉、頭頂葉、後頭葉、側頭葉などのさまざまな葉に分割します。それぞれの葉には異なる機能があります。
上から見ると、大きな溝（半球間裂）によって脳は左半分と右半分に分かれています。この半分は、脳梁と呼ばれる白質繊維の管を通じて互いに通信します。また、右と左の側頭葉は、前交連と呼ばれる脳の後部近くの別の線維路を介して通信します。
脳の断面図を見ると、脳梁の上の皮質領域が溝によって分割されていることがわかります。この溝は帯状溝と呼ばれます。その溝と脳梁の間の領域は帯状回と呼ばれ、大脳辺縁系または大脳辺縁葉とも呼ばれます。大脳の深部には、大脳基底核、扁桃体、海馬があります。
これで皮質の主要構造のツアーは終了です。では、これらの構造が何をするのか見てみましょう。
配線済み
高層ビルや飛行機が電気配線で配線されているのと同じように、脳には接続が配線されています。脳の場合、感覚入力と運動出力を大脳皮質のさまざまな葉の中枢と結び付けるニューロンによって接続が行われます。これらの皮質中枢と脳の他の部分の間にもつながりがあります。
大脳皮質のいくつかの領域には特殊な機能があります。
頭頂葉— 頭頂葉は体からのすべての体性感覚入力 (接触、痛み) を受け取り、処理します。
- 脊髄からの線維は視床によって頭頂葉のさまざまな部分に分配されます。
- この接続により、頭頂葉上の体の表面のマップが形成されます。この地図はホムンクルスと呼ばれます。
- 頭頂葉の後部（側頭葉の隣）には、言語に関連する感覚（聴覚および視覚）情報を理解するために重要なウェルニッケ野と呼ばれるセクションがあります。脳のこの領域への損傷により、患者が言語を理解できないが音は出せる、いわゆる感覚性失語が生じます。
前頭葉— 前頭葉は、運動能力 (発話を含む) と認知機能に関与しています。
- 脳の運動中枢 (中心前回) は、前頭葉の後部、頭頂葉の直前に位置しています。頭頂葉の体性感覚部分からの接続を受け取り、運動機能を処理して開始します。頭頂葉のホムンクルスと同様に、中心前回には脳の運動マップがあります (詳細については、 を参照)。
- 前頭葉の左側にあるブローカ野と呼ばれる領域は、音を発する筋肉(口、唇、喉頭) を制御することによって言語を処理します。この領域の損傷は運動失語症を引き起こします。この場合、患者は言語を理解できますが、意味のある、または適切な音を発することができません。
- 前頭葉の残りの領域は、連合プロセス (思考、学習、記憶) を実行します。
後頭葉— 後頭葉は目から直接視覚情報を受け取って処理し、この情報を頭頂葉 (ウェルニッケ野) と運動皮質 (前頭葉) に関連付けます。人間がしなければならないことの 1 つは、目のレンズによって網膜に投影される世界の逆さまの画像を解釈することです。
側頭葉— 側頭葉は耳からの聴覚情報を処理し、それを頭頂葉のウェルニッケ野および前頭葉の運動皮質に関連付けます。
- 大脳基底核: こちらも側頭葉内に位置し、大脳基底核は小脳と連携して指先の動きなどの細かい動きを調整します。
- 大脳辺縁系: 側頭葉の深部に位置する大脳辺縁系は、感情的な行動や内臓筋 (消化管や体腔の筋肉) の動きの制御において重要です。大脳辺縁系は、帯状回、脳梁、乳頭体、嗅覚管、扁桃体、海馬で構成されています。
- 海馬: 海馬は側頭葉内に位置し、短期記憶に重要です。
- 扁桃体: 扁桃体は側頭葉内に位置し、社会的、 性的行動、その他の感情を制御します。
- 島皮質: 島皮質は脳幹の自動機能に影響を与えます。たとえば、息を止めると、島皮質からの衝動が延髄の呼吸中枢を抑制します。島皮は味覚情報も処理し、側頭葉と前頭葉を分離します。
脳に水がかかる
脳と脊髄は髄膜と呼ばれる一連の丈夫な膜で覆われており、頭蓋骨や脊椎の骨との摩擦からこれらの器官を保護しています。
さらなる保護のため、脳と脊髄は頭蓋骨と脊椎内の脳脊髄液の海の中に「浮かんで」います。この緩衝液は脳内に位置する脈絡叢組織によって生成され、一連の空洞 (心室) を通って脳から出て脊髄に沿って下方に流れます。脳脊髄液は血液脳関門によって血液供給から隔離されています。
ご覧のとおり、脳は複雑で高度に組織化された器官であり、行動のすべてを制御します。脳の構造については理解できたので、脳がどのように機能するかについての記事を読み続けてください。
