Hvirveldyrs hjerne

Tre principper

1. Hjernen og nervesystemet er i bund og grund et system, der skaber forbindelser. Det har input fra sanseorganer og output til muskler.
   Det er på flere måder forbundet med det endokrine system, som producerer hormoner, samt med fordøjelsessystemet og sexsystemet. Hormoner virker langsomt, så disse ændringer sker gradvist.
2. Hjernen er en slags stormagasin. Den har afdelinger, der alle er indbyrdes forbundet, og som gør forskellige ting. De hjælper alle hinanden med at samle sanser.
3. Meget af det, kroppen gør, er ikke bevidst. En person trækker vejret, hjertet slår, tarmene fordøjer, håret vokser, tankerne dukker op i hovedet... Noget af dette kan bemærkes af en person, og noget af det (som åndedrættet) kan til en vis grad påvirkes. Men grundlæggende kører meget af kroppen på automatik, justeret af det autonome nervesystem.
   Hjernen gør også meget af sit arbejde, uden at en person bemærker det. Det ubevidste sind henviser til de hjerneaktiviteter, som sjældent bemærkes.

Hjerneområder hos hvirveldyr

Flere hjerneområder har bevaret deres identitet på tværs af hele rækken af hvirveldyr, fra hagfisk til mennesker. Her er en liste over nogle af de vigtigste områder med en kort beskrivelse af deres funktioner, som de er kendt i dag. Disse funktioner kan stadig i nogen grad være omstridte. Begyndende fra ryggen (eller, hos mennesker, den nederste del) er områderne:

• Medulla (og rygmarven) har mange små kerner, som er ansvarlige for forskellige autonome funktioner. Disse omfatter hjerterytme og blodtryk, vejrtrækning og opkastning. ^{kap. 44, 45}
• Pons er en relæstation, der transporterer beskeder mellem storhjernen og marv og lillehjernen.
• Hypothalamus er et lille område i bunden af forhjernen. Det er den centrale kontrolstation for søvn/vågnecyklusser, kontrol af spise- og drikkevaner, kontrol af hormonfrigivelse og mange andre funktioner. Den sidder umiddelbart over hypofysen og udskiller hormoner til hypofysen. Disse hormoner hæmmer eller stimulerer hypofysen. Kirtlen producerer på sin side hormoner, som påvirker resten af kroppen.
• Thalamus sidder over hypothalamus og under hjernebarken. Det er en samling af kerner med forskellige funktioner. Den fungerer som en relæstation, der samler sanseinformationer af alle slags (undtagen lugteinformation) og sender dem videre til hjernebarken. Den har også en rolle i bevidsthed og søvn.
  Der findes handlingssystemer for flere typer adfærd, herunder spise, drikke, afføring og parring.
• Lillehjernen justerer de andre hjernesystemers output for at gøre dem mere præcise. Fjernelse af lillehjernen forhindrer ikke et dyr i at gøre noget bestemt, men det gør handlingerne tøvende og klodset. Denne præcision er ikke indbygget, men læres ved forsøg og fejl. At lære at cykle er et eksempel på en type neuronal plasticitet, der kan foregå i høj grad i lillehjernen. ^{kap 42}
• Tektum, der ofte kaldes "optisk tektum", leder handlinger til punkter i rummet. Den bedst undersøgte funktion er at styre øjenbevægelser. Det styrer også udstrækningsbevægelser. Det får stærke visuelle input og input fra andre sanser, som er nyttige til at lede handlinger, f.eks. auditive input hos ugler, input fra de varmefølsomme grubeorganer hos slanger osv. Hos nogle fisk, f.eks. lampretter, er det den største del af hjernen.
• Hippocampus findes strengt taget kun hos pattedyr, men den har modstykker hos alle hvirveldyr. Den er involveret i rumlig hukommelse og navigation hos fisk, fugle, krybdyr og pattedyr.
• Basalganglierne er en gruppe strukturer i forhjernen, som er tæt forbundet med hjernebarken og thalamus. Basalgangliernes hovedfunktion synes at være at udvælge handlinger. De sender hæmmende signaler til alle dele af hjernen, der kan generere handlinger. Under de rette omstændigheder ophæver de hæmningen, så de handlingsgenererende systemer kan udføre deres handlinger. Belønninger og straffe udøver de vigtigste neurale virkninger på basalganglierne.
• Hjernebarken er et lag af grå celler, der ligger på overfladen af forhjernen. Det er involveret i flere funktioner, herunder lugtesans og rumlig hukommelse. Hos pattedyr, hvor den dominerer hjernen, styrer den funktioner fra mange subkortikale områder.
• Lugtbulben er en særlig struktur, der behandler lugtesansen (lugtesignaler) og sender sit output til den olfaktoriske del af hjernebarken. Den er en vigtig hjernekomponent hos mange hvirveldyr, men er meget reduceret hos primater.

Tilsvarende regioner i menneske- og hajhjernen er vist. Det, der er bagerst i hajens hjerne (medulla), er nederst i menneskehjernen. Hajens storhjerne (telenchephalon) er forrest, mens menneskets er øverst.

Hjernestørrelse

Forholdet mellem hjernestørrelse, kropsstørrelse og andre variabler er blevet undersøgt hos en lang række hvirveldyrarter. Hjernestørrelsen stiger med kropsstørrelsen, men ikke proportionalt.

Pattedyr

Gennemsnitligt for alle pattedyr følger den en potenslov med en eksponent på ca. 0,75. Denne formel gælder for pattedyrenes gennemsnitlige hjerne, men hver familie afviger fra den, hvilket afspejler deres sofistikerede adfærd. F.eks. har primater en hjerne, der er 5-10 gange så stor som formlen forudsiger. Rovdyr har tendens til at have større hjerner. Når pattedyrenes hjerne vokser i størrelse, vokser ikke alle dele i samme takt. Jo større hjernen er hos en art, jo større er den del, der optages af neocortex.