Gewervelde brein

Drie principes

1. De hersenen en het zenuwstelsel zijn in wezen een systeem dat verbindingen maakt. Het heeft input van zintuigen en output naar de spieren.
   Het is op verschillende manieren verbonden met het endocriene systeem, dat hormonen maakt, en het spijsverteringsstelsel en het geslachtsorgaan. Hormonen werken langzaam, dus die veranderingen zijn geleidelijk.
2. Het brein is een soort warenhuis. Het heeft, allemaal met elkaar verbonden, afdelingen die verschillende dingen doen. Ze helpen elkaar allemaal om zintuigen te verzamelen.
3. Veel van wat het lichaam doet is niet bij bewustzijn. Een persoon ademt, zijn hart klopt, zijn darmen verteren, zijn haar groeit, zijn gedachten komen naar boven... Een deel van dit kan worden opgemerkt door een persoon, en sommige (zoals de ademhaling) kan worden beïnvloed tot op zekere hoogte. Maar, in principe, loopt een groot deel van het lichaam op automatisch, aangepast door het autonome zenuwstelsel.
   Ook de hersenen doen veel van hun werk zonder dat iemand het merkt. De onbewuste geest verwijst naar de hersenactiviteiten die zelden worden opgemerkt.

Gewervelde hersengebieden

Verschillende hersengebieden hebben hun identiteit behouden over het hele scala van gewervelde dieren, van heekvissen tot mensen. Hier is een lijst van enkele van de belangrijkste gebieden, met een korte beschrijving van hun functies zoals die op dit moment worden begrepen. Deze functies kunnen nog steeds tot op zekere hoogte worden betwist. Uitgaande van de rug (of, bij de mens, het onderste gedeelte) zijn de gebieden:

• Het merg (en het ruggenmerg) hebben veel kleine kernen, die te maken hebben met verschillende autonome functies. Deze omvatten de hartslag en de bloeddruk, de ademhaling en het braken. ^{ch 44, 45}
• De pons is een relaisstation, met berichten tussen de grote hersenen en het merg en de kleine hersenen.
• De hypothalamus is een klein gebied aan de basis van de voorhersenen. Het is het centrale controlestation voor slaap-/waakcycli, controle van het eten en drinken, controle van de hormoonafgifte en vele andere functies. Het zit direct boven de hypofyse en scheidt hormonen af in de klier. Deze hormonen remmen of stimuleren de hypofyse. De klier maakt op zijn beurt hormonen aan die de rest van het lichaam beïnvloeden.
• De thalamus zit boven de hypothalamus en onder de hersenschors. Het is een verzameling van kernen met verschillende functies. Het fungeert als een relais-station, het verzamelen van zintuiglijke informatie van alle soorten (behalve olfactorische) en geeft het door aan de hersenschors. Ook heeft het een rol in het bewustzijn en de slaap.
  Er zijn actiesystemen voor verschillende soorten gedrag, waaronder eten, drinken, ontlasting en copulatie.
• Het cerebellum past de output van andere hersensystemen aan om ze nauwkeuriger te maken. Het verwijderen van de kleine hersenen voorkomt niet dat een dier iets in het bijzonder doet, maar het maakt de handelingen aarzelend en onhandig. Deze precisie is niet ingebouwd, maar met vallen en opstaan geleerd. Het leren fietsen is een voorbeeld van een soort neurale plasticiteit die grotendeels in de kleine hersenen kan plaatsvinden. ^{ch 42}
• Het tectum, vaak 'optisch tectum' genoemd, stuurt acties naar punten in de ruimte. Zijn best bestudeerde functie is het sturen van oogbewegingen. Het stuurt ook reikende bewegingen aan. Het krijgt sterke visuele input, en input van andere zintuigen die nuttig zijn bij het sturen van acties, zoals auditieve input in uilen, input van de thermosensitieve pit organen in slangen, enz. Bij sommige vissen, zoals prikkers, is het het grootste deel van de hersenen.
• De hippocampus is, strikt genomen, alleen bij zoogdieren, maar heeft tegenhangers bij alle gewervelde dieren. Hij is betrokken bij het ruimtelijk geheugen en de navigatie bij vissen, vogels, reptielen en zoogdieren.
• De basale ganglia zijn een groep structuren in de voorhersenen, die sterk verbonden zijn met de hersenschors en de thalamus. De belangrijkste functie van de basale ganglia lijkt het selecteren van acties te zijn. Ze sturen remmende signalen naar alle delen van de hersenen die acties kunnen genereren. Onder de juiste omstandigheden laten ze de remming los, zodat de actie-genererende systemen hun acties kunnen uitvoeren. Beloningen en straffen oefenen de belangrijkste neurale effecten uit op de basale ganglia.
• De hersenschors is een laag grijze cellen die zich aan het oppervlak van de voorhersenen bevindt. Het is betrokken bij meerdere functies, waaronder olfactie en ruimtelijk geheugen. Bij zoogdieren, waar het de hersenen domineert, controleert het de functies van vele subcorticale gebieden.
• De reukbol is een speciale structuur die reukzintuiglijke signalen (geuren) verwerkt, en zijn output naar het reukgedeelte van de hersenschors stuurt. Het is een belangrijke hersencomponent bij veel gewervelde dieren, maar bij primaten is het sterk gereduceerd.

De corresponderende regio's van het menselijk en haaienbrein worden getoond. Wat zich aan de achterkant van het haaienbrein (het merg) bevindt, bevindt zich aan de onderkant van het menselijk brein. De haaienhersenhelft (telenchephalon) zit aan de voorkant, die van een mens zit aan de bovenkant.

Hersengrootte

Het verband tussen hersenomvang, lichaamsgrootte en andere variabelen is onderzocht bij een groot aantal gewervelde diersoorten. De hersenomvang neemt toe met de lichaamsgrootte, maar niet evenredig.

Zoogdieren

Gemiddeld over alle zoogdieren, volgt het een machtswet, met een exponent van ongeveer 0,75. Deze formule is van toepassing op de gemiddelde hersenen van zoogdieren, maar elke familie wijkt ervan af, als gevolg van hun verfijnde gedrag. Bijvoorbeeld, primaten hebben hersenen die 5 tot 10 keer zo groot zijn als de formule voorspelt. Roofdieren hebben de neiging om grotere hersenen te hebben. Wanneer de zoogdierenhersenen in omvang toenemen, nemen niet alle onderdelen in hetzelfde tempo toe. Hoe groter het brein van een soort, hoe groter de fractie die door de neocortex wordt opgenomen.